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超低能耗建筑那些事兒

超低能耗建筑那些事兒

  • 分類:行業資訊
  • 作者:
  • 來源:
  • 發布時間:2020-11-27
  • 訪問量:0

【概要描述】首先,我給大家展示一張地圖(如下圖),大家可以看到各個國家和地區,包括美國、歐洲,以及東亞的韓國、日本,還有整個歐盟國家,現在都非常關注建筑邁向零能耗的進程。特別是美國說要在30年內達到近零能耗NZE的目標,但美國說的這個近零能耗對于房屋而言,實際上并不是不消耗能源,而是指房屋場地等所產生的能源消耗,在年度范圍內的代數和等于零叫作近零能耗。

超低能耗建筑那些事兒

【概要描述】首先,我給大家展示一張地圖(如下圖),大家可以看到各個國家和地區,包括美國、歐洲,以及東亞的韓國、日本,還有整個歐盟國家,現在都非常關注建筑邁向零能耗的進程。特別是美國說要在30年內達到近零能耗NZE的目標,但美國說的這個近零能耗對于房屋而言,實際上并不是不消耗能源,而是指房屋場地等所產生的能源消耗,在年度范圍內的代數和等于零叫作近零能耗。

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  • 發布時間:2020-11-27
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詳情

01  國內外低能耗建筑的發展趨勢

  首先,我給大家展示一張地圖(如下圖),大家可以看到各個國家和地區,包括美國、歐洲,以及東亞的韓國、日本,還有整個歐盟國家,現在都非常關注建筑邁向零能耗的進程。特別是美國說要在30年內達到近零能耗NZE的目標,但美國說的這個近零能耗對于房屋而言,實際上并不是不消耗能源,而是指房屋場地等所產生的能源消耗,在年度范圍內的代數和等于零叫作近零能耗。

 

 

  還有丹麥曾說2020年以后的居住建筑全年冷熱需求要降低到20kWh/m2,這相當于現在北京、天津四步節能算下來的數值,還要再降低40%~50%的量。
  最后就是德國,德國是關于低能耗建筑說得最多的國家,源于德國有一套體系被我們簡稱為“被動房”,它跟美國的思路并不完全一樣,而思路的不一樣并不是稱呼上的不同,更多的是由于所處的地域、環境,以及資源環境的不同而導致的思路不同。
  說到這兒,我想跟大家稍微梳理一下,我們提到的“超低能耗”,美國把它稱為“近零耗的建筑”,到英國又被稱為“零碳建筑”,因為英國有一個很著名的社區就是世界上最早的一個零碳的建筑小區。
  那么“超低能耗”在德國叫作什么呢?——被動房,甚至叫作“微能建筑”,所謂的“被動”在這里面的概念,說白了更適合于北方,通俗的講就是“把棉襖穿厚了,把袖口軋緊了”,給你一套自主可控制的呼吸系統,其中還包括冬天讓太陽盡可能地照射到屋子里來,還有夜里維護結構讓得到的熱量散不出去,這就是被動房的概念。
  還有韓國叫作“零碳住宅”,意思也差不多。所以說各國的說法都不一樣,但唯一一樣的就是告訴大家要推動發展低能耗建筑或者超低能耗的建筑,讓建筑在使用過程中消耗盡可能少的能源,乃至不消耗能源。
  大家可能會覺得這是一件遙遠的事情,但實際上關于零能耗建筑,并不是一個遙遠的事情。為什么這么說?因為我有幸參加了國家科技部的十三五重大專項,其中有一個專項就是零能耗建筑,學習了一些這方面的知識。
  其實一開始我也以為這是一件很遙遠的事情,什么時候建筑能走向零能耗呢?這太遙遠了,但通過學習,我發現事實上這個進程并不是很慢。
  比如丹麥到2020年要比2006年降低75%的能耗,荷蘭2020年要達到能源中和,也就是消耗的能量和建筑自身產生的能量,最后達到平衡,而德國是到2020年建筑不需要化石燃料就可以使用,在充分降低了建筑能量需求的同時,用可再生能源去滿足無需化石燃料運營的建筑,我覺得這個就有點浪漫主義和激進了,即使建筑可以對外供能,但這需要條件,不是城市里幾億平方米的建筑都對外供能,這也不可能實現,當然如果都是鄉村,有這個可能。
  因為最近的一次,我去美國突然發現,美國很多獨立住宅的屋頂上多了一堆一堆的光伏,估計這就是所謂的“有可能變成對外供能”的可能。
  美國有一個具體的目標——到2020年實現近零能耗住宅市場化,到2025年實現商業近零能耗建筑低增量成本的運營,到2030年100%新建聯邦建筑達到近零能耗的目標。
  其實通過美國這一目標可以發現,美國不像我們國家,很多事情不計成本,有的時候甚至不合邏輯,就像前一陣子的“煤改氣”,是不是有種“大躍進”的感覺,各級都在比,然后呢?發現天然氣不夠用了。而且有的農村,竟然標語“售煤非法”,不讓買煤,又沒有天然氣,結果就讓老百姓挨凍。
  所以美國非常關注在實現近零能耗目標中的成本,這是要大眾可接受的,因為只有成本可接受,才能走向市場化,才能真正地被社會接受,這樣一種技術、理念才能得到市場力量的推動。

 

 

  從上圖中,大家可以看到美國在實現近零能耗目標中的情況,左下角的小圖是基本的理念和途徑,可以看出建筑的能量需求在逐漸降低,建筑里可再生能源的貢獻率越來越高,兩條曲線最后相交。當你的建筑能量需求下降到足夠低的程度之后,建筑場地里能夠產生的光伏、光熱就能滿足一定的需求,這才是達到了近零能耗的概念。

 

 

  接著我來說韓國(上圖),韓國更像是德國所說的“被動房”,強調不斷地降低建筑的能量需求,由于它的氣侯條件很類似于中國東北的氣侯條件,所以它用德國的被動技術應該是非常有效的,因為可以實現更好地保溫、更強的氣密性、可控的新風換氣系統,而且因為冬天太陽高度比較低的特點,可以增加南向的太陽得熱,實現降低建筑能量的目標,這也是韓國的概念。

 

 

  從上圖中不難看出全球近零能耗建筑當前的分布情況,北美比較多,西歐、東亞也有一部分,而且近零能耗建筑在國際上也已經有了一些案例在使用。
  從國際上講,關于近零能耗建筑有什么樣的目標,可以簡單總結為幾點:
  第一、主要是發達國家和經濟體政府,而且政府在過去的5~10年相繼制訂了邁向零能耗建筑的發展目標。
  第二、各國都在尋找適合本國的零能耗建筑發展的技術體系和優化路徑。(這里我想提一下,其實中國更應該找到適合各地區的低能耗方式,畢竟南北氣候差異大,技術路線也不一樣。)
  第三、各個國家關于零能耗建筑的定義、名稱、路線、政策、推廣方式,實際上是不一樣的。(這里我又要提到我國的情況了,不能一個技術做到底,要因地制宜,這也是一直以來我想表達的觀點,包括我們的標準規范,應該更多強調目標,特別是措施要多樣化,包括現在的清潔供暖,如果換一種邏輯,也許情況會更好。)
  現在我國對低能耗建筑的發展,是一個什么樣的態度呢?
  其實我國的態度非常積極,這里我列舉了國家和地區的一系列政策,包括在國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見里,就提到了發展被動式房屋等綠色節能建筑。
  在住房城鄉十三五規劃綱要里明確提到,在不同氣侯區,盡快建設一批超低能耗和近零能耗的示范工程,然后啟動超低能耗社區的建設試點。
  北京從2017年以來對超低能耗建筑的推動非常厲害,出臺的政策是建一平方米獎勵1000元,然后從2018年開始,逐年遞減,大概是單一項目的總額不超過3000元,其實這是非??陀^的。我們以往對任何單項技術的鼓勵大概額度都是在100元/m2,現在對超低能耗建筑的鼓勵達到了1000元/m2,山東省、河南省甚至出臺了相應的獎勵措施,這都說明了國內對低能耗建筑發展的態度。

 

 

  上圖是國內已經有的一些標準體系,包括地方,以及2015年住建部發布的被動式超低能耗建筑的技術導則,然后2016年7月份國家又啟動了近零能耗建筑的技術標準,而且河北也出臺了河北省自己被動式低能耗住宅建筑的設計標準,山東也出臺了相應的標準,這說明什么?大家都很積極。
  從被動房來講,大家耳熟能詳且最早的案例是秦皇島在水一方的項目,之后是哈爾濱西樹庭院的一個項目,都是住宅項目。還有天津的一些項目,天津對于超低能耗建筑,或者建筑走向更低能耗這件事也非常重視,還出臺過一系列的政策和相應的一些實踐項目,像天津生態城的公屋展示中心、解放南路片區的文體中心,包括天津天友建筑設計院的辦公樓都是低能耗改造,這些都獲得了不錯的成果。
  從這些項目中我們可以看出,通過我們的努力,讓建筑消耗的能源更少是可以實現的,而且通過我們的努力,實現這一目標也未必一定要有非常大的付出,甚至是成本不可回收的代價。

 

02  近零能耗/凈零能耗/被動房

 

  這里解釋一下什么叫近零能耗建筑,近零能耗建筑這個詞最早是源于歐盟的建筑能耗指令里提出的近零能耗建筑,它的概念是讓建筑盡量的降低能耗,靠近零能耗,因此叫近零能耗。
  由于歐盟成員國經濟的不平衡,氣侯跨度也比較大,所以這時候建筑能效指令把零能耗定義為具有非常高能效的建筑,但這個標準是什么并沒有說明,只是強調建筑能效要達到一個非常高的水平。
  還有國外的一些國家,如瑞士的近零能耗建筑有一個標準,這個標準是總體能耗下降不高于常規建筑的75%,意大利也有這方面的標準。
  美國的近零能耗定義就非常清晰,以一次能源為衡量單元,全年消耗的能源小于或者等于可再生能源產生的節能建筑,意思是說從邏輯上講,建筑不可能不耗能,耗的能需要平衡。比如說一棟建筑一年用了1000kWh的電,那么你就要想辦法再發出來1000kWh的電,不難看出美國人套路的靈活性。

 

 

  上圖是世界上最大的近零能耗建筑——蘋果公司在硅谷地區新建的辦公建筑,有一個巨大的圓環,號稱里面可以容納4萬人辦公,也確實實現了一系列降低建筑的能源消耗目標。比如在建筑里充分考慮了自然通風,以及它的可再生能源,或者它要平衡地消耗掉整個屋頂上鋪設的光伏。

 

03   典型工程案例分析趨勢和現狀

 

  德國被動房的環境參數是冬季室內空氣溫度維持在20℃,夏季室內的空氣溫度在25℃,受控的新風量30m3(h·人),在這種情況下,能源指標叫作供暖負荷,要小于15kWh(m2·a),相當于小于10W/m2。
  整個建筑一次能源用量小于120kWh,包括所有炊事、照明、看電視都加在一起,這就對建筑的氣密性有很高的要求,比如在室內外壓差、房間內外壓差50Pa的情況下,換氣次數不高于0.6次。
  當然并不是要承諾冬天每小時都不低于20℃,也并不能承諾夏天的每小時都不高于25℃,只是低于20℃或者高于25℃的小時數,在總的小時數里不超過10%,這就是所謂的德國被動房的一些指標,這個指標更適合于住宅,對于辦公樓并不適用。

 

 

  對于被動房的技術,我做了一個形象的圖解(如上圖),我們可以看到雖然墻很厚但是熱橋可能產生的熱量損失很大,充分解決好的熱橋,叫作沒有熱橋的設計。再一個就是高度的氣密性,加上高效率的熱回收,熱回收裝置的效率要求是不小于75%。
  相對于被動房還有人提出了主動房,主動房強調的不僅僅是增強保溫,還要通過日光的照射和蓄能的措施,來降低建筑物的能量需求。比如天津和北京地區,天津的建筑特點以前叫作小洋樓,小洋樓里的小院很好地利用了氣侯,夏天園子里樹長得非常茂密,這樣就擋住了陽光的照射,冬天這些植物落葉了,南向的房間又有非常充足的陽光照射,可以從自然中為建筑物獲得熱量。
  在建筑物邁向更低能耗的方向上,其實國際上還沒有統一的定義,但是目標是一致的,就是通過建筑被動式、主動式的設計和高性能的能源系統,以及可再生能源系統的應用,最大幅度地減少化石能源消耗。
  其次,從定義的涵蓋范圍來看,被動房是屬于近零能耗建筑,核心是通過被動的手段來達到近零能耗,而近零能耗建筑比近零能耗增強了向智能電網、分布式能源的概念,跟傳統意義的建筑節能在某些方面是有所不同的。比如蘋果公司的新辦公樓就是廣泛采用光伏和燃料電池,再加上一系列的自然通風、遮陽、能量需求等手段,這也是它的一些關鍵技術。

 

 

  上圖是一家美國可再生能源國家實驗室,它本身就是一個很大規模的近零能耗建筑,所謂四凈,指的是凈零能耗、凈零排放、凈零能源、凈零能源成本。不過實際上還是有點忽悠的成分,但有一些理念是值得我們去考慮的,比如氣侯,像硅谷處的地方相對比較干燥,就有一些蒸發冷的技術在里面

 

 

  上圖是建筑科學研究院近零能耗辦公樓,里面的數據確實讓我覺得很驚訝,也讓我覺得很震撼,這種建筑上做了很多的光伏,從這個角度上來講,它現在自身消耗的電和光伏產生的電,基本只差了8%左右,真正意義上實現了所謂的近零能耗建筑。

 

04   我國超低能耗/近零能耗建筑的發展

 

 

  上圖是我國超低能耗建筑節能的發展路線圖,也就是說未來30%的新建建筑要達到超低能耗,可再生能源要滿足新建建筑30%的能耗,30%既有建筑改造要達到超低能耗。拿80年代的建筑來說,節能是65%,如果在這個基礎上,再一個階梯一個階梯地下降,便成了第一步節能75%,第二步節能82.5%,最后節能達到95%,這樣也許我國就實現了所謂的近零能耗建筑的目標。

 

 

 

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