行业领域

建筑节能环保

需求背景

我国既有建筑存量超 600 亿平方米，其中 90% 以上属于高耗能建筑，建筑运行阶段能耗占全国总能耗的 21.7%，碳排放量占全国总碳排放量的 19.4%。在既有建筑中，居住建筑和公共建筑（如办公楼、商场、医院）普遍存在围护结构保温性能差（传热系数是节能建筑的 2-3 倍）、用能系统效率低（空调、供暖系统能耗超标 30%-50%）、可再生能源利用率低（太阳能、地热能等应用占比不足 5%）等问题。从政策层面来看，《“十四五” 建筑节能与绿色建筑发展规划》明确要求，到 2025 年，城镇新建建筑全面执行绿色建筑标准，既有建筑节能改造面积超 5 亿平方米，建筑可再生能源替代率达到 8%。但当前既有建筑改造面临诸多困境：一是改造技术碎片化，保温、供暖、照明等系统改造相互独立，缺乏协同设计，整体节能效果不佳；二是改造过程对居民或用户影响大，传统改造工期长（单栋建筑改造周期 2-3 个月）、噪音污染严重，用户接受度低；三是改造成本高（平均每平方米改造费用 800-1200 元），投资回收期长（普遍超过 8 年），企业和业主改造意愿不强。经科技查新，国内外现有既有建筑节能改造技术，在系统集成性、改造便捷性、成本控制方面存在明显不足，尚未有可实现 “围护结构保温 - 用能系统优化 - 可再生能源集成 - 智能调控” 一体化的改造方案。因此，研发一套低成本、高效率、低干扰的既有建筑一体化绿色节能系统，既能降低既有建筑能耗和碳排放，又能提升建筑居住和使用舒适度，对实现建筑领域 “双碳” 目标具有重要意义。

需解决的主要技术难题

1. 围护结构高效保温与快速施工难题：既有建筑围护结构（墙体、屋顶、门窗）改造需兼顾保温性能和施工效率，传统保温材料（如聚苯板）存在导热系数偏高（≥0.036W/(m・K)）、施工需现场裁切粘贴、工期长等问题；同时，外墙改造易产生粉尘和噪音，影响居民生活，需研发低热导系数、模块化、快速安装的保温材料及施工工艺，缩短改造工期并降低环境干扰。2. 用能系统协同优化难题：既有建筑空调、供暖、照明等用能系统相互独立，运行参数难以协同匹配，导致能源浪费。例如，空调系统常因缺乏与室内人员密度、光照强度的联动调控，出现过度制冷或制热现象；供暖系统存在水力失调，部分房间温度过高或过低，需构建多系统协同调控模型，实现用能需求与系统输出的精准匹配。3. 可再生能源高效集成难题：既有建筑屋顶、墙面空间有限，传统太阳能光伏板、太阳能集热器安装占地面积大、美观性差，且与建筑结构兼容性不足；地热能利用受地质条件限制，在城区密集建筑区域难以大规模应用，需研发小型化、模块化、与建筑外观融合的可再生能源采集装置，提升能源采集效率和建筑适配性。4. 低成本与长效运行难题：现有节能改造方案成本高，主要源于材料成本（占总改造成本的 60% 以上）和人工成本；同时，部分节能设备（如智能控制器）存在寿命短（3-5 年）、后期维护费用高的问题，需通过材料创新、工艺优化降低改造成本，提升设备使用寿命和可靠性。

期望实现的主要技术目标

a. 节能效果：改造后建筑综合能耗降低≥40%，其中围护结构热损失降低≥50%，用能系统运行效率提升≥35%；b. 可再生能源利用：太阳能或地热能等可再生能源在建筑能源消费中的占比≥15%，可再生能源采集装置与建筑的适配率≥90%；c. 施工与使用：单栋 1000 平方米建筑改造工期≤15 天，改造过程噪音≤55 分贝（白天）、≤45 分贝（夜间），不影响居民正常生活；改造后建筑室内温度波动范围≤±2℃（供暖 / 制冷季），室内舒适度满意度≥90%；d. 智能调控：实现建筑能耗、室内环境参数（温度、湿度、光照）实时监测（监测精度 ±1℃、±5% RH、±50lux），用能系统自动调控响应时间≤5 秒，调控准确率≥95%，支持手机 APP 远程监控和能耗分析；e. 成本与寿命：系统改造成本≤600 元 / 平方米，设备平均使用寿命≥10 年，系统运行维护成本≤5 元 / 平方米 / 年，投资回收期≤5 年；f. 环保指标：系统所用材料均为绿色环保材料，挥发性有机化合物（VOC）含量≤100g/L，无甲醛等有害物质释放，材料可回收利用率≥80%。