據(jù)統(tǒng)計,建筑行業(yè)用于建造、供暖、制冷和照明,以及安裝在其中的電器和設(shè)備所消耗的能源,占全球能源消耗和二氧化碳排放量的三分之一以上。
如今,全球建筑面積正在迅速增長,尤其是在發(fā)展中國家,而財富的增長意味著越來越多的消費者正在購買空調(diào)和其他電器。由于建筑物、供暖和制冷系統(tǒng)以及其他電器的使用壽命很長,因此今天的設(shè)計和購買決策將影響未來多年的能源使用。
現(xiàn)有技術(shù)可以顯著節(jié)約能源、降低成本并帶來其他好處,但需要更有力的政策支持,如最低性能標準和建筑能源法規(guī),以使建筑行業(yè)步入2050年凈零排放情景的軌道。
為什么建筑物冷卻很重要?
目前,全球大約有 20 億臺空調(diào)投入運行,使得空間制冷成為建筑物電力需求上升和增加發(fā)電容量以滿足峰值電力需求的主要驅(qū)動因素之一。其中,住宅空調(diào)占總空調(diào)投入運行的近 70%。
冷卻在能源轉(zhuǎn)換中扮演什么角色?
未來三十年,空調(diào)的使用量將激增,成為全球電力需求的主要驅(qū)動因素之一。隨著地球變暖,確保公平滿足制冷需求至關(guān)重要。能效標準是減少排放的關(guān)鍵措施,同時還要考慮空調(diào)的被動、基于自然和替代解決方案,以及改進建筑物和區(qū)域的設(shè)計。
雖然市場上有高效空調(diào),但大多數(shù)效率標準(以及消費者購買的空調(diào))的效率比頂級機型低兩到三倍。為了實現(xiàn) 2050 年凈零排放目標,需要增加使用最高效率空調(diào),同時設(shè)計支持被動冷卻的建筑和社區(qū),并改變行為方式,例如將恒溫器調(diào)高一點。
據(jù)國際能源署的統(tǒng)計,自 1990 年以來,用于空間制冷的能源消耗增加了兩倍多,對電網(wǎng)、溫室氣體排放和城市熱島產(chǎn)生了重大影響。2022 年世界各地發(fā)生了數(shù)次極端高溫事件和創(chuàng)紀錄高溫,是自 19 世紀末以來有記錄以來第四熱的一年。缺乏室內(nèi)制冷使全球大部分人口面臨較高的熱應(yīng)激風險,對熱舒適度、勞動生產(chǎn)率和人類健康產(chǎn)生不利影響。
隨著地球變暖,確保公平和可持續(xù)地滿足制冷需求至關(guān)重要。全球的 2050 年凈零排放計劃為 2030 年設(shè)定了三個目標:
第一,建設(shè)更美好的建筑,通過政策支持,到 2030 年,全球現(xiàn)有建筑總建筑面積的 20% 和新建建筑的 100% 實現(xiàn)零碳排放,并優(yōu)先考慮被動制冷解決方案。第二,改變行為,將空調(diào)溫度設(shè)定點調(diào)節(jié)在 24-25°C 范圍內(nèi);第三,提高效率,到 2035 年,新空調(diào)設(shè)備的平均效率等級接近最佳水平。全球行動最新動態(tài)
印度將于2023年3月推出針對臺式、落地式和壁掛式風扇的新的能源效率政策。美國于2023年3月最終確定了房間空調(diào)和便攜式空氣凈化器的新的能效標準。2022年中,為應(yīng)對破紀錄的高溫,白宮整理了一份情況說明書,列出了政府正在采取的十種行動,包括降低家庭制冷成本、支持社區(qū)制冷中心和制定第一個國家高溫標準以保護工人等措施。中國于 2022 年更新的房間空調(diào)器最低能效標準允許從定速空調(diào)過渡到更高效的變速機型。2022 年, 《蒙特利爾議定書》基加利修正案(該修正案規(guī)范了氫氟碳化物 (HFC) 制冷劑的使用)得到津巴布韋、印度尼西亞、委內(nèi)瑞拉和巴西等 17 個締約方的批準或接受。2023 年初,巴哈馬、韓國和厄立特里亞也批準了該議定書,使批準該議定書的國家總數(shù)達到 149 個。柬埔寨和南非于 2023 年初啟動了國家降溫行動計劃。全球二氧化碳排放
盡管制冷設(shè)備的性能在不斷提高,且電力生產(chǎn)的碳排放強度正在降低,但來自空間制冷的間接二氧化碳排放量卻在迅速增加,從 1990 年到 2022 年幾乎增長了兩倍,達到 10 億噸二氧化碳。2022年的排放量比 2021 年高出 2% 以上。
在凈零愿景中,到 2030 年,與空間制冷需求相關(guān)的間接 CO2排放量將下降到目前水平的 40% 左右。過去十年來,每臺空調(diào)的排放強度有所下降,但到 2030 年,減排速度需要提高三倍。
空間制冷還會導致制冷劑泄漏,產(chǎn)生額外的非二氧化碳溫室氣體。這些制冷劑的全球變暖潛能值 (GWP) 比二氧化碳高出數(shù)千倍。
全球新建建筑仍在快速增長
自 2000 年以來,空間制冷的能源需求平均每年增長約 4%,增速是熱水的兩倍。自 2000 年以來,運行中的住宅單元數(shù)量增加了兩倍,到 2022 年將達到 15 億多??臻g制冷的能源消耗增加尤其會影響高峰用電需求,尤其是在炎熱的日子,這意味著可能會發(fā)生停電。
近年來,全球消費者購買的空調(diào)的平均效率穩(wěn)步提高。然而,在某些市場上,效率最高的空調(diào)的效率可能是平均銷售空調(diào)的兩倍——而且價格通常相當。如果不轉(zhuǎn)向最好的可用產(chǎn)品,也不改善其所在建筑的性能,到 2030 年,全球建筑空間制冷的電力需求可能會增加 40%。
為了實現(xiàn)凈零愿景,新空調(diào)設(shè)備的平均效率等級需要在 2035 年達到最佳水平。
過去二十年,建筑面積增加了約 60%,預(yù)計未來十年還將再增加 20%,總建筑面積將增加近 450 億平方米。相當于目前印度尼西亞建筑面積的五倍左右。新增建筑中超過一半位于氣候炎熱、需要空間制冷且缺乏涵蓋整個建筑行業(yè)的建筑能效規(guī)范的地區(qū)。再加上氣溫升高和生活水平提高,預(yù)計到 2030 年,全球人口的空調(diào)擁有率將從目前的 37% 增加到 45% 以上。
冷卻技術(shù)應(yīng)用分布不均衡
雖然可用的空間冷卻技術(shù)范圍正在擴大,但在設(shè)備信息、獲取和可負擔性方面仍然存在差距。
熱浪和其他極端天氣事件越來越頻繁和嚴重。2022 年,日本、歐洲、北非、中東、印度、巴基斯坦、中國、北美、南美和澳大利亞的氣溫均創(chuàng)下歷史新高。
盡管全球部署不斷增加,但空間冷卻解決方案和空調(diào)設(shè)備的普及率在全球范圍內(nèi)并不均衡。特別是,最需要空間冷卻的人往往是那些最無法獲得解決方案的人。例如,撒哈拉以南非洲只有約 5% 的家庭配備了空調(diào),印度和印度尼西亞不到 20%,墨西哥和巴西約為 30%。相比之下,日本、韓國和美國的比例超過 85%。
缺乏室內(nèi)降溫設(shè)施使全球大部分人口面臨高溫高風險。2002-2004 年至 2019-2021 年間,65 歲及以上人群中因高溫死亡的人數(shù)年均增長約 60%,估計死亡人數(shù)達到 30 萬或更多。
創(chuàng)新冷卻技術(shù)不斷涌現(xiàn)
當下,多種氣候友好型空調(diào)技術(shù)正在涌現(xiàn),先進的蒸汽壓縮循環(huán)通過集成制冷劑控制系統(tǒng)、傳感器和可再生能源,以及將該技術(shù)與其他技術(shù)(膜、蒸發(fā)冷卻)相結(jié)合,改進了設(shè)計。
此外,它們采用低 GWP 制冷劑運行。需求響應(yīng)和自動控制還可以實現(xiàn)靈活性和跨服務(wù)協(xié)同效應(yīng)的利用,例如回收制冷廢熱來加熱水,或者在負荷較大的情況下將回收的熱量整合到區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)中。在部分負荷運行期間實現(xiàn)最佳可用能源效率是正在進行研究的另一個重要領(lǐng)域。無制冷劑裝置或固態(tài)冷卻裝置的創(chuàng)新也在不斷涌現(xiàn)。
整合可再生冷卻技術(shù)和存儲解決方案也越來越受到關(guān)注,特別是在需要保護國家電網(wǎng)免于過載的國家,例如中國和印度。特別是,太陽能熱冷卻系統(tǒng)和太陽能光伏冷卻可以減輕住宅和商業(yè)建筑的冷卻峰值負荷。
區(qū)域冷卻系統(tǒng)可以實現(xiàn)大容量存儲,這是一種經(jīng)濟實惠的解決方案,可以在建筑密度高、免費能源/廢熱供應(yīng)充足的溫暖地區(qū)提供電網(wǎng)靈活性。這仍然是一個發(fā)展中的行業(yè),但近年來,中國和歐洲等某些國家取得了重大進展。
到 2022 年,有 90 多個國家實施建筑能源法規(guī)。新興和發(fā)展中市場主要缺乏這些法規(guī),通常是在制冷需求較高的地區(qū)。
90 多個國家已經(jīng)制定了空調(diào)最低能效標準 (MEPS),95 多個國家已經(jīng)制定了標簽政策。MEPS 和標簽?zāi)壳案采w了全球住宅領(lǐng)域 86% 以上的空間制冷能耗。與 2010 年的三分之二相比,MEPS 取得了重大進展。
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