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2023-08-04 10:16:35
雙路徑推進，讓建筑更節能
2023-08-04 10:16:35 來源: 科技日報
科技日報記者?陳曦
外立面和屋頂巧妙布設光伏板發電，中庭雙側采光利用太陽光節省照明耗電，錯半層樓梯設計鼓勵員工多步行、少乘梯，還有“智慧大腦”平臺運維全樓機電設備……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1.2萬平方米的現代化辦公樓，被中國建筑節能協會評為零能耗建筑，是上海市最大的單體零能耗建筑。
建筑領域是全球能源消耗和碳排放的主要領域之一，《中國建筑能耗與碳排放研究報告（2021）》顯示，2019年我國建筑全過程能耗占全國能源消費總量的比例達到46%。為了實現“雙碳”目標，建筑領域積極探索適合中國的零能耗建筑發展之路。
(資料圖片僅供參考)
近零能耗建筑如何實現
2019年，住房和城鄉建設部發布了國家標準《近零能耗建筑技術標準》，對近零能耗建筑進行了定義。近零能耗建筑即適應氣候特征和場地條件，通過被動式建筑設計最大幅度降低建筑供暖、空調、照明需求，通過主動技術措施最大幅度提高能源設備與系統效率，充分利用可再生能源，以最少的能源消耗提供舒適室內環境，且其室內環境參數和能效指標符合該標準規定的建筑。
其中，超低能耗建筑是近零能耗建筑的初級表現形式，零能耗建筑是近零能耗建筑的高級表現形式。
“我國的近零能耗建筑的技術標準在一定程度上借鑒了德國的‘被動房’，并較之更為嚴格、標準更高。”天津大學建筑學院教授楊崴介紹，1991年，德國達姆施達特市的一棟別墅成為第一座采用“被動房”概念進行設計施工的建筑，發展至今，“被動房”已成為具有全球影響力的超低能耗建筑技術體系和標準。
我國地域廣闊，各地區氣候差異大，經濟發展水平和室內環境標準有待提升，建筑特點、建筑技術和產業水平以及人們生活習慣并不相同。因此中國近零能耗建筑標準更為復雜、也更為細致。
“比如中國分為嚴寒地區、寒冷地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區、溫和地區等五個熱分工區，每個熱分工區的能耗指標各不相同，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。”楊崴說。
雖然各熱分工區、不同類型建筑的近零能耗建筑標準不一樣，但最基礎的技術主要是5方面：保溫隔熱性能更高的圍護結構；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；高效的能源設備系統；無熱橋的設計與施工。
天津大學建筑學院副教授楊鴻瑋介紹，為滿足近零能耗建筑標準，這些方面的技術會導致建筑成本一定程度的增加，實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品，成本自然也會高。”楊鴻瑋說，同時三分產品，七分安裝，如果安裝時漏縫，再好的產品也無法達到規范中每小時的換氣次數的氣密性標準。這就對施工人員的技術水平提出了更高要求。
“在建筑使用過程中，需要優化使用行為和設備運行來降低能源消耗。”楊崴舉例，比如設備的開啟關閉時間的設置，功率的設置以及儲能設備的使用等，都可以通過智慧運維系統進行統籌調度，使能源使用效率更高。除了對人們的使用行為進行引導，還可通過智慧能源管理系統輔助提高人們的節能意識，并在滿足使用需求的同時實現節能。比如通過傳感器，感知溫度、濕度、亮度等，在降低能耗的同時，提供最為舒適的環境。
處于試點到推廣過渡期
在網絡上搜索“近零能耗建筑技術標準”字樣，會出現多個省市的標準。在國家標準的大框架下，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到推廣的過渡期。已經建成的近零能耗建筑基本都是個例，零星地出現，并沒有大規模地推廣。”楊崴說。
“其實單純從技術層面來看，目前我國的技術完全可以實現近零能耗建筑甚至是零能耗建筑的建造。”楊崴舉例，像天津大學獲得第三屆中國國際太陽能十項全能競賽冠軍的零碳建筑作品“RCELLS”，集成了建筑設計、結構和構造、設備系統、可再生能源系統、智慧控制等多項創新，并采用了可擴展、可定制的模塊化設計，能夠在更大范圍內推廣。
經濟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。“近零能耗建筑屬于比較高科技的建筑，建材、施工成本都比普通建筑更高。而相關產品和技術的成熟度在很大程度上決定了其成本以及市場的接受度。”楊崴說。
在充分利用可再生能源方面，我國目前電網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，城鄉結合，促進綠色發電和儲能規模的提升也有助于近零能耗建筑的推廣。
此外，在建筑行業里，隱含碳排放和運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、構件生產、建筑施工和運輸等環節，而運行碳排放則是在建筑使用過程產生的。通過提高建筑及建筑構件壽命、發展節材和環保建材等技術，可以從全生命周期促進建筑領域節能減排，助力碳中和目標的實現。
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，我國城鄉既有建筑面積達到660億平方米。“新建建筑市場日趨飽和，同時大規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。”楊崴認為。
“目前對既有建筑進行近零能耗改造、推廣的難點主要來自三方面。”楊鴻瑋介紹，首先既有建筑改造的限制條件更多，不如新建建筑發揮空間大。比如需要增加一些技術，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格，對于甲方來說，對既有建筑進行改造，更看重性價比和時間成本。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主的同意，涉及民意協調。
楊崴認為，對既有建筑進行近零能耗改造、推廣雖然難度不小，但也并非無計可施。“可以通過‘自上而下’和‘自下而上’兩方面推進。”楊崴解釋，“自上而下”就是在頂層設計方面，政府進行主導，制定總體目標，制定國家、地方的相關政策、法規等，并通過行政和激勵措施推廣執行。
比如，2021年，我國發布了編號為GB55015-2021的《建筑節能與可再生能源利用通用規范》國家標準，該規范為強制性工程建設規范，提出很高的節能要求，要求新建的所有建筑節能率要達到一定標準。“未來對既有建筑節能改造也可以出臺專門的強制性工程建筑規范，從而加快改造工作的推進。”楊崴說。
此外，相關國家政府部門、研究機構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行研究，并開展示范工程建設。
與此同時，還可以通過“自下而上”的方式，例如，對于住宅建筑，可以根據業主需求進行個性化定制的微改造。比如住戶可以在自家內墻增加保溫層，更換三玻兩空的窗戶， 建立熱量穩定平衡的小環境，達到降低家庭能耗的目的。
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