科技日報(bào)：雙路徑推進(jìn)，讓建筑更節(jié)能

外立面和屋頂巧妙布設(shè)光伏板發(fā)電，中庭雙側(cè)采光利用太陽光節(jié)省照明耗電，錯(cuò)半層樓梯設(shè)計(jì)鼓勵(lì)員工多步行、少乘梯，還有“智慧大腦”平臺運(yùn)維全樓機(jī)電設(shè)備……日前，長三角一體化綠色科技示范樓建成投用。這幢總建筑面積近1.2萬平方米的現(xiàn)代化辦公樓，被中國建筑節(jié)能協(xié)會評為零能耗建筑，是上海市最大的單體零能耗建筑。

建筑領(lǐng)域是全球能源消耗和碳排放的主要領(lǐng)域之一，《中國建筑能耗與碳排放研究報(bào)告（2021）》顯示，2019年我國建筑全過程能耗占全國能源消費(fèi)總量的比例達(dá)到46%。為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，建筑領(lǐng)域積極探索適合中國的零能耗建筑發(fā)展之路。

近零能耗建筑如何實(shí)現(xiàn)

2019年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了國家標(biāo)準(zhǔn)《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，對近零能耗建筑進(jìn)行了定義。近零能耗建筑即適應(yīng)氣候特征和場地條件，通過被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)最大幅度降低建筑供暖、空調(diào)、照明需求，通過主動(dòng)技術(shù)措施最大幅度提高能源設(shè)備與系統(tǒng)效率，充分利用可再生能源，以最少的能源消耗提供舒適室內(nèi)環(huán)境，且其室內(nèi)環(huán)境參數(shù)和能效指標(biāo)符合該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的建筑。

其中，超低能耗建筑是近零能耗建筑的初級表現(xiàn)形式，零能耗建筑是近零能耗建筑的高級表現(xiàn)形式。

“我國的近零能耗建筑的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上借鑒了德國的‘被動(dòng)房’，并較之更為嚴(yán)格、標(biāo)準(zhǔn)更高?！碧旖虼髮W(xué)建筑學(xué)院教授楊崴介紹，1991年，德國達(dá)姆施達(dá)特市的一棟別墅成為第一座采用“被動(dòng)房”概念進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的建筑，發(fā)展至今，“被動(dòng)房”已成為具有全球影響力的超低能耗建筑技術(shù)體系和標(biāo)準(zhǔn)。

我國地域廣闊，各地區(qū)氣候差異大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)有待提升，建筑特點(diǎn)、建筑技術(shù)和產(chǎn)業(yè)水平以及人們生活習(xí)慣并不相同。因此中國近零能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)更為復(fù)雜、也更為細(xì)致。

“比如中國分為嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)、溫和地區(qū)等五個(gè)熱分工區(qū)，每個(gè)熱分工區(qū)的能耗指標(biāo)各不相同，其中包括年供暖需求、年供冷需求以及年供暖供冷和照明一次能源消耗量等?！睏钺苏f。

雖然各熱分工區(qū)、不同類型建筑的近零能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)不一樣，但最基礎(chǔ)的技術(shù)主要是5方面：保溫隔熱性能更高的圍護(hù)結(jié)構(gòu)；保溫隔熱性能和氣密性能更好的外門窗；建筑整體的高氣密性；高效的能源設(shè)備系統(tǒng)；無熱橋的設(shè)計(jì)與施工。

天津大學(xué)建筑學(xué)院副教授楊鴻瑋介紹，為滿足近零能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)，這些方面的技術(shù)會導(dǎo)致建筑成本一定程度的增加，實(shí)施起來難度也比普通建筑要高。

“比如建筑的氣密性，對能耗的影響非常大。安裝氣密性能更好的外窗，首先需要選擇和普通建筑不同的產(chǎn)品，成本自然也會高?！睏铠櫖|說，同時(shí)三分產(chǎn)品，七分安裝，如果安裝時(shí)漏縫，再好的產(chǎn)品也無法達(dá)到規(guī)范中每小時(shí)的換氣次數(shù)的氣密性標(biāo)準(zhǔn)。這就對施工人員的技術(shù)水平提出了更高要求。

“在建筑使用過程中，需要優(yōu)化使用行為和設(shè)備運(yùn)行來降低能源消耗?！睏钺伺e例，比如設(shè)備的開啟關(guān)閉時(shí)間的設(shè)置，功率的設(shè)置以及儲能設(shè)備的使用等，都可以通過智慧運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌調(diào)度，使能源使用效率更高。除了對人們的使用行為進(jìn)行引導(dǎo)，還可通過智慧能源管理系統(tǒng)輔助提高人們的節(jié)能意識，并在滿足使用需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。比如通過傳感器，感知溫度、濕度、亮度等，在降低能耗的同時(shí)，提供最為舒適的環(huán)境。

處于試點(diǎn)到推廣過渡期

在網(wǎng)絡(luò)上搜索“近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”字樣，會出現(xiàn)多個(gè)省市的標(biāo)準(zhǔn)。在國家標(biāo)準(zhǔn)的大框架下，全國各地正在探索適合自身的近零能耗建筑模式。

“目前我國的近零能耗建筑正處于試點(diǎn)到推廣的過渡期。已經(jīng)建成的近零能耗建筑基本都是個(gè)例，零星地出現(xiàn)，并沒有大規(guī)模地推廣?！睏钺苏f。

“其實(shí)單純從技術(shù)層面來看，目前我國的技術(shù)完全可以實(shí)現(xiàn)近零能耗建筑甚至是零能耗建筑的建造。”楊崴舉例，像天津大學(xué)獲得第三屆中國國際太陽能十項(xiàng)全能競賽冠軍的零碳建筑作品“RCELLS”，集成了建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、設(shè)備系統(tǒng)、可再生能源系統(tǒng)、智慧控制等多項(xiàng)創(chuàng)新，并采用了可擴(kuò)展、可定制的模塊化設(shè)計(jì)，能夠在更大范圍內(nèi)推廣。

經(jīng)濟(jì)的可行性是未來近零能耗建筑可否被推廣的重要因素之一?！敖隳芎慕ㄖ儆诒容^高科技的建筑，建材、施工成本都比普通建筑更高。而相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)的成熟度在很大程度上決定了其成本以及市場的接受度?！睏钺苏f。

在充分利用可再生能源方面，我國目前電網(wǎng)的綠電比率并不是很高。如果建筑自身安裝光伏，由于城市建筑密度高、規(guī)模大，屋頂面積相對有限，其自身可再生能源利用率會受到一定制約。因此，城鄉(xiāng)結(jié)合，促進(jìn)綠色發(fā)電和儲能規(guī)模的提升也有助于近零能耗建筑的推廣。

此外，在建筑行業(yè)里，隱含碳排放和運(yùn)行碳排放大約各占其全過程碳排放的一半。隱含碳排放主要來自材料開采和加工、構(gòu)件生產(chǎn)、建筑施工和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，而運(yùn)行碳排放則是在建筑使用過程產(chǎn)生的。通過提高建筑及建筑構(gòu)件壽命、發(fā)展節(jié)材和環(huán)保建材等技術(shù)，可以從全生命周期促進(jìn)建筑領(lǐng)域節(jié)能減排，助力碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

既有建筑近零能耗改造更重要

除了新建近零能耗建筑外，對目前既有建筑進(jìn)行近零能耗改造、推廣使用的需求似乎更為迫切，也更為“接地氣”。

截至目前，我國城鄉(xiāng)既有建筑面積達(dá)到660億平方米?！靶陆ńㄖ袌鋈遮咃柡?，同時(shí)大規(guī)模的既有建筑急需提高能效，因此提升改造已有建筑，非常重要并且必要?！睏钺苏J(rèn)為。

“目前對既有建筑進(jìn)行近零能耗改造、推廣的難點(diǎn)主要來自三方面。”楊鴻瑋介紹，首先既有建筑改造的限制條件更多，不如新建建筑發(fā)揮空間大。比如需要增加一些技術(shù)，但是空間不夠，需要替換一些材料，但施工條件不能滿足。其次是在成本控制方面更加嚴(yán)格，對于甲方來說，對既有建筑進(jìn)行改造，更看重性價(jià)比和時(shí)間成本。對于既有建筑的改造要先診斷能耗高的原因再出方案，要把錢花到刀刃上，看到更大效益。第三是社會化問題更多，既有住宅建筑的改造需要征求所有業(yè)主的同意，涉及民意協(xié)調(diào)。

楊崴認(rèn)為，對既有建筑進(jìn)行近零能耗改造、推廣雖然難度不小，但也并非無計(jì)可施。“可以通過‘自上而下’和‘自下而上’兩方面推進(jìn)。”楊崴解釋，“自上而下”就是在頂層設(shè)計(jì)方面，政府進(jìn)行主導(dǎo)，制定總體目標(biāo)，制定國家、地方的相關(guān)政策、法規(guī)等，并通過行政和激勵(lì)措施推廣執(zhí)行。

比如，2021年，我國發(fā)布了編號為GB55015-2021的《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》國家標(biāo)準(zhǔn)，該規(guī)范為強(qiáng)制性工程建設(shè)規(guī)范，提出很高的節(jié)能要求，要求新建的所有建筑節(jié)能率要達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)。“未來對既有建筑節(jié)能改造也可以出臺專門的強(qiáng)制性工程建筑規(guī)范，從而加快改造工作的推進(jìn)?！睏钺苏f。

此外，相關(guān)國家政府部門、研究機(jī)構(gòu)和國企也把既有建筑的（近）零能耗改造和推廣作為重要課題進(jìn)行研究，并開展示范工程建設(shè)。

與此同時(shí)，還可以通過“自下而上”的方式，例如，對于住宅建筑，可以根據(jù)業(yè)主需求進(jìn)行個(gè)性化定制的微改造。比如住戶可以在自家內(nèi)墻增加保溫層，更換三玻兩空的窗戶， 建立熱量穩(wěn)定平衡的小環(huán)境，達(dá)到降低家庭能耗的目的。