近零能耗建筑研究

1、近零能耗建筑研究 1、概念起源及進(jìn)展 1992年，德國(guó)Fraunhofer太陽(yáng)能研究所的Voss.K1等人通過(guò)使用太陽(yáng)能光熱光電技術(shù)對(duì)德國(guó)一棟建造物舉行供熱供暖，并舉行了為期三年的檢測(cè)研究發(fā)覺(jué)：在氣候較為和氣的歐洲部分地區(qū)，通過(guò)細(xì)心設(shè)計(jì)可以使建造物全年總能耗降低到10Kwh/m2以下，且建造物全部能耗需求可以由太陽(yáng)能供應(yīng)。Voss.K由此提出“無(wú)源建造”(EnergyAutonomousHouse，也稱Self-sufficientSolarHouse)，即無(wú)需和外界能源基礎(chǔ)設(shè)施相連，通過(guò)太陽(yáng)能光熱光電系統(tǒng)與蓄能技術(shù)集成應(yīng)用，保證建造全部時(shí)段能源提供的建造?！盁o(wú)源建造”要求建造物在以年為時(shí)光單

2、位的時(shí)段內(nèi)達(dá)到能量或排放量中和。 因?yàn)椤傲隳芎慕ㄔ臁痹趯?shí)現(xiàn)上還較為困難且成本較高，歐洲目前公認(rèn)的越發(fā)廣泛的可實(shí)施的為“近零能耗建造”(nearlyzero-energybuildings)。對(duì)于“近零能耗建造”，各國(guó)定義不同，如德國(guó)的“被動(dòng)房”（PassiveHouse，也翻譯為微能耗建造、零能耗建造）2，指在滿意規(guī)范要求的舒服度和健康標(biāo)準(zhǔn)的前提下，全年供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗在0-15Kwh/（m2年）的范圍內(nèi)、建造物總能耗低于120Kwh/（m2年）的建造；瑞士的“近零能耗房”(Minergie，也稱“迷你”能耗房，或“迷你”能耗標(biāo)準(zhǔn))3，要求按此標(biāo)準(zhǔn)建筑的建造其總體能耗不高于常規(guī)建造的75

3、%，化石燃料消耗低于常規(guī)建造的50%；意大利的“氣候房”（ClimateHouse，Casaclima）4，指全年供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗在30Kwh/（m2年）以下的建造。 2、近零能耗建造政策及進(jìn)展目標(biāo) 歐盟于2022年7月9日發(fā)布的建造能效指令（修訂版）(EnergyPerformanceofBuildingDirectiverecast，EPBD)5在歐盟內(nèi)部影響力巨大，它要求各成員國(guó)應(yīng)確保在2022年12月31日后，全部的政府擁有或使用的建造應(yīng)達(dá)到“近零能耗建造”，在2022年12月31日前，全部新建建造達(dá)到“近零能耗建造”(nearlyzero-energybuildings)。建造

4、能效指令定義零能耗建造為“具有十分高的能效”的建造，指令還要求“近零能耗建造”能耗表達(dá)單位應(yīng)使用kWh/(m2年)。 歐洲暖通學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)（REHVA）的JarekKurnitski等專家6將“近零能耗建造”進(jìn)一步定義為：以各國(guó)實(shí)際狀況為基礎(chǔ)，在充分考慮節(jié)能技術(shù)成本效益比的前提下，其一次能耗0kwh/(m2年)的建造。歐盟專家還對(duì)零能耗計(jì)算的邊界范圍、一次能源轉(zhuǎn)換系數(shù)、是否應(yīng)考慮區(qū)域供熱供冷等系統(tǒng)、是否應(yīng)考慮電器使用能耗舉行了探討研究。雖然歐盟各國(guó)對(duì)“近零能耗建造”定義和技術(shù)路徑都不同，但大多數(shù)國(guó)家還是給出了相對(duì)明晰的進(jìn)展目標(biāo)，進(jìn)展目標(biāo)主要針對(duì)新建建造，詳細(xì)見(jiàn)表17。 3、近零能耗建造定義內(nèi)涵分

5、析 雖然“零能耗建造”一詞聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單理解，好像很簡(jiǎn)單定義，但目前各國(guó)政府及機(jī)構(gòu)對(duì)于零能耗建造研究的邊界劃分、計(jì)算范圍、衡量指標(biāo)、轉(zhuǎn)換系數(shù)、平衡周期等問(wèn)題還都不盡相同。物理邊界的劃分對(duì)能耗平衡的計(jì)算有著較大的影響。對(duì)建造物來(lái)說(shuō)，以單棟建造還是建造群（小區(qū)）作為計(jì)算對(duì)象，是需要探討的問(wèn)題。目前國(guó)際大多數(shù)看法還是以單棟建造為計(jì)算對(duì)象，按照是否與電網(wǎng)銜接，將零能耗建造分為兩種，一種是“上網(wǎng)零能耗建造”(On-gridzeroenergybuilding)，其由電網(wǎng)輸送給建造物的能量和建造物返回給電網(wǎng)的能量達(dá)到平衡，即在計(jì)算期內(nèi)，電表讀數(shù)為0；一種是“網(wǎng)下零能耗建造”(Off-gridzeroener

6、gybuilding)8，即與建造一體化或建造物附近與建造物銜接的可再生能源供電供熱系統(tǒng)供應(yīng)的能量和建造能源需求量保持平衡，這類建造也被稱為“無(wú)源建造”(EnergyAutonomousBuilding)1、“太陽(yáng)能自足建造”(Self-sufficientsolarhouse)1。 根據(jù)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，與建造物設(shè)計(jì)相關(guān)的能耗包括供暖、供冷、通風(fēng)、照明、熱水使用等負(fù)荷，但也有很多與用戶關(guān)聯(lián)度較大的負(fù)荷，如插座負(fù)荷、電動(dòng)汽車負(fù)荷還沒(méi)有進(jìn)入平衡計(jì)算。倘若將來(lái)能源網(wǎng)中電動(dòng)汽車使用量大幅度提升，雖然不會(huì)對(duì)建造物負(fù)荷造成影響，但使用這類產(chǎn)品和設(shè)備會(huì)對(duì)建造物用電平衡有影響，考慮到隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活水平提高

7、，居民用電會(huì)進(jìn)一步增多，相關(guān)數(shù)據(jù)逐步完美，應(yīng)在平衡計(jì)算時(shí)加入插座能耗等相關(guān)能耗。 目前共有四類指標(biāo)可以用于衡量零能耗建造：終端用能、一次能源、能源賬單、能源碳排放。四類指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)論相差許多，如衡量地源熱泵系統(tǒng)或者建造光電一體化系統(tǒng)等可再生能源建造應(yīng)用對(duì)節(jié)能減排的效果，采用不同指標(biāo)得出的結(jié)論會(huì)不同，通常認(rèn)為采用終端用能形式或者能源賬單作為衡量零能耗建造的指標(biāo)，操作起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單。在統(tǒng)一衡量指標(biāo)后，全部與建造物相關(guān)的能量就需要通過(guò)不同的轉(zhuǎn)換系數(shù)轉(zhuǎn)換到與衡量指標(biāo)單位全都。能源供養(yǎng)和使用鏈上的所有能源種類都需要轉(zhuǎn)換，包括一次能源、可再生能源、換熱、傳輸電網(wǎng)和熱網(wǎng)。因?yàn)楦鱾€(gè)國(guó)家的能源結(jié)構(gòu)不同，電網(wǎng)、熱網(wǎng)

8、組成不同，且隨著可再生能源發(fā)電規(guī)模的逐步擴(kuò)大，各國(guó)、同國(guó)家不同地區(qū)的轉(zhuǎn)換系數(shù)都有很大差異，且變化很快。但轉(zhuǎn)換系數(shù)確實(shí)定，對(duì)“零能耗建造”計(jì)算結(jié)果影響很大。 4、國(guó)際典型“近零能耗建造”示范工程實(shí)踐 EikeMusal等人對(duì)德國(guó)、美國(guó)、加拿大、歐洲等國(guó)的282棟零能耗示范建造使用的技術(shù)舉行匯總，發(fā)覺(jué)太陽(yáng)能光電、太陽(yáng)能光熱、建造遮陽(yáng)、機(jī)械通風(fēng)熱回收、免費(fèi)供冷等技術(shù)應(yīng)用的比例相對(duì)較高9。Eike研究的各國(guó)零能耗建造數(shù)量見(jiàn)圖1，各種節(jié)能技術(shù)使用比例見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，高性能保溫結(jié)構(gòu)和PV系統(tǒng)、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)以及熱泵可再生能源應(yīng)用系統(tǒng)在零能耗建造中應(yīng)用最為廣泛，第二是自然采光、遮陽(yáng)系統(tǒng)、被動(dòng)通風(fēng)等被

9、動(dòng)式技術(shù)的應(yīng)用，高效照明、電器、辦公設(shè)備、HVAC設(shè)備使用也比較廣泛。 美國(guó)新建造研究所2022年3月發(fā)布美國(guó)零能耗公共建造成本及特性調(diào)查10，通過(guò)對(duì)21棟已經(jīng)有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的零能耗公共建造舉行研究發(fā)覺(jué)：（1）早期零能耗建造面積普遍較小，目前大型和綜合性的建造案例也在不斷增強(qiáng)，教學(xué)/科研樓、辦公樓、K-8小學(xué)、銀行等建造都可以設(shè)計(jì)為零能耗。（2）建造物形式、規(guī)模、所處地理位置以及其他因素不同，倘若不考慮PV的費(fèi)用，建造為達(dá)到零能耗的增量成本為3%-18%。（3）通過(guò)綜合性設(shè)計(jì)方案，充分考慮建造所在地點(diǎn)和功能，選用高效的圍護(hù)系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)和設(shè)備，達(dá)到零能耗建造難度不大。通常優(yōu)先考慮通過(guò)被動(dòng)式設(shè)計(jì)降低建造能耗，倘若務(wù)必使用暖通系統(tǒng)，常見(jiàn)的系統(tǒng)為土壤源熱泵與地板輻射系統(tǒng)聯(lián)合。美國(guó)既有零能耗公共建造各種節(jié)能技術(shù)使用比例見(jiàn)圖3。 5、我國(guó)主要近零能耗建造研究實(shí)踐 2022年5月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技司組織開(kāi)展，由中國(guó)建造科學(xué)研究院詳細(xì)組織落實(shí)的“被動(dòng)式超低能耗綠色建造項(xiàng)目”征集調(diào)研。截至2022年10月，共收到全國(guó)上報(bào)項(xiàng)目12個(gè)，其中住所項(xiàng)目3個(gè)，公共建造項(xiàng)目9個(gè)。從地域分布來(lái)看，寒冷地區(qū)項(xiàng)目2個(gè)，嚴(yán)寒地區(qū)項(xiàng)目6個(gè)，夏熱冬冷地區(qū)項(xiàng)目2個(gè)，夏熱冬暖地區(qū)項(xiàng)目2個(gè)