科技日报记者 张晔 通讯员 臧国栋 李秀
你见过太阳能为唯一能源的高性能全尺寸房屋吗？近期，在张家口市张北县德胜村的中国国际太阳能十项全能竞赛（简称“SDC竞赛”）现场，15栋全部靠绿色清洁能源驱动的绿色高性能房屋基本建造完毕，这些房屋将服务于2022冬奥会。
其中，一栋面积147平方米、名为“T&A house”的房屋是由中国矿业大学与波兰AGH科技大学联手建造的绿色节能、零能耗的房屋。
9月29日下午，T&A house的光伏系统成功并网发电，数据显示光伏发电系统承担建筑自身能耗的同时，还完成了对储能电池的充电，并向电网输送电能，这标志着T&A house是一栋真正能够产生能源的建筑。
中国矿业大学建筑与设计学院建筑系副主任姚刚介绍：“通过我们和赛场运营方的现场实测，现在，T&A house光伏系统每天能发电33度电左右，这个房屋日常用电在4-6度左右。”
图为T&A house。图片由中国矿业大学提供
突破技术实现跨季节储能
建筑耗能是指建筑物使用过程中的能量消耗，在我国，建筑能耗已经占到全国总能耗的1/3左右。
“比如我们生活中，要照明、热水、做饭、取暖、制冷等等，这些能量消耗，从源头上讲，大部分来自化石能源。”团队队长、中国矿业大学力学与土木工程学院工程管理2020级硕士研究生韩飞虎介绍，团队要打造的是零碳建筑，“就是在建筑运行使用过程中，不消耗化石能源，能源全部来源于太阳能，二氧化碳排放量为零。”
使用太阳能为一座房屋的运转提供能量，并非易事。要将太阳能转化为电能和热能。夏季太阳能比较充足，而冬季就略差一些。冬季需要的能耗，可不可以由夏季存储而来呢？经过团队的创意碰撞，大家大胆提出了这一想法。
团队利用自主研发的改良版地源热泵系统，在夏季将太阳能集热器产生的热水注入地下，给大地加热，冬季再进行提取。大地就相当于一个储热装置，实现跨季节性储能。
韩飞虎介绍，团队自主打造的能源系统，将高效真空管集热器、地源热泵优化组合，组成了先进的跨季节储能系统，可以将夏季过剩的能源转移到冬季使用，“我们房子配有一个100米深的井，将太阳能集热器在夏季产生的使用不完的热水注入到地下，实现给大地补热，实现大地的可持续性提热。”
姚刚介绍，“团队的设计方向，要融合中国传统元素和未来科技，诠释北方典型四合院结构的设计理念。我们房屋的围合空间营造出了采用生物砂过滤器净水的制冷中庭，同时利用地源热泵技术实现跨季节储能，完全依靠太阳能及被动式设计手段实现了建筑的独立运行。”
绿色清洁新系统为房屋赋能
SDC竞赛是可持续能源建筑领域的高级别国际竞赛，也是高校在践行国家双减目标下的一次有效尝试。这项大赛有太阳能“奥林匹克”和绿色住宅“世博会”之称，本次大赛以“光耀我能”为主题，来自中、美、法等10国的29所高校的参赛团队，需要设计并建造一栋以太阳能为唯一能源的高性能全尺寸房屋，参与十项指标评比和公众展示。
秉承双减精神，T&A house在建筑中加入了建筑节能的前沿技术。结合张家口的气候特点，房屋利用新风、水处理及中庭水景等设施为室内营造了更加安全且舒适宜人的居住环境，深度的契合了竞赛的理念和主题。
T&A house的能源供给完全来自于太阳能。建筑屋顶使用了太阳能集热器，墙使用了光伏瓦并且廊沿上面使用了薄膜光伏，在可再生资源利用方面十分有特色。建筑系统使用了光电、光热、地热三种能源综合。经测算，建筑的产能大于建筑耗能，符合了零能耗建筑的标准。
T&A house屋顶的太阳能板、边廊顶部的太阳能薄膜以及建筑西侧山墙面的光伏瓦三类光伏组件发挥各自优势，充分利用太阳能为建筑提供充足电力。结合张家口夏季早晚温差大的特殊气候特点，房屋建筑北侧还设置了蓄冷景观水池，作为景观的同时也可以在夏季夜间储蓄冷水，用于日间制冷，大幅度节约夏季制冷能耗。在室内空气调节方面，中庭水池承担了室内景观、室内加湿器、中水净化过滤器的多项功能，实现一物多用、经济环保。
