從綠色建筑、被動式建筑邁向零碳建筑的思考

董恒瑞，劉軍，秦硯瑤，吳思睿，羅干Dong Hengrui,Liu Jun,Qin Yanyao,Wu Sirui,Luo Gan

（中煤科工重慶設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司 綠色建筑設(shè)計(jì)研究院，重慶 400042）

0 引言

建筑碳排放量是指二氧化碳排放量，二氧化碳排放量具體是指二氧化碳當(dāng)量（tCO2e）[1]，是在輻射強(qiáng)度上與某種溫室氣體質(zhì)量相當(dāng)?shù)亩趸嫉牧?。二氧化碳排放量包括二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫等溫室氣體的排放量。為更好地應(yīng)對氣候變化，聚焦綠色低碳發(fā)展，控制全球二氧化碳排放量是唯一選擇。

習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上宣布：中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭取于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。2021年中央經(jīng)濟(jì)工作會議強(qiáng)調(diào)將“碳達(dá)峰、碳中和”作為本年度的八項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)之一[2]?！吨袊ㄖ?jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2020》指出我國建筑碳排放總量整體呈現(xiàn)出持續(xù)增長趨勢，其中2019年建筑業(yè)狹義碳排放總量占我國建筑碳排放總量的21%，廣義碳排放量占到40%以上。建筑業(yè)是我國“碳達(dá)峰、碳中和”的主戰(zhàn)場。未來，建筑業(yè)如何實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”，是擺在建筑從業(yè)者面前的重要課題。

1 技術(shù)關(guān)聯(lián)性

低碳化發(fā)展的概念已經(jīng)逐漸深入各行各業(yè)，建筑業(yè)在節(jié)能減排的大環(huán)境下也開始逐漸探索新的綠色化建造方式。近十多年來，節(jié)能建筑、綠色建筑、裝配式建筑、健康建筑、被動式建筑、百年建筑、低碳建筑、零碳建筑等新概念、新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮、百花齊放，逐步扎根生長。圍繞這些建筑理念，行業(yè)內(nèi)建立了一系列相應(yīng)的體系。但是上述建筑概念所對應(yīng)的技術(shù)策略和技術(shù)體系存在一定的重疊，從業(yè)人員難以有效分辨節(jié)能、綠色、低碳、零碳之間的邏輯關(guān)系，存在較多的困惑。

綠色建筑、被動式建筑、零碳建筑作為建筑領(lǐng)域得到較大規(guī)模推廣應(yīng)用的建筑“貴族”，自誕生以來，就是相輔相成、相互補(bǔ)充、相互促進(jìn)的關(guān)系，也是不同發(fā)展階段的產(chǎn)物（圖1）。

圖1 從綠色低碳邁向零碳[3]

1.1 綠色建筑

綠色建筑的概念最早是由意大利建筑師鮑羅·索雷里于1969年提出的，隨著節(jié)能生態(tài)技術(shù)的進(jìn)步，并經(jīng)過不斷豐富和完善，1992年在“聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會”上，第一次正式提出“綠色建筑”的概念，綠色建筑內(nèi)涵得以不斷豐富完善，逐步將環(huán)境、健康、人文等理念納入綠色建筑技術(shù)體系。在此基礎(chǔ)上，新型節(jié)能形式、新興產(chǎn)品技術(shù)等“以人為本”的技術(shù)策略不斷完善。

綠色建筑的理念被引入我國后，國家及各省市地方層面相繼頒布了若干綱要、導(dǎo)則和法規(guī)，推動綠色建筑的發(fā)展。經(jīng)過20余年發(fā)展，我國綠色建筑已經(jīng)從“淺綠”走向“深綠”。特別是2019年，我國對綠色建筑進(jìn)行全新闡釋，在“四節(jié)一環(huán)?！被A(chǔ)上強(qiáng)調(diào)“健康、適用、高效、和諧、高質(zhì)量、人文”，關(guān)注建筑本身的綠色性能和建筑運(yùn)營的健康性能，強(qiáng)調(diào)人們的可感知性。綠色建筑在一定范圍內(nèi)體現(xiàn)了建筑的低碳化，如節(jié)能設(shè)計(jì)要求、綠色設(shè)計(jì)要求、健康設(shè)計(jì)理念等。

1.2 被動式建筑

被動式建筑又稱被動房，根據(jù)能耗指標(biāo)可將其劃分為超低能耗建筑、近零能耗建筑、零能耗建筑[4]。作為舶來品，受我國國情、氣候條件、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系等因素影響，被動式建筑逐步中國化。截至2020年6月，我國共有10個省及自治區(qū)和17個城市共出臺47項(xiàng)政策，給出了被動式建筑項(xiàng)目明確的發(fā)展目標(biāo)或激勵措施[2]。

從我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可知，被動式建筑是建筑節(jié)能高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，通過限定建筑圍護(hù)系統(tǒng)和設(shè)備參數(shù)，對建筑本體和建筑設(shè)備[5]進(jìn)行限定式的節(jié)能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)建筑使用過程的低碳化、零碳化，或者說建筑運(yùn)營階段的“低碳、零碳”。

1.3 零碳建筑

2019年，我國建筑行業(yè)運(yùn)行碳排放（含直接碳排放和間接碳排放）約為21億噸二氧化碳，占全國總量的20%左右[6]。從發(fā)達(dá)國家的建筑業(yè)碳排放量趨勢看，我國建筑業(yè)碳排放量在一定時間內(nèi)仍將保持較快增長，零碳建筑便是在此背景下提出的。

零碳建筑又稱凈零碳建筑（Zero Carbon Buildings，ZCB），由世界綠色建筑委員會提出[7]。從定性上講，零碳建筑是在建筑全壽命期內(nèi)，通過減少碳排放和增加碳匯實(shí)現(xiàn)建筑的零碳排放。定量上看，零碳建筑是充分利用建筑本體節(jié)能措施和可再生能源資源，使可再生能源二氧化碳年減碳量大于等于建筑全年二氧化碳排放量的建筑，其建筑能耗達(dá)到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51350）有關(guān)規(guī)定的水準(zhǔn)。

零碳建筑的主要特征：一是強(qiáng)調(diào)建筑圍護(hù)系統(tǒng)的節(jié)能指標(biāo)，二是強(qiáng)調(diào)可再生能源的利用，三是建造和運(yùn)營階段的零碳化，四是建筑運(yùn)營階段碳排放量占建筑全壽命期碳排放總量的80%以上，這其中既涵蓋“物的行為”，又包括“人的行為”，既體現(xiàn)了綠色建筑的“綠色性能”，也體現(xiàn)了被動式建筑的“節(jié)能性能”。真正的可感知和獲得感，是零碳建筑的核心。部分學(xué)者認(rèn)為零碳建筑很難實(shí)現(xiàn)建筑全壽命期內(nèi)的零碳排放，零碳排放控制主要集中于建筑運(yùn)營階段。筆者認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)建筑“雙碳”目標(biāo)，應(yīng)從規(guī)劃設(shè)計(jì)階段植入零碳理念，并貫穿建筑全壽命期，做到規(guī)劃統(tǒng)籌，因此仍需從全壽命期角度綜合分析實(shí)現(xiàn)建筑零碳的途徑。

目前，我國零碳建筑相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)正在編制中，其中重慶、北京、天津等地已發(fā)布實(shí)施或正在編制與零碳建筑相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如重慶市《低碳建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ50/T-139—2012）、北京市《低碳社區(qū)評價技術(shù)導(dǎo)則》（DB11/T 1371—2016）、北京市《低碳小城鎮(zhèn)評價技術(shù)導(dǎo)則》（DB11/T 1426—2017）、天津市環(huán)境科學(xué)學(xué)會《零碳建筑認(rèn)定和評價指南》（T/CASE00—2021）、國家發(fā)改委《低碳社區(qū)試點(diǎn)建設(shè)指南》等，為零碳建筑的發(fā)展提供了一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。

2 從綠色建筑到零碳建筑

綠色建筑在一定程度上具備零碳建筑的特征，是零碳建筑的重要載體[8]，同時，零碳建筑應(yīng)該充分汲取綠色建筑中健康、環(huán)保、舒適等理念。我國綠色建筑指標(biāo)準(zhǔn)體系由安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約、環(huán)境宜居5類指標(biāo)組成，可以分別對應(yīng)于建筑中的資源系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、交通系統(tǒng)和運(yùn)維碳匯（圖2）。

圖2 綠色建筑指標(biāo)與零碳建筑各系統(tǒng)對應(yīng)關(guān)系

2.1 資源系統(tǒng)之零碳化

安全耐久主要為材料、部品部件的耐久性和耐用性，從建筑零碳角度分析，建筑材料的耐用性降低了建筑材料的全壽命期的總用量，從而在一定程度上降低了建筑的碳排放量。建筑材料生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中的碳排放分別被劃為工業(yè)部門和交通部門，單純生產(chǎn)階段碳排放量對建筑業(yè)而言并不是其核算邊界，故只需關(guān)注建造階段的碳排放量即可。

健康舒適指標(biāo)中有外圍護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)品（建筑砌塊、磚、板材、保溫材料）性能、裝飾裝修材料要求等。按照建筑物化階段碳排放量計(jì)算方法可知，上述材料產(chǎn)品的使用，直接計(jì)入建筑碳排放量，同時產(chǎn)品類型決定了碳排放因子，并直接影響碳排放量大小。

資源節(jié)約中“節(jié)能、節(jié)材、節(jié)水”與建筑碳排放直接相關(guān)，資源“利用量、利用率”大小，代表了建筑碳排放的大小，涉及建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性、造型要素、建材運(yùn)距、建材等級、綠色建材使用量、暖通設(shè)備能效指標(biāo)、可再生能源利用比例等。

2.2 能源系統(tǒng)之零碳化

綠色建筑中健康舒適指標(biāo)包括聲、光、熱、空氣品質(zhì)以及圍護(hù)系統(tǒng)熱工性能，其中光環(huán)境、熱濕環(huán)境、設(shè)施設(shè)備的節(jié)能性能均與建筑碳排放直接相關(guān)，如采用LED照明產(chǎn)品、供暖空調(diào)系統(tǒng)。

2.3 交通系統(tǒng)之碳化

葉祖達(dá)[9]認(rèn)為，綠色建筑內(nèi)涵之一“生活便利”中的出行類指標(biāo)屬于交通板塊碳排放范疇。從綠色建筑到零碳建筑的指標(biāo)要求，除了規(guī)定“距離、無障礙、服務(wù)功能、綠地”外，還需重點(diǎn)根據(jù)不同出行方式、比例、距離等進(jìn)行碳排放量計(jì)算。

2.4 碳匯效應(yīng)

碳匯是在規(guī)定的建筑物項(xiàng)目范圍內(nèi)，綠化植被從空氣中吸收并存儲的二氧化碳量[10]。建筑項(xiàng)目周邊微型生態(tài)系統(tǒng)是碳循環(huán)的重要一環(huán)，碳匯效應(yīng)有助于建筑物全生命周期碳排放量的精準(zhǔn)測量，也是最經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)方法之一。

綠色建筑中環(huán)境宜居指標(biāo)主要體現(xiàn)建筑“以人為本”和“因地制宜”，其中場地生態(tài)修復(fù)、綠地率、低影響開發(fā)設(shè)施、項(xiàng)目場地風(fēng)環(huán)境、屋頂綠化、立體綠化、復(fù)層綠化（圖3）等在一定程度上具有碳匯效應(yīng)，體現(xiàn)了零碳排放和自然碳匯的理念。

圖3 立體綠色碳匯

3 從被動式建筑到零碳建筑

被動式建筑是實(shí)現(xiàn)建筑近零能耗目標(biāo)的一種技術(shù)體系，依靠建筑本體的綠色節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)[11]，使建筑達(dá)到舒適的室內(nèi)溫度，滿足冬暖夏涼的要求，無需再單獨(dú)安裝供暖設(shè)施。

3.1 建筑節(jié)能的更高表現(xiàn)形式

被動式建筑以建筑能耗值為導(dǎo)向[12]進(jìn)行性能化綠色低碳設(shè)計(jì)，其主要技術(shù)措施為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高的外窗、無熱橋的設(shè)計(jì)與施工。

零碳建筑中的圍護(hù)系統(tǒng)和設(shè)備能耗也應(yīng)是控制性指標(biāo)，除強(qiáng)調(diào)建筑低能耗外，還包括建造過程及運(yùn)營全過程的零碳化，如氣改電、拆建變改造等，因此筆者認(rèn)為零碳建筑在節(jié)能減排上比被動式建筑更勝一籌，是更廣義上的節(jié)能。

3.2 節(jié)流式減碳

表1 被動式建筑和零碳建筑對比

被動式建筑強(qiáng)調(diào)建筑能耗的節(jié)流，即通過被動式節(jié)能技術(shù)降低建筑使用階段能耗，鎖住建筑內(nèi)在環(huán)境溫度，減少能量的流失，從而減輕對氣候的負(fù)擔(dān)，這也是被動式建筑將建筑氣密性作為控制性指標(biāo)的原因之一。被動式建筑根據(jù)建筑用能與可再生能源產(chǎn)能（綠色電力）的差值，可以實(shí)現(xiàn)近零能耗、零能耗甚至提供產(chǎn)能房，這些均是從節(jié)流的角度去評判建筑的耗能量或者碳排放量，且沒有過多地考慮建造環(huán)節(jié)對資源能源的消耗。

3.3 開源式減碳

與被動式建筑相比，零碳建筑強(qiáng)調(diào)建筑能耗的開源。一是在建筑建造階段，雖然實(shí)現(xiàn)建筑全階段零碳是比較困難的[13]，但仍需考慮建材使用和建造過程的碳排放量，有側(cè)重地選用綠色建材、低碳建材和低碳設(shè)備、工藝等；二是在建筑運(yùn)行階段，充分利用可再生能源技術(shù)調(diào)整建筑用能結(jié)構(gòu)，降低傳統(tǒng)電能消耗占比；三是對建筑使用壽命、建材耐久性、部品更換周期等提出要求；四是拆除階段實(shí)現(xiàn)低碳化、利廢化、資源化、環(huán)?；?/p>

3.4 人的舒適、物的減碳

從被動式建筑邁向零碳建筑，除上述理念側(cè)重點(diǎn)不同外，被動式建筑還特別注重人的舒適性，被動設(shè)計(jì)要全面提升室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量和人的健康素養(yǎng)。零碳建筑則特別注重建材物化階段的碳排放量、施工運(yùn)輸階段的碳排放量，以及降低建筑使用階段對電網(wǎng)電力負(fù)荷消耗占比，增加可再生能源等綠色電力負(fù)荷消耗占比，如全球二氧化碳排放量的35%以上來自建筑物在照明、電力、供暖和制冷方面所消耗的能源。

4 零碳建筑技術(shù)策略

4.1 建筑本體技術(shù)

（1）進(jìn)行與本地區(qū)氣候環(huán)境相適應(yīng)的建筑設(shè)計(jì)，控制建筑體型系數(shù)，減小建筑外圍護(hù)面積，采用建筑自遮陽、改善空間布局等方式，提高建筑運(yùn)營用能效率。充分利用自然風(fēng)，基于煙囪效應(yīng)、室內(nèi)外風(fēng)壓等實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外空氣循環(huán)（圖4）。

圖4 自然通風(fēng)

（2）提高建筑節(jié)能率。采用高保溫性能的材料和門窗型材，降低建筑外墻、屋面、門窗及結(jié)構(gòu)熱橋的傳熱系數(shù)，進(jìn)行關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的節(jié)能設(shè)計(jì)。

（3）各專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)。各專業(yè)間集成設(shè)計(jì)，保障設(shè)備、管線與建筑本體之間合理接觸，提高建筑空間氣密性，提高資源能源的合理“搭配”。

4.2 建筑微生態(tài)技術(shù)

通過屋面綠化、墻體綠化、景觀復(fù)層綠化等措施，打造建筑微生態(tài)，提高建筑碳匯，降低建筑周邊環(huán)境的熱島效應(yīng)。通過低影響開發(fā)設(shè)施，提高建筑微生態(tài)雨水涵養(yǎng)量和雨水回收量，提高建筑微生態(tài)“自然”水平。

4.3 設(shè)施設(shè)備技術(shù)

采用高效節(jié)能設(shè)備，提高建筑用電效率。充分利用太陽能、地?zé)嵩础⒔吹瓤稍偕茉?，形成微型電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)建筑能源需求的自給自足，降低煤、石油等傳統(tǒng)化石燃料的消耗（圖5）。

圖5 建筑光伏一體化

充分利用智慧化手段，打造建筑“管家”控制系統(tǒng)，合理調(diào)節(jié)建筑室內(nèi)溫度、濕度、亮度，進(jìn)一步降低能耗、節(jié)約資源。

5 結(jié)語

零碳建筑是建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)“3060”目標(biāo)的重要一環(huán)。我國零碳建筑正處于探索研究和快速發(fā)展階段，頂層設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)體系、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等正在加速形成。基于此行業(yè)背景，本文對綠色建筑、被動式建筑、零碳建筑進(jìn)行對比，辨析三者之間的相關(guān)關(guān)系，以發(fā)現(xiàn)其中的邏輯；結(jié)合國內(nèi)外零碳建筑案例，總結(jié)提煉了零碳建筑的技術(shù)策略，以便后續(xù)有的放矢地開展有關(guān)工作，為零碳建筑的推廣應(yīng)用和技術(shù)體系建立提供初步理論支撐和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

零碳建筑在我國尚處于起步階段，有關(guān)理論研究、案例、技術(shù)、產(chǎn)品等較為匱乏。零碳建筑的發(fā)展還需充分融合頂層設(shè)計(jì)、生態(tài)城區(qū)、低碳城市、碳核算、碳足跡、碳匯、碳金融、碳交易等，進(jìn)一步厘清零碳建筑的計(jì)算邊界、指標(biāo)要求和體系化發(fā)展要求。