談零能耗建筑的發展及其應用

于 佳 丘

(東北林業大學，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，可持續不間斷的供應熱水，同時室內空氣的溫濕度也很合適，滿足清新度要求。

零能耗建筑運轉過程中不需要消耗化石能源，主要利用太陽能提供能量。這種優點正是實現建筑節能的最有效途徑之一。由于基本不消耗常規能源，零能耗建筑正日益成為人們關注的焦點。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)都已發展零能源建筑。一些區域國家(如日本、泰國和馬來西亞)也已開始發展零能源建筑。

2 零能耗建筑發展背景

中國現在的建筑中，高能耗建筑占建筑總數的比例高達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，為滿足可持續發展要求，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，為可持續發展目標的實現提供支持。

我國政府提出了發展“節能省地型”住宅計劃，比如住建部指出：在未來的建筑領域，傳統的住宅建設方式應該大力改變，各地區應該根據情況適當的推廣零能耗建筑技術。相關統計結果表明，我國的住宅建設中，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%。和發達國家相比，我國的住宅物耗水平過高，存在很大的節約空間。統計發現我國城市住宅的衛生潔具耗水量占比高于30%，而在目前城鎮化迅速發展的形勢下，我國的住宅建設需求還在不斷的增加，不過在城市大力發展過程中，資源、環境的約束壓力也日益增加。在如此嚴峻的建筑背景下，發展零能耗建筑勢在必行。

3 零能耗建筑發展歷程

1976年，丹麥技術大學的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(即凈現場零能耗建筑、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 零能耗建筑的技術內涵

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

1)根據自然地理和建筑結構相關的特征進行合理的布置；

2)合理利用太陽光滿足室內照度，優化室內采光系統；

3)根據環境狀況，盡量應用置換送風技術，提高室內空氣的循環速度，滿足舒適性要求；

4)提高太陽能、地熱能等清潔能源的應用比例；

5)在建筑過程中大量應用綠色建材和相關的技術，實現綠色建筑目的；

6)建造保溫、遮陽的圍護結構，更好的利用太陽能，同時合理的控制室內溫濕度。

5 零能耗建筑的應用實踐

5.1 中國建筑科學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“被動優先，主動優化”相關原則進行施工，采用了超薄絕熱板、空氣凈化系統，Low-E真空三層玻璃，智能光線控制系統，應用光地熱泵進行供熱。同時還應用環境監控技術對建筑運行狀況進行監控，并適當的調節。

此建筑還綜合應用了高性能建筑圍護結構和清潔能源循環利用技術，從而更好的滿足能源應用要求，盡可能的降低化石能源的利用比例，據此實現近零能耗目標。在實際使用過程中，冬季可不需要傳統能源供熱、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，其中住宅區面積為300 m2，另外還設置了400多平方米的展覽館。此建筑應用了68種環保科技技術和產品，如高效能源分布系統，光伏發電系統，網格狀外圍護結構等，同時還設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信息，而進行智能化控制，可很好的實現“零能耗”“零碳排放”相關的目標。

此項目的廢水循環利用水平達到了54%，其中可回收材料的占比為22%。為滿足室內空氣品質相關的要求，而適當的設置了通風換氣頻率，顯著高于傳統建筑。這樣可在很好的滿足室內環境舒適要求基礎上，能耗有效的降低，只有常規建筑能耗的56%。此建筑中設置了光伏發電系統，光熱水器等，大約一半的能耗都可以通過這些系統提供。其綜合了各類型的綠色建筑技術，這對實現零能耗目標打下了良好的基礎。

5.3 尚德太陽能電力有限公司研發中心設計實踐

尚德太陽能電力有限公司研發中心分為研發樓和康樂樓兩個區域，研發樓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，建筑整體采用鋼結構滿足建筑的空間要求，同時有效的控制了建筑體型系數，降低圍護面積及耗能指標。

外圍護結構采用光伏電板取代傳統玻璃幕墻，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。建筑的屋頂則設置了300 kW的光伏發電系統，可很好的滿足建筑能源供應要求，東西方向上設置了綠色生態遮陽措施，從而為降低此種幕墻的能耗提供支持。

尚德研發樓通過綜合節能技術的運用實際年用電量為130萬kW·h，節約電量45%，而總容量為1 MW的尚德太陽能光伏電站，在當地氣候條件下，年凈發電量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“零能耗”目標。此項目中僅光伏發電一項，每年約可節約標煤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，節能減排成效顯著。