1994年，德國弗萊堡出現了一棟神奇的房子——向陽屋。
向陽屋由太陽能建築大師羅爾夫·迪希設計，整體被安裝在一個圓形底座上，以太陽為焦點可以繞中軸旋轉360度。白天時，房子會以每小時15度的速度追隨太陽轉動，讓屋頂上的太陽能面板充電；當太陽下山後，房子便反向轉動，回到初始位置。
最難得的是，向陽屋屋頂的雙軸追蹤式光伏發電板一年產生電量可達9000千瓦時，是其消耗電量的5倍。從這一角度來說，向陽屋是最早的產能建築。
產能建築，顧名思義，指的是所產生的能量超過其自身執行所需要能量的建築，尤其是可再生能源的產出量，不僅能夠滿足建築自身需求，還可以向外部供能。在建築低碳節能標準不斷提高的大背景下，產能建築的崛起是大勢所趨的。
產能建築是建築節能最高目標
自上世紀80年代以來，中國一直在推動建築節能發展，並取得了非常好的成績。以採暖能耗為例，我國城鎮居住建築的採暖能耗在本世紀初達到最高，每平方米約消耗35公斤標煤，目前已經降至15公斤。
我國建築執行能耗佔社會終端能耗的三分之一以上，建築執行階段的碳排放佔全國能源消費總量的21.9%，是能源消耗和碳排放的“大戶”。在“雙碳”目標的大背景下，建築節能刻不容緩。國際歐亞科學院院士、住房和城鄉建設部原副部長、中國城市科學研究會理事長仇保興直言不諱：“建築是所有的人都必須擁有的，中國建築的節能是整個碳中和體系中最需要攻克的。”
儘管當前建築節能的成效顯著，但仍不足以滿足現實的需要。據瞭解，我國建築節能是以1980年至1981年的建築能耗為基礎。第一步節能是節能30%的標準。第二步節能是節能50%的標準。第三步節能是節能75%的標準。但中國建築節能協會常務副秘書長鄒燕青表示，按照這“三步走”的步驟，建築行業要到2040年才能實現碳達峰目標，嚴重製約“雙碳”目標的實現。
在此情況下，建築行業提出了從超低能耗建築到近零能耗建築，再到產能建築的“三步走”方針。其中，產能建築是建築節能發展的最高目標。隨著近年來我國建築節能發展日益“百花齊放”，產能建築也逐漸進入公眾視野。
從政策上來看，隨著近零能耗建築的蓬勃發展和“雙碳”目標的推進，“十四五”期間，從中央到地方將對產能建築的產業培育提供更大支援，產能建築發展將更加有優勢。
產能建材亦有可行性
對於建材行業來說，最關注的問題是：既然有產能建築，可否有產能建材？
“當然可以。”浙江柿子新能源科技有限公司董事長唐玉敏直截了當地表示，在“雙碳”背景下，新建建築的低耗低碳已經成為共識和標準，既有建築同樣可以透過技術實現能耗的達標和低碳。針對既有建築的改造，應該在建築材料上做研究，運用具有能量、足以實現自給自足的建材，不僅可以實現改造目標，還可以為其他需要提供能源。“而在這個改建過程中，以吸收太陽能能量的光電光熱建材當是主要技術支撐。”
提高可再生能源的利用率是產能建築由能源“消費者”變身“生產者”的關鍵。作為理想能源，人類已經在太陽能發電和光熱利用方面奮鬥了100多年。近幾年，光伏發電越來越成為時尚能源，並逐步成為產能建材的典型代表。而將光伏發電與建築的有機融合，使建築在節能的基礎上實現增能，有利於實現產能建築。
隨著“雙碳”目標的推進，作為光伏發電的典型應用場景，光伏建築一體化概念愈發火熱。所謂光伏建築一體化，是指將太陽能發電產品整合並作為建築組成部分的技術。與附著在建築物上的太陽能光伏發電系統不同，光伏建築一體化是將電池作為建築物外部結構的一部分，既具有發電功能，又具有建築材料的功能。
不過，光伏發電也存在一些問題——由於在發電過程中光伏元件會產生熱，發電效率也會受到影響，這也是全球光伏行業10多年來一直亟待解決的難題。針對這一問題，浙江柿子新能源科技有限公司研發了全光能系統，利用異聚態聚熱板原理提煉打造了“能量調控背板”來代替原有的光伏背板，既節約成本，又讓光伏元件效能得到了提升。據瞭解，透過不同應用場景的測試，全光能系統可提高發電10%以上，總能量是單純光伏發電量的5倍以上，達到了太陽光的全譜利用，削峰降溫的效果可使整個光伏發電系統使用壽命延長25%左右。
產能建築並非遙不可及
由於起步晚、發展時間短，產能建築的實現較為困難，但並非遙不可及。
作為最先將產能建築變為現實的國家，德國對產能建築的研究和實踐頗為深刻。以產能型公共建築為例，由於公共建築的高耗能問題比較突出，所以產能公共建築的設計難度也更大。而作為世界上第一座“能源盈餘”的公共建築，德國弗萊堡市政廳每年在空調、通風和熱水供給方面的基本能源需求量僅為45千瓦時/平方米，是同類現代辦公建築能源需求量的40%，其餘多出來的能量則會被用於城市的電網系統。
由於國內外主流建築模式有所區別，產能建築之外，國內對“產能建築群”模式的探索較為深入。在滿足建築功能需求和外觀的基礎上，透過各類被動式、主動式節能技術整合，充分發揮清潔能源、可再生能源和傳統能源的綜合利用能力，結合智慧微電網、儲能、輸配等技術的聯合應用，將建築產生的能量超過其自身使用的盈餘部分併入區域能源網路，再按需分配，最終實現建築群“產能”的目標。
以首批“吃螃蟹”的代表省份江蘇為例，南京市江北新區人才公寓是國內首個分散式光伏直流微網與住宅社群結合的示範專案。該專案藉助直流供配電和儲能技術，實現可再生能源的就地消納，用於照明、儲能、電動車充電、空調及其他電器裝置等。從實際執行情況看，單位建築面積用電約51千瓦時/平方米，而光伏發電為113.07千瓦時/平方米，真正實現了“能源產銷一體化”。
中國建材報記者：劉芳芳
責編：龐越峰 張文齋
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