零碳建筑概念及關(guān)鍵技術(shù)梳理

張競丹 錢學(xué)剛 錢奕丞

1.中國電力工程顧問集團(tuán)有限公司 北京 100000

2.中國機(jī)械工業(yè)工程集團(tuán)有限公司 北京 100000

3.中國電力工程有限公司 北京 100000

建筑行業(yè)是全球碳排放的重要來源之一，建筑行業(yè)的環(huán)保和節(jié)能水平，直接關(guān)系到全球環(huán)保和節(jié)能的進(jìn)程，為此零碳建筑的概念應(yīng)運而生。零碳建筑旨在通過采用可再生能源和高效建筑設(shè)計來實現(xiàn)減少或完全消除建筑對環(huán)境的負(fù)面影響。隨著能源價格的上漲和環(huán)保意識的增強(qiáng)，零碳建筑除了能降低碳排放外，還能降低能源使用成本，為建筑業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)收益，所以建筑企業(yè)應(yīng)該積極探索和推廣零碳建筑的技術(shù)和理念，為保護(hù)環(huán)境和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展做出更多的貢獻(xiàn)。

1 零碳建筑的概念和相關(guān)政策

零碳建筑是指在建筑設(shè)計、建造、運營、維護(hù)及拆除全生命周期中，最大限度地減少二氧化碳的排放，并盡可能地利用可再生能源，以實現(xiàn)建筑零碳排放的目標(biāo)。零碳建筑通過提高建筑的能源效率和環(huán)境可持續(xù)性，以減少對環(huán)境的負(fù)面影響。最近，很多國家都出臺了零碳建筑的相關(guān)政策。例如，歐盟提出了“2030氣候與能源框架”，其中包括在未來幾年內(nèi)實現(xiàn)所有新建建筑的零碳標(biāo)準(zhǔn)。在英國，政府也提出了實現(xiàn)“2030年前所有新建建筑為零碳建筑”的目標(biāo)，并將提高建筑能效作為其中的一個關(guān)鍵措施。此外，美國、加拿大、日本等國也都在積極推進(jìn)零碳建筑的相關(guān)政策[1]。

作為一個負(fù)責(zé)任的大國，中國也積極出臺了一系列規(guī)范和措施，以推動零碳建筑在國內(nèi)的發(fā)展。首先，中國國家發(fā)展改革委、財政部、環(huán)境保護(hù)部、能源局等部門于2020年9月發(fā)布了《關(guān)于積極推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和的指導(dǎo)意見》，該指導(dǎo)意見提出了具體的目標(biāo)和措施，旨在實現(xiàn)我國的碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)，其中包括加強(qiáng)政策引導(dǎo)，推動能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，提高能源利用效率等方面的內(nèi)容。其次，為推動建筑業(yè)向低碳發(fā)展，2016年，中國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》，將綠色建筑作為我國建筑行業(yè)發(fā)展的方向，該標(biāo)準(zhǔn)包括節(jié)能、水資源利用、材料環(huán)保等多個方面的要求，為建筑業(yè)的綠色發(fā)展提供了指導(dǎo)。除此之外，2019年，中國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部還發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)低碳城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》，提出要加快低碳城市建設(shè)，倡導(dǎo)綠色出行等措施，為推動城市低碳化做出了努力。

2 零碳建筑關(guān)鍵性技術(shù)

2.1 高效節(jié)能技術(shù)

高效節(jié)能技術(shù)是指通過應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)手段，減少能源的消耗，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，高效節(jié)能技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用在零碳建筑中，其中建筑能源管理系統(tǒng)（BEMS）是實現(xiàn)高效節(jié)能的核心技術(shù)[2]。建筑能源管理系統(tǒng)（BEMS）是一種集成多種技術(shù)的智能化系統(tǒng)，旨在提高建筑能源使用的效率，減少能源浪費和污染排放。它通過傳感器和監(jiān)測設(shè)備來實時監(jiān)測建筑物內(nèi)的溫度、濕度、照明、通風(fēng)等各種能耗指標(biāo)，并通過計算機(jī)智能化控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對建筑設(shè)備和能源的優(yōu)化管理。BEMS系統(tǒng)通常由以下幾個組件組成：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制模塊和顯示模塊。其中，數(shù)據(jù)采集模塊主要用于收集建筑物內(nèi)各種傳感器的數(shù)據(jù)，包括溫度、濕度、光照、電力等數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊中進(jìn)行分析和處理。數(shù)據(jù)處理模塊會對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、統(tǒng)計和分析，生成各種報告和分析結(jié)果?？刂颇K則通過智能化算法對建筑設(shè)備進(jìn)行控制，以實現(xiàn)能源的優(yōu)化管理和控制。顯示模塊則為用戶提供數(shù)據(jù)報告和分析結(jié)果的可視化界面。BEMS系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效地提高建筑物的能源效率和環(huán)境質(zhì)量，同時也可以減少建筑物的能源消耗和運行成本。它作為建筑業(yè)更加高效、綠色、可持續(xù)的能源管理方式，為未來的可持續(xù)發(fā)展提供有力的支持。

2.2 可再生能源技術(shù)

可再生能源技術(shù)是實現(xiàn)零碳建筑的關(guān)鍵。太陽能是一種廣泛應(yīng)用于零碳建筑的可再生能源技術(shù)。通過安裝太陽能電池板，可以利用陽光將光能轉(zhuǎn)化為電能，從而為建筑供電，這樣不僅可以減少對傳統(tǒng)能源的依賴，還可以減少對環(huán)境的污染。例如，英國倫敦的TheCrystal建筑，就是利用太陽能板來實現(xiàn)自給自足的電力供應(yīng)的。風(fēng)能是另一種可再生能源技術(shù)，也廣泛應(yīng)用于零碳建筑。通過安裝風(fēng)力渦輪機(jī)，可以將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。例如，丹麥的格陵蘭島上的一個建筑物，利用風(fēng)能來實現(xiàn)其電力供應(yīng)。水力發(fā)電是另一種可再生能源技術(shù)，可以通過將水流經(jīng)過水輪機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。例如，美國科羅拉多州的AspenArtMuseum就是一個典型的應(yīng)用水力發(fā)電技術(shù)的零碳建筑。除了上述可再生能源技術(shù)外，還有其他一些技術(shù)也廣泛應(yīng)用于零碳建筑。例如，地源熱泵技術(shù)可以利用地下的熱能來為建筑供暖和制冷，而無需使用傳統(tǒng)的燃?xì)饣螂娏Α?/p>

2.3 智能控制技術(shù)

智能控制技術(shù)在零碳建筑中的應(yīng)用，可以幫助建筑物更加高效地利用能源，減少對環(huán)境的負(fù)擔(dān)。智能控制技術(shù)可以在多個方面應(yīng)用于零碳建筑中。首先，它可以控制建筑物的溫度、濕度和通風(fēng)等方面，從而減少能源的浪費。通過傳感器和自動控制系統(tǒng)，建筑物可以自動調(diào)節(jié)溫度和濕度，并根據(jù)天氣條件自動開啟或關(guān)閉通風(fēng)設(shè)備，達(dá)到最佳的舒適度和節(jié)能效果[3]。其次，智能控制技術(shù)可以優(yōu)化建筑物的照明系統(tǒng)。通過自動調(diào)節(jié)燈光亮度和顏色，建筑物可以達(dá)到最佳的照明效果，同時避免能源的浪費，并且還可以根據(jù)建筑物的使用情況和光線條件，自動開啟或關(guān)閉燈光，以達(dá)到最佳的節(jié)能效果。最后，智能控制技術(shù)還可以在建筑物的水資源管理中發(fā)揮重要作用。通過自動監(jiān)測水的流量和質(zhì)量，建筑物可以減少水資源的浪費，實現(xiàn)最佳的水資源利用效率。同時，智能控制技術(shù)還可以控制建筑物的雨水收集和利用，進(jìn)一步減少對自來水的需求，達(dá)到更加環(huán)保和可持續(xù)的效果。

2.4 綠色建筑材料技術(shù)

綠色建筑材料指的是對人體健康和環(huán)境影響相對較小的建筑材料，其生產(chǎn)、使用和回收過程對環(huán)境影響較小，并且具有節(jié)能、環(huán)保、耐久等特點。在零碳建筑中，綠色建筑材料技術(shù)的應(yīng)用是十分廣泛的。比如，在建筑的外墻保溫材料上，可以采用生態(tài)巖棉、細(xì)木工板等綠色建筑材料，這些材料具有優(yōu)異的保溫性能，而且生產(chǎn)過程中不會產(chǎn)生有害物質(zhì)，對環(huán)境的污染很小。此外，在室內(nèi)裝修上，也可以采用環(huán)保木地板、環(huán)保涂料、環(huán)保墻紙等綠色建筑材料，這些材料不僅能夠減少有害物質(zhì)的釋放，還能夠有效地提升室內(nèi)空氣質(zhì)量，為人們提供一個更加健康的居住環(huán)境。最后還有綠色屋頂技術(shù)，綠色屋頂是指在建筑物屋頂覆蓋一層植物和土壤，從而在一定程度上減少室內(nèi)外溫度差異，減少能源消耗，并且綠色屋頂還可以吸收大氣中的二氧化碳、氮氧化物等有害氣體，凈化空氣，提高城市生態(tài)環(huán)境。

3 零碳建筑的發(fā)展困境

零碳建筑是當(dāng)今建筑領(lǐng)域的一個熱門話題，在目前階段，零碳建筑面臨著一些發(fā)展困境。首先，零碳建筑的技術(shù)創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)制定仍面臨挑戰(zhàn)。零碳建筑的發(fā)展需要基于新材料、新技術(shù)、新工藝和新模式等方面的創(chuàng)新，同時需要相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和政策的支持。目前雖然有一些零碳建筑的技術(shù)解決方案已經(jīng)存在，但它們往往還不夠成熟，需要進(jìn)一步的研發(fā)和改進(jìn)。例如，可再生能源的利用仍然面臨著一些限制，如太陽能電池板的效率和成本問題。其次，成本是零碳建筑發(fā)展的另一個障礙。與傳統(tǒng)建筑相比，零碳建筑需要采用更加先進(jìn)的材料和技術(shù)，以及更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這些要求導(dǎo)致了零碳建筑的建設(shè)成本普遍較高，使得其在市場上的競爭力受到了一定的制約。最后，零碳建筑的推廣和普及也存在困難。雖然零碳建筑在環(huán)保、節(jié)能、可持續(xù)等方面的優(yōu)點明顯，但其在推廣和普及方面仍面臨許多挑戰(zhàn)。例如，消費者對于零碳建筑的認(rèn)知和接受程度仍不高，盡管零碳建筑的概念已經(jīng)逐漸為人們所熟知，但對于一般公眾和建筑業(yè)從業(yè)人員來說，仍然存在認(rèn)知和理解的差距，而且相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和政策的制定和執(zhí)行也存在諸多不足，也在一定程度上造成了零碳建筑的推廣困難。

4 零碳建筑的實現(xiàn)途徑

4.1 建筑企業(yè)加強(qiáng)零碳技術(shù)的應(yīng)用

近年來，隨著人們對環(huán)保意識的提高，越來越多的人開始關(guān)注零碳建筑，要真正實現(xiàn)零碳建筑，企業(yè)必須在建筑中加強(qiáng)零碳技術(shù)的應(yīng)用。首先，建筑設(shè)計階段是實現(xiàn)零碳建筑的重要環(huán)節(jié)。建筑設(shè)計師需要充分考慮建筑的能源效率和環(huán)保性能，通過選用可再生能源和高效節(jié)能技術(shù)，實現(xiàn)建筑的減排和能耗降低。此外，在建筑材料的選擇方面，也應(yīng)該優(yōu)先選用環(huán)保、可再生的材料，避免使用高碳排放的建筑材料。其次，在建筑施工過程中，要注意減少建筑廢棄物的產(chǎn)生和環(huán)境污染，采用先進(jìn)的施工技術(shù)和管理方法，降低施工噪音和粉塵污染。第三，建筑使用階段也是減少碳排放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。建筑內(nèi)部采用節(jié)能、環(huán)保的電氣設(shè)備和照明系統(tǒng)，建立科學(xué)的能源管理系統(tǒng)，合理利用太陽能和風(fēng)能等可再生能源，降低建筑的能耗和碳排放。最后，在建筑拆除和回收階段，應(yīng)該盡可能地減少廢棄物的產(chǎn)生，并且對廢棄物進(jìn)行分類、回收和處理，盡可能地降低對環(huán)境的污染和破壞?？傊?，實現(xiàn)零碳建筑需要各個環(huán)節(jié)的努力和合理協(xié)調(diào)，建筑設(shè)計、施工、使用、拆除和回收等全生命周期過程中，都需要注意環(huán)保、節(jié)能和減排，通過科學(xué)的技術(shù)和管理手段，實現(xiàn)零碳建筑的目標(biāo)。

4.2 政府發(fā)揮帶頭作用

隨著全球氣候變化問題的日益嚴(yán)峻，減少碳排放已成為國際社會關(guān)注的焦點，建筑業(yè)作為能源消耗最大的行業(yè)之一，也承擔(dān)著減少碳排放的重要責(zé)任，對此政府要發(fā)揮帶頭作用，積極推廣零碳建筑，降低建筑業(yè)的碳排放。首先，政府應(yīng)制定嚴(yán)格的法規(guī)和政策，以推動零碳建筑的發(fā)展，這包括設(shè)立環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，要求所有新建筑在設(shè)計和施工過程中符合零碳建筑的要求。政府可以提供激勵措施，如稅收優(yōu)惠和補(bǔ)貼，以鼓勵開發(fā)商和業(yè)主采用零碳建筑技術(shù)和設(shè)備。其次，政府應(yīng)加大對零碳建筑技術(shù)的研發(fā)和推廣力度，通過資助科研項目和組織專家團(tuán)隊，促進(jìn)新能源利用、建筑節(jié)能和碳減排等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。此外，政府還可以加強(qiáng)與企業(yè)和社區(qū)的合作，共同推動零碳建筑的實施。政府可以與建筑開發(fā)商和房地產(chǎn)公司簽訂協(xié)議，要求其在項目中采用可持續(xù)建筑材料、節(jié)能設(shè)備和清潔能源，或者鼓勵社區(qū)居民參與能源管理和碳減排行動，通過推廣節(jié)能措施和鼓勵可再生能源的使用，實現(xiàn)零碳生活方式的普及。最后，政府應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管和評估，確保零碳建筑政策的有效執(zhí)行。政府可以建立專門的機(jī)構(gòu)或部門，負(fù)責(zé)監(jiān)督和審查建筑項目的環(huán)境影響和碳排放情況，并定期評估零碳建筑政策的實施效果，并根據(jù)評估結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。

4.3 加強(qiáng)行業(yè)相關(guān)人才的培養(yǎng)

為了實現(xiàn)零碳建筑，不僅需要依靠技術(shù)的進(jìn)步和政策的支持，更需要有一批專業(yè)的人才來推動這一目標(biāo)的實現(xiàn)。首先，要培養(yǎng)具備相關(guān)技術(shù)和知識的工程師和設(shè)計師。這些人才需要了解建筑材料的特性、建筑能源管理的方法以及可再生能源的利用等方面的知識。其次，要培養(yǎng)能夠進(jìn)行綠色建筑評估的專業(yè)人才，幫助企業(yè)評估建筑的環(huán)境影響和節(jié)能減排效果。此外，還需要培養(yǎng)熟悉建筑節(jié)能設(shè)計的技術(shù)人才，能夠提供高效節(jié)能的設(shè)計方案，為建筑節(jié)能提供技術(shù)支持。除了專業(yè)技能的培養(yǎng)外，還要注重培養(yǎng)具備創(chuàng)新思維和團(tuán)隊合作精神的人才，這些人才要能夠主動思考、發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案，并能夠與其他領(lǐng)域的專業(yè)人才協(xié)同工作，從而形成高效的團(tuán)隊合作。在人才培養(yǎng)方面，不僅要加強(qiáng)高等院校和職業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的相關(guān)課程設(shè)置，引導(dǎo)更多的學(xué)生和職業(yè)人才參與到零碳建筑的實踐中來，同時政府和企業(yè)也要加大對零碳建筑領(lǐng)域人才的培養(yǎng)和引進(jìn)力度，提供更多的培訓(xùn)和實踐機(jī)會，幫助員工在實踐中不斷提升自己的能力和水平。

5 零碳建筑的未來發(fā)展趨勢

未來，零碳建筑的發(fā)展方向?qū)⒅饕ㄒ韵聨讉€方面：首先，零碳建筑的技術(shù)應(yīng)用將更加廣泛。目前，零碳建筑主要采用的技術(shù)包括太陽能電池板、地源熱泵、節(jié)能材料等。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，新的技術(shù)將被應(yīng)用到零碳建筑中，如微網(wǎng)、可再生能源發(fā)電、蓄電池等技術(shù)，從而實現(xiàn)建筑能源的自給自足[4]。其次，零碳建筑的設(shè)計理念將更加注重環(huán)保可持續(xù)性。未來，零碳建筑將更加注重綠色建筑材料的使用，比如可降解材料、可循環(huán)利用材料等，以減少對環(huán)境的影響。同時，零碳建筑將更加注重自然環(huán)境的保護(hù)，如建筑的布局、朝向等都將充分考慮自然光照和自然通風(fēng)等因素，從而最大限度地降低能源消耗，并且建筑師將會更加注重建筑與周圍環(huán)境的融合，減少對自然資源的損害。例如，在建筑的設(shè)計中融入自然景觀，使建筑與周圍環(huán)境相得益彰，達(dá)到既滿足人們的生活需求，又保護(hù)生態(tài)環(huán)境的雙重效果。第三，零碳建筑將更加注重人文關(guān)懷。未來，零碳建筑將更加注重建筑的人性化設(shè)計，充分考慮人的舒適度和健康，如室內(nèi)空氣質(zhì)量、光照度、噪音等因素，從而為居住者提供更加健康、舒適的居住環(huán)境。隨著技術(shù)的創(chuàng)新和零碳觀念的深化，零碳建筑將具有廣闊的發(fā)展前景，為人類提供更加健康、舒適、可持續(xù)的居住環(huán)境。

6 結(jié)語

隨著全球氣候變化問題的日益嚴(yán)重，零碳建筑作為一種可持續(xù)發(fā)展的建筑理念，受到越來越多人的關(guān)注和追求。零碳建筑雖然在建設(shè)過程中需要投入更高的成本，但隨著時間的推移，使用零碳建筑所節(jié)省的能源和維護(hù)成本將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于建設(shè)成本，并且其所采用的可再生能源，能有效減少對環(huán)境的污染和破壞，大大減少二氧化碳的排放，改善空氣質(zhì)量，緩解全球氣候變化問題，所以零碳建筑具有環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)效益等諸多優(yōu)點，對于建筑行業(yè)和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。現(xiàn)階段，由于建設(shè)成本較高和可再生能源資源的限制，其在大規(guī)模推廣方面仍存在一定的挑戰(zhàn)，對此仍需要政府、企業(yè)和公眾等多方的共同努力，相信在未來隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和政策的不斷完善，零碳建筑終將成為建筑業(yè)的主流，為全球的可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。