談零能耗建筑的發(fā)展及其應(yīng)用

于 佳 丘

(東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040)

1 零能耗建筑簡介

零能耗建筑是單純依靠可再生能源提供能量來滿足運轉(zhuǎn)需求的新型建筑。建筑效果是達到全智能控制，不用或少用外界能源，可持續(xù)不間斷的供應(yīng)熱水，同時室內(nèi)空氣的溫濕度也很合適，滿足清新度要求。

零能耗建筑運轉(zhuǎn)過程中不需要消耗化石能源，主要利用太陽能提供能量。這種優(yōu)點正是實現(xiàn)建筑節(jié)能的最有效途徑之一。由于基本不消耗常規(guī)能源，零能耗建筑正日益成為人們關(guān)注的焦點。然而，零能源建筑其實并不是一個新的概念，許多歐美國家(如英國、美國、加拿大、德國)都已發(fā)展零能源建筑。一些區(qū)域國家(如日本、泰國和馬來西亞)也已開始發(fā)展零能源建筑。

2 零能耗建筑發(fā)展背景

中國現(xiàn)在的建筑中，高能耗建筑占建筑總數(shù)的比例高達90%。高能耗往往帶來高污染，在目前能源短缺問題日益明顯的形勢下，為滿足可持續(xù)發(fā)展要求，很有必要大力推廣零能耗建筑，從而有效的降低能源消耗，并更好的滿足舒適性要求，為可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)提供支持。

我國政府提出了發(fā)展“節(jié)能省地型”住宅計劃，比如住建部指出：在未來的建筑領(lǐng)域，傳統(tǒng)的住宅建設(shè)方式應(yīng)該大力改變，各地區(qū)應(yīng)該根據(jù)情況適當(dāng)?shù)耐茝V零能耗建筑技術(shù)。相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果表明，我國的住宅建設(shè)中，耗水量占城市總用水量的32%，耗能占比也超過20%，住宅用地占城市用地的比例為30%，而鋼材耗用量則占全國用鋼量的20%。和發(fā)達國家相比，我國的住宅物耗水平過高，存在很大的節(jié)約空間。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)我國城市住宅的衛(wèi)生潔具耗水量占比高于30%，而在目前城鎮(zhèn)化迅速發(fā)展的形勢下，我國的住宅建設(shè)需求還在不斷的增加，不過在城市大力發(fā)展過程中，資源、環(huán)境的約束壓力也日益增加。在如此嚴峻的建筑背景下，發(fā)展零能耗建筑勢在必行。

3 零能耗建筑發(fā)展歷程

1976年，丹麥技術(shù)大學(xué)的Torben V．Esbensen，首次提出“零能耗建筑(住宅)”一詞。

1988年瑞典Lund University的B. Adamson和德國Institut für Wohnen und Umwelt 的W. Feist首次提出了被動房的概念。

1992年，德國Fraunhofer太陽能研究所的K. Voss教授提出了無源建筑和零能耗建筑的概念。

Kilkis S定義了“凈零火用建筑。P. Torcellini對4類零能耗建筑的定義進行了概括總結(jié)(即凈現(xiàn)場零能耗建筑、凈一次零能耗建筑、凈零能耗賬單建筑、凈零排放建筑)。瑞士的R.Kriesi和H.Uebersax共同提出了迷你能耗房的概念，意大利國家建筑研究中心的S. Fattor和F. Ruffini博士提出了氣候房的概念。

4 零能耗建筑的技術(shù)內(nèi)涵

零能耗建筑的理念在于，盡可能的應(yīng)用自然能源滿足建筑運轉(zhuǎn)要求，減少對環(huán)境的影響，可基本上實現(xiàn)能源和廢物循環(huán)利用的目的。在建筑過程中可通過相關(guān)措施來有效的降低能耗、水耗，同時提高光能的應(yīng)用比例，降低建筑的能耗，控制能源使用量在合理的范圍內(nèi)。具體包括以下幾個方面：

1)根據(jù)自然地理和建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)的特征進行合理的布置；

2)合理利用太陽光滿足室內(nèi)照度，優(yōu)化室內(nèi)采光系統(tǒng)；

3)根據(jù)環(huán)境狀況，盡量應(yīng)用置換送風(fēng)技術(shù)，提高室內(nèi)空氣的循環(huán)速度，滿足舒適性要求；

4)提高太陽能、地?zé)崮艿惹鍧嵞茉吹膽?yīng)用比例；

5)在建筑過程中大量應(yīng)用綠色建材和相關(guān)的技術(shù)，實現(xiàn)綠色建筑目的；

6)建造保溫、遮陽的圍護結(jié)構(gòu)，更好的利用太陽能，同時合理的控制室內(nèi)溫濕度。

5 零能耗建筑的應(yīng)用實踐

5.1 中國建筑科學(xué)研究院近零能耗示范建筑

中國建筑科技院近零能耗示范建筑建成于2014年7月，其總共為四層，總面積4 025 m2，屬于辦公類建筑。

在建筑過程中，嚴格的依據(jù)“被動優(yōu)先，主動優(yōu)化”相關(guān)原則進行施工，采用了超薄絕熱板、空氣凈化系統(tǒng)，Low-E真空三層玻璃，智能光線控制系統(tǒng)，應(yīng)用光地?zé)岜眠M行供熱。同時還應(yīng)用環(huán)境監(jiān)控技術(shù)對建筑運行狀況進行監(jiān)控，并適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。

此建筑還綜合應(yīng)用了高性能建筑圍護結(jié)構(gòu)和清潔能源循環(huán)利用技術(shù)，從而更好的滿足能源應(yīng)用要求，盡可能的降低化石能源的利用比例，據(jù)此實現(xiàn)近零能耗目標。在實際使用過程中，冬季可不需要傳統(tǒng)能源供熱、夏季的能耗也明顯的降低。對比分析可知此建筑的能耗控制指標達到國際一流水平。

5.2 三星綠色明天項目

韓國三星綠色明天項目總建筑面積676 m2，其中住宅區(qū)面積為300 m2，另外還設(shè)置了400多平方米的展覽館。此建筑應(yīng)用了68種環(huán)?？萍技夹g(shù)和產(chǎn)品，如高效能源分布系統(tǒng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)，網(wǎng)格狀外圍護結(jié)構(gòu)等，同時還設(shè)置了光線溫度傳感器等，在日常運行過程中，可通過傳感器采集建筑的運行狀態(tài)信息，而進行智能化控制，可很好的實現(xiàn)“零能耗”“零碳排放”相關(guān)的目標。

此項目的廢水循環(huán)利用水平達到了54%，其中可回收材料的占比為22%。為滿足室內(nèi)空氣品質(zhì)相關(guān)的要求，而適當(dāng)?shù)脑O(shè)置了通風(fēng)換氣頻率，顯著高于傳統(tǒng)建筑。這樣可在很好的滿足室內(nèi)環(huán)境舒適要求基礎(chǔ)上，能耗有效的降低，只有常規(guī)建筑能耗的56%。此建筑中設(shè)置了光伏發(fā)電系統(tǒng)，光熱水器等，大約一半的能耗都可以通過這些系統(tǒng)提供。其綜合了各類型的綠色建筑技術(shù)，這對實現(xiàn)零能耗目標打下了良好的基礎(chǔ)。

5.3 尚德太陽能電力有限公司研發(fā)中心設(shè)計實踐

尚德太陽能電力有限公司研發(fā)中心分為研發(fā)樓和康樂樓兩個區(qū)域，研發(fā)樓7層，康樂樓3層，建筑面積共計1.6萬m2。通過光伏幕墻等技術(shù)手段，有效利用太陽能為主要可再生能源，建筑整體采用鋼結(jié)構(gòu)滿足建筑的空間要求，同時有效的控制了建筑體型系數(shù)，降低圍護面積及耗能指標。

外圍護結(jié)構(gòu)采用光伏電板取代傳統(tǒng)玻璃幕墻，角度傾斜面向太陽，光伏電板幕墻面積達6 900 m2，其中包含2 552塊多晶硅光伏電池板，其面積顯著高于同類型的光伏幕墻，是目前全球最大的光電幕墻。建筑的屋頂則設(shè)置了300 kW的光伏發(fā)電系統(tǒng)，可很好的滿足建筑能源供應(yīng)要求，東西方向上設(shè)置了綠色生態(tài)遮陽措施，從而為降低此種幕墻的能耗提供支持。

尚德研發(fā)樓通過綜合節(jié)能技術(shù)的運用實際年用電量為130萬kW·h，節(jié)約電量45%，而總?cè)萘繛? MW的尚德太陽能光伏電站，在當(dāng)?shù)貧夂驐l件下，年凈發(fā)電量110萬kW·h，為所需電能的80%以上，基本達到能源供需平衡，實現(xiàn)“零能耗”目標。此項目中僅光伏發(fā)電一項，每年約可節(jié)約標煤350 t，減排620 t，運行使用壽命25年，可替代標煤8 750 t，減排1.55萬t，節(jié)能減排成效顯著。