嶺南地區近零能耗建筑技術探究

蔣士磊，劉長飛，肖 潭

（廣東石油化工學院建筑工程學院，廣東 茂名 525000）

1 引言

2020 年我國提出了“雙碳”目標。據資料顯示，由建筑耗能產生的碳排放占全球溫室氣體排放的25%，建筑業按高能耗建筑與高碳排放的發展趨勢，難以于限定時間實現“雙碳”目標。在此背景下，因地制宜地發展近零能耗建筑成為建筑節能減排，實現可持續發展和綠色低碳社會的重要手段。

嶺南地區夏季持續時間較長，夏季高溫高濕，空調系統的使用頻率很高，空調系統的能耗占據了建筑能耗的很大一部分。近零能耗居住建筑是指在全年周期內，建筑物的能源需求非常低，幾乎可以實現自給自足的能源供應，不需要過多的額外能源供應。近零能耗居住建筑的建造成本相對較高，但是通過長期高效的節能措施和能源成本控制策略，可以實現建筑全生命周期總能耗和總碳排放最低的目標，進而實現總成本較低的目標。

2 被動式節能技術

2.1 外墻隔熱和遮陽技術

在嶺南地區的建筑中，外墻隔熱是一項非常重要的被動式節能措施。采用隔熱材料來減少室內外熱量的交換可以有效降低能耗。在嶺南地區，常用的隔熱材料包括巖棉、聚苯板等，這些材料具有良好的隔熱性能，可以有效減少室內外溫度的傳導。

另一方面，遮陽技術也是非常重要的一項節能措施。在嶺南地區的建筑中，由于夏季炎熱，合理使用遮陽設施可以降低室內溫度，減少空調的使用。常見的遮陽設施包括百葉窗、遮陽篷等，這些設施可以阻擋陽光的直射，減少室內的熱量吸收。

2.2 自然采光與光導照明技術

在嶺南地區的建筑中，采光與遮陽技術是非常重要的被動式節能措施。合理利用自然光可以減少對人工照明的需求，從而降低能耗。在設計建筑時，可以采用大面積的窗戶和天窗，以增加室內的自然光照。此外，還可以使用反射材料來提高室內的光照亮度。

光導照明技術是利用導光管或導光纖維直接將室外聚光器收集的太陽光傳輸到白天需要光照的地方，能量傳輸效率較高。這種照明方式極大地保留了太陽光的原始自然屬性，相比于普通人造光源更有助于人體健康，光導照明技術在推進節能減排等方面具有深遠意義。

2.3 自然通風技術

嶺南地區夏季炎熱多雨、太陽輻射強烈，居住建筑全年的降溫需求很大，自然通風是一項零能耗的高效降溫技術，為確保良好的室內通風效果，建筑主要朝向，自然通風開口面積應滿足要求且方便調節。同時應合理利用建筑遮陽構件減少太陽輻射，同時將室外適宜狀態下的新風引入室內降溫及補充室內新風，從而實現建筑與周圍環境的能源和物質交換、構成和諧的建筑熱生態系統和風生態系統。

2.4 熱橋與熱損失控制技術

熱橋是指建筑中導熱性能較高的部位，容易導致能量的損失，最大限度地提高建筑保溫隔熱性能和氣密性，可以有效地降低建筑供暖供冷需求的建筑。近零能耗建筑作為一種極低能耗的建筑，勢必對其圍護結構熱工性能和氣密性的設計提出了更高的要求。無熱橋設計是被動式建筑設計的五大準則之一，是近零能耗建筑實現高標準的氣密性、保溫效果和避免熱橋現象發生，減少熱橋的發生，降低建筑能耗的重要手段。

3 主動式節能技術

3.1 高效空調與制冷技術

在夏季，嶺南地區的室內溫度較高，需要使用空調和制冷設備來降低室內溫度。高效空調技術可以通過采用節能型空調設備、優化空調系統設計和控制，以及增加建筑的隔熱和遮陽措施等方式來降低空調能耗。此外，還可以采用地源熱泵技術，利用地下的地熱能來提供制冷效果，減少對傳統空調的依賴。

3.2 智能控制與能源管理系統

智能控制與能源管理系統可以通過傳感器、自動化控制和人工智能等技術，實現對建筑能源的智能化管理和優化。例如，可以根據室內外溫度、濕度和人員活動情況等因素，自動調整空調和照明設備的運行狀態，以達到節能的目的。此外，還可以通過能源監測和分析，對能源消耗進行實時監控和優化，提高能源利用效率。

3.3 高效照明系統

照明是建筑中重要的能耗來源之一。在嶺南地區的居住建筑中，可以采用高效照明系統來降低能耗。例如，可以使用LED 燈具代替傳統的白熾燈和熒光燈，戶外照明可以采用太陽能燈，從而有效降低能耗。此外，還可以結合智能控制系統，根據室內光照情況自動調整照明亮度，避免能源的浪費。

3.4 新風熱回收技術

近零能耗建筑采用高度氣密設計，自然通風難以滿足室內人員新風需求，機械通風系統成為保證新風質量的重要手段。新風熱回收技術能夠有效節能，它利用排風對新風進行預處理，在夏季進行預冷除濕，從而減少處理新風所需能量。

研究發現，在北京、上海和廣州，僅在夏季使用新風熱回收設備，就可以減少建筑能耗14%～23%。這說明新風熱回收在節能降碳中具有重要作用，與自然通風相比，可有效節約能源。

3.5 高效熱水供應技術

在冬季，嶺南地區的居民需要使用熱水來滿足生活需求。可以采用高效熱水供應技術來降低能耗。例如，可以使用太陽能熱水系統，減少對傳統燃氣或電能的依賴。此外，還可以采用熱泵技術，利用熱泵將室外的熱能轉移到水中，提高能源利用效率。

4 可再生能源利用及儲能技術

4.1 太陽能利用技術

在嶺南地區，夏季陽光充足，太陽能光伏發電系統可以有效地將太陽能轉化為電能。太陽能熱水系統也可以利用太陽能熱量來加熱水，滿足居民的熱水需求。在建筑設計中，可以將太陽能光伏板和太陽能熱水系統與建筑一體化設計，如將光伏板安裝在建筑外墻或屋頂上，以最大限度地利用太陽能資源。此外，嶺南地區有較長的海岸線，利用太陽能發電電解海水制氫技術在建筑節能降碳方面也具有較大潛力。

4.2 風能利用技術

嶺南地區的山地和丘陵地形以及較長的海岸線，使得該地區具有豐富的風能資源。風能利用技術可以通過風力發電機將風能轉化為電能。在嶺南地區的建筑設計中，可以將風力發電機與建筑一體化設計，利用建筑的結構和風道來提高風能的捕捉效率。此外，風能也可以用于建筑的通風和制冷，通過自然通風和風扇等設備來降低室內溫度，減少對空調的依賴。

4.3 地源熱泵技術

地源熱泵是一種利用地下熱能進行供暖和制冷的技術。在嶺南地區，地下溫度相對穩定，可以利用地源熱泵系統來降低空調和供暖的能耗。在建筑設計中，可以將地源熱泵系統與建筑一體化設計，如將地源熱泵系統的地下管道布置在建筑的地基中，利用地下熱能進行能量交換。地源熱泵技術的優化和地下熱能的開采和利用效率還需要進一步研究。

4.4 生物質能利用技術

生物質能是一種可再生能源，包括木材、秸稈、沼氣等。在嶺南地區，生物質能可以用于供暖和熱水生產。生物質能利用技術可以通過生物質能熱水系統將生物質能轉化為熱能、電能，滿足居民的供暖和熱水需求。在生物質燃料發電方面，國內目前生物質燃料開發利用程度還很低，每年商品形式的生物質能僅幾千萬噸（以標準煤計），生物質能的供應鏈和利用系統也需要優化，以提高生物質能的利用效率和環境友好性。

4.5 儲能技術

近零能耗建筑廣泛利用電池、熱水儲存和相變材料等儲能技術，將可再生能源產生的能量通過儲存進行時間匹配，以滿足建筑不同時間點的能量需求。儲能技術在近零能耗建筑中的應用方式主要有電池儲能系統、熱能儲存、超級電容器、熱水儲存池。此外，近些年有學者提出，利用與建筑集成的可再生能源電解制氫供氫能源汽車使用，同時將氫能源汽車作為分布式儲能設備，在負荷高峰時段為建筑供能。

5 展望

5.1 建筑材料與技術的創新

建筑材料和技術的創新是實現近零能耗建筑的關鍵。研究和開發具有良好隔熱、保溫性能的新型建筑材料，如高效隔熱材料、相變材料等，以提高建筑物的保溫性能。高效節能技術的應用，研究和推廣，如太陽能光伏發電、太陽能熱水器、地源熱泵等，以提高建筑物的能源利用效率。綠色建筑設計理念的應用，研究和推廣綠色建筑設計理念，以提高建筑物的整體能效。

5.2 多能互補與綜合利用技術

多能互補與綜合利用技術是實現近零能耗建筑的重要手段。研究和開發多能互補系統，如太陽能與風能的互補利用，太陽能與地源熱泵的互補利用等，以提高能源的綜合利用效率。儲能技術的研究，研究和開發高效的能量儲存技術，如熱儲能技術、電池儲能技術、氫儲能技術等，以平衡能源供需，提高能源利用效率。能源互聯網的研究，研究和推廣能源互聯網技術，實現建筑之間、建筑與電網之間的能源互聯互通，以提高能源的綜合利用效率。

5.3 智能化與自適應控制技術

智能建筑控制系統的研究和開發，實現建筑設備的智能化控制，以提高能源利用效率。自適應節能技術的研究和開發，實現建筑設備的自動調節，以適應不同季節和使用需求，提高能源利用效率。智能能源管理系統的研究和開發，實現能源的智能監測、分析和管理，以提高能源利用效率。

5.4 社會經濟與政策支持研究

社會經濟與政策支持研究是實現近零能耗建筑的重要保障。研究社會經濟因素對近零能耗建筑的影響，如用戶需求、市場認可度等，以促進近零能耗建筑的普及和推廣。研究和制定相關政策法規，如能源節約法、綠色建筑標準等，以提供政策支持和激勵措施，促進近零能耗建筑的發展。研究和建立經濟支持機制，如財政補貼、稅收優惠等，以提供經濟支持，促進近零能耗建筑的投資和發展。