零碳建筑概念及關鍵技術梳理

張競丹 錢學剛 錢奕丞

1.中國電力工程顧問集團有限公司 北京 100000

2.中國機械工業工程集團有限公司 北京 100000

3.中國電力工程有限公司 北京 100000

建筑行業是全球碳排放的重要來源之一，建筑行業的環保和節能水平，直接關系到全球環保和節能的進程，為此零碳建筑的概念應運而生。零碳建筑旨在通過采用可再生能源和高效建筑設計來實現減少或完全消除建筑對環境的負面影響。隨著能源價格的上漲和環保意識的增強，零碳建筑除了能降低碳排放外，還能降低能源使用成本，為建筑業帶來更多的經濟收益，所以建筑企業應該積極探索和推廣零碳建筑的技術和理念，為保護環境和促進經濟可持續發展做出更多的貢獻。

1 零碳建筑的概念和相關政策

零碳建筑是指在建筑設計、建造、運營、維護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，以實現建筑零碳排放的目標。零碳建筑通過提高建筑的能源效率和環境可持續性，以減少對環境的負面影響。最近，很多國家都出臺了零碳建筑的相關政策。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實現所有新建建筑的零碳標準。在英國，政府也提出了實現“2030年前所有新建建筑為零碳建筑”的目標，并將提高建筑能效作為其中的一個關鍵措施。此外，美國、加拿大、日本等國也都在積極推進零碳建筑的相關政策[1]。

作為一個負責任的大國，中國也積極出臺了一系列規范和措施，以推動零碳建筑在國內的發展。首先，中國國家發展改革委、財政部、環境保護部、能源局等部門于2020年9月發布了《關于積極推進碳達峰、碳中和的指導意見》，該指導意見提出了具體的目標和措施，旨在實現我國的碳達峰和碳中和目標，其中包括加強政策引導，推動能源結構轉型，提高能源利用效率等方面的內容。其次，為推動建筑業向低碳發展，2016年，中國住房和城鄉建設部發布了《綠色建筑評價標準》，將綠色建筑作為我國建筑行業發展的方向，該標準包括節能、水資源利用、材料環保等多個方面的要求，為建筑業的綠色發展提供了指導。除此之外，2019年，中國住房和城鄉建設部還發布了《關于推進低碳城市建設的指導意見》，提出要加快低碳城市建設，倡導綠色出行等措施，為推動城市低碳化做出了努力。

2 零碳建筑關鍵性技術

2.1 高效節能技術

高效節能技術是指通過應用先進的技術手段，減少能源的消耗，從而達到節約能源的目的。隨著社會經濟的發展和科技的進步，高效節能技術已經逐步應用在零碳建筑中，其中建筑能源管理系統（BEMS）是實現高效節能的核心技術[2]。建筑能源管理系統（BEMS）是一種集成多種技術的智能化系統，旨在提高建筑能源使用的效率，減少能源浪費和污染排放。它通過傳感器和監測設備來實時監測建筑物內的溫度、濕度、照明、通風等各種能耗指標，并通過計算機智能化控制系統來實現對建筑設備和能源的優化管理。BEMS系統通常由以下幾個組件組成：數據采集模塊、數據處理模塊、控制模塊和顯示模塊。其中，數據采集模塊主要用于收集建筑物內各種傳感器的數據，包括溫度、濕度、光照、電力等數據，并將這些數據傳輸到數據處理模塊中進行分析和處理。數據處理模塊會對采集到的數據進行處理、統計和分析，生成各種報告和分析結果。控制模塊則通過智能化算法對建筑設備進行控制，以實現能源的優化管理和控制。顯示模塊則為用戶提供數據報告和分析結果的可視化界面。BEMS系統的應用可以有效地提高建筑物的能源效率和環境質量，同時也可以減少建筑物的能源消耗和運行成本。它作為建筑業更加高效、綠色、可持續的能源管理方式，為未來的可持續發展提供有力的支持。

2.2 可再生能源技術

可再生能源技術是實現零碳建筑的關鍵。太陽能是一種廣泛應用于零碳建筑的可再生能源技術。通過安裝太陽能電池板，可以利用陽光將光能轉化為電能，從而為建筑供電，這樣不僅可以減少對傳統能源的依賴，還可以減少對環境的污染。例如，英國倫敦的TheCrystal建筑，就是利用太陽能板來實現自給自足的電力供應的。風能是另一種可再生能源技術，也廣泛應用于零碳建筑。通過安裝風力渦輪機，可以將風能轉化為電能。例如，丹麥的格陵蘭島上的一個建筑物，利用風能來實現其電力供應。水力發電是另一種可再生能源技術，可以通過將水流經過水輪機轉化為電能。例如，美國科羅拉多州的AspenArtMuseum就是一個典型的應用水力發電技術的零碳建筑。除了上述可再生能源技術外，還有其他一些技術也廣泛應用于零碳建筑。例如，地源熱泵技術可以利用地下的熱能來為建筑供暖和制冷，而無需使用傳統的燃氣或電力。

2.3 智能控制技術

智能控制技術在零碳建筑中的應用，可以幫助建筑物更加高效地利用能源，減少對環境的負擔。智能控制技術可以在多個方面應用于零碳建筑中。首先，它可以控制建筑物的溫度、濕度和通風等方面，從而減少能源的浪費。通過傳感器和自動控制系統，建筑物可以自動調節溫度和濕度，并根據天氣條件自動開啟或關閉通風設備，達到最佳的舒適度和節能效果[3]。其次，智能控制技術可以優化建筑物的照明系統。通過自動調節燈光亮度和顏色，建筑物可以達到最佳的照明效果，同時避免能源的浪費，并且還可以根據建筑物的使用情況和光線條件，自動開啟或關閉燈光，以達到最佳的節能效果。最后，智能控制技術還可以在建筑物的水資源管理中發揮重要作用。通過自動監測水的流量和質量，建筑物可以減少水資源的浪費，實現最佳的水資源利用效率。同時，智能控制技術還可以控制建筑物的雨水收集和利用，進一步減少對自來水的需求，達到更加環保和可持續的效果。

2.4 綠色建筑材料技術

綠色建筑材料指的是對人體健康和環境影響相對較小的建筑材料，其生產、使用和回收過程對環境影響較小，并且具有節能、環保、耐久等特點。在零碳建筑中，綠色建筑材料技術的應用是十分廣泛的。比如，在建筑的外墻保溫材料上，可以采用生態巖棉、細木工板等綠色建筑材料，這些材料具有優異的保溫性能，而且生產過程中不會產生有害物質，對環境的污染很小。此外，在室內裝修上，也可以采用環保木地板、環保涂料、環保墻紙等綠色建筑材料，這些材料不僅能夠減少有害物質的釋放，還能夠有效地提升室內空氣質量，為人們提供一個更加健康的居住環境。最后還有綠色屋頂技術，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，提高城市生態環境。

3 零碳建筑的發展困境

零碳建筑是當今建筑領域的一個熱門話題，在目前階段，零碳建筑面臨著一些發展困境。首先，零碳建筑的技術創新和標準制定仍面臨挑戰。零碳建筑的發展需要基于新材料、新技術、新工藝和新模式等方面的創新，同時需要相關標準和政策的支持。目前雖然有一些零碳建筑的技術解決方案已經存在，但它們往往還不夠成熟，需要進一步的研發和改進。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，成本是零碳建筑發展的另一個障礙。與傳統建筑相比，零碳建筑需要采用更加先進的材料和技術，以及更為嚴格的標準和規范，這些要求導致了零碳建筑的建設成本普遍較高，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。雖然零碳建筑在環保、節能、可持續等方面的優點明顯，但其在推廣和普及方面仍面臨許多挑戰。例如，消費者對于零碳建筑的認知和接受程度仍不高，盡管零碳建筑的概念已經逐漸為人們所熟知，但對于一般公眾和建筑業從業人員來說，仍然存在認知和理解的差距，而且相關標準和政策的制定和執行也存在諸多不足，也在一定程度上造成了零碳建筑的推廣困難。

4 零碳建筑的實現途徑

4.1 建筑企業加強零碳技術的應用

近年來，隨著人們對環保意識的提高，越來越多的人開始關注零碳建筑，要真正實現零碳建筑，企業必須在建筑中加強零碳技術的應用。首先，建筑設計階段是實現零碳建筑的重要環節。建筑設計師需要充分考慮建筑的能源效率和環保性能，通過選用可再生能源和高效節能技術，實現建筑的減排和能耗降低。此外，在建筑材料的選擇方面，也應該優先選用環保、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生和環境污染，采用先進的施工技術和管理方法，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鍵環節。建筑內部采用節能、環保的電氣設備和照明系統，建立科學的能源管理系統，合理利用太陽能和風能等可再生能源，降低建筑的能耗和碳排放。最后，在建筑拆除和回收階段，應該盡可能地減少廢棄物的產生，并且對廢棄物進行分類、回收和處理，盡可能地降低對環境的污染和破壞。總之，實現零碳建筑需要各個環節的努力和合理協調，建筑設計、施工、使用、拆除和回收等全生命周期過程中，都需要注意環保、節能和減排，通過科學的技術和管理手段，實現零碳建筑的目標。

4.2 政府發揮帶頭作用

隨著全球氣候變化問題的日益嚴峻，減少碳排放已成為國際社會關注的焦點，建筑業作為能源消耗最大的行業之一，也承擔著減少碳排放的重要責任，對此政府要發揮帶頭作用，積極推廣零碳建筑，降低建筑業的碳排放。首先，政府應制定嚴格的法規和政策，以推動零碳建筑的發展，這包括設立環境保護標準，要求所有新建筑在設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，如稅收優惠和補貼，以鼓勵開發商和業主采用零碳建筑技術和設備。其次，政府應加大對零碳建筑技術的研發和推廣力度，通過資助科研項目和組織專家團隊，促進新能源利用、建筑節能和碳減排等領域的技術創新。此外，政府還可以加強與企業和社區的合作，共同推動零碳建筑的實施。政府可以與建筑開發商和房地產公司簽訂協議，要求其在項目中采用可持續建筑材料、節能設備和清潔能源，或者鼓勵社區居民參與能源管理和碳減排行動，通過推廣節能措施和鼓勵可再生能源的使用，實現零碳生活方式的普及。最后，政府應加強監管和評估，確保零碳建筑政策的有效執行。政府可以建立專門的機構或部門，負責監督和審查建筑項目的環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，并根據評估結果進行調整和改進。

4.3 加強行業相關人才的培養

為了實現零碳建筑，不僅需要依靠技術的進步和政策的支持，更需要有一批專業的人才來推動這一目標的實現。首先，要培養具備相關技術和知識的工程師和設計師。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，要培養能夠進行綠色建筑評估的專業人才，幫助企業評估建筑的環境影響和節能減排效果。此外，還需要培養熟悉建筑節能設計的技術人才，能夠提供高效節能的設計方案，為建筑節能提供技術支持。除了專業技能的培養外，還要注重培養具備創新思維和團隊合作精神的人才，這些人才要能夠主動思考、發現問題并提出解決方案，并能夠與其他領域的專業人才協同工作，從而形成高效的團隊合作。在人才培養方面，不僅要加強高等院校和職業培訓機構的相關課程設置，引導更多的學生和職業人才參與到零碳建筑的實踐中來，同時政府和企業也要加大對零碳建筑領域人才的培養和引進力度，提供更多的培訓和實踐機會，幫助員工在實踐中不斷提升自己的能力和水平。

5 零碳建筑的未來發展趨勢

未來，零碳建筑的發展方向將主要包括以下幾個方面：首先，零碳建筑的技術應用將更加廣泛。目前，零碳建筑主要采用的技術包括太陽能電池板、地源熱泵、節能材料等。未來，隨著技術的不斷進步，新的技術將被應用到零碳建筑中，如微網、可再生能源發電、蓄電池等技術，從而實現建筑能源的自給自足[4]。其次，零碳建筑的設計理念將更加注重環保可持續性。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、可循環利用材料等，以減少對環境的影響。同時，零碳建筑將更加注重自然環境的保護，如建筑的布局、朝向等都將充分考慮自然光照和自然通風等因素，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境的融合，減少對自然資源的損害。例如，在建筑的設計中融入自然景觀，使建筑與周圍環境相得益彰，達到既滿足人們的生活需求，又保護生態環境的雙重效果。第三，零碳建筑將更加注重人文關懷。未來，零碳建筑將更加注重建筑的人性化設計，充分考慮人的舒適度和健康，如室內空氣質量、光照度、噪音等因素，從而為居住者提供更加健康、舒適的居住環境。隨著技術的創新和零碳觀念的深化，零碳建筑將具有廣闊的發展前景，為人類提供更加健康、舒適、可持續的居住環境。

6 結語

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