迈向零能耗建筑的技术与实践

中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院院长 徐伟



迈向零能耗建筑的技术与实践

中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院院长 徐伟

对于建筑节能的讨论，首先我提出两个问题：第一，建筑节能有没有终极目标呢？1986年，中国第一本建筑节能标准诞生，标志着我们国家建筑节能工作的开始，到现在近30年，我们建筑节能有没有一个最终目标？有，那么目标是什么？是不是零能耗建筑就是我们的终极目标？值得我们思考。第二，我国绿色建筑方兴未艾，各个省、市在过去十年里大量推广，那绿色建筑的最高表现形式或者我们叫高性能的绿色建筑有没有呢？是什么？我想零能耗建筑就是它的一个表现形式，就像美国或者是国际社会正在推零能耗绿色建筑。

nZEB(NET ZERO ENERGY BUILDING)国际社会普遍用的词，这个词有意思，净零能耗建筑，也可以叫近零能耗建筑（NEARLY ZERO ENERGY BUILDING），英文和中文正好一样。现在全球是什么阶段呢，迈向零能耗的阶段（TOWARD TO NZEB），迈向多少年？可能是五年、十年、二十年，甚至三十年或者更远。

近零能耗是大家普遍认同的目前发展的主要阶段，比如说欧盟提出来的20-20-20，欧盟成员国2020年的时候所有新建建筑要达到近零能耗，近零能耗有什么样的表现形式呢？今天我们谈的是被动房，大家听得很多，还有主动房，我们今天所要讲的近零建筑，实际上是国际社会特别是欧盟比较明确的发展目标和方向。我们现在从事的被动式超低能耗建筑或者德国讲被动房是近零能耗建筑的一个体系或者说是一种表现方式。

下面我将分三个方面来详细讲解nZEB。

一、nZEB发展背景

从表1中我们可以看到， 2020年欧盟不同国家实现近零能耗的目标，其中有的国家，像挪威执行的是被动房的标准，但是有的国家并不是，像丹麦比2006年降低75%就是近零能耗。这就是欧盟在EPBD规定下实现了2020年的具体目标。

表1 欧盟政策-EPBD下各国建筑节能发展目标

表2 美国的目标

就在不久前，美国能源部正式颁布了美国零能耗、零能耗住区和零能耗建筑群的定义，美国提出，在2030年联邦新建建筑都要达到净零能耗（表2）。

表3 韩国计划到2020减少建筑行业26.9 % 的温室气体排放，2025年实现零能耗住宅

再看看近邻韩国（表3），韩国在吸收欧洲经验的基础上提出来到2025年要达到零能耗的住宅，分三个步聚实施。

关于零能耗各个国家的定义是不同的，称呼也不完全一样，我们展现出来的是它的内涵。比如说供暖、供冷、照明、热水、家用电器算不算？可能不同的国家在发展零能耗过程当中不完全一致，说明什么？说明虽然是全球的发展方向，但是实际上各个国家出于国情的不同，发展的标准也不一样，实际上定义也不完全一致。

图1 IEA-全球净零能耗建筑地图

图1是国际能源组织IEA提出在全球过去十年里零能耗建筑主要发展的一个分布图，可以看到基本上都是北半球，而且纬度越高占比越多，也就是说以供暖为主的零能耗实施项目非常多，赤道附近供暖就没有了，主要以制冷为主。

表4 定义名词

二、nZEB典型工程分析

前面我讲的发展背景实际上也是要表达一层意思，全球各个国家都在根据自己发展的计划来制定零能耗、近零能耗的路线图和时间表，反过来也给我们提出一些思考和提示，下面我结合几个工程介绍一下他们是怎么实现零能耗和近零能耗的。

图2 美国可再生能源国家实验室-零能耗办公楼

图2是美国非常推崇的可再生能源国家实验室，这个实验室投资103万美元，将近六个亿人民币建设的零能耗办公楼。

通常去过美国都知道，美国建筑形式一般来讲都是比较低层、大体量，但是为了采光、通风，把建筑分成了前后两段。除了被动技术，主动技术也很多，包括光伏、地源热泵、置换通风都是实现零能耗的手段，这幢大楼在丹佛的附近，很多人看过，非常著名，是美国在能源部支持下的典型的示范工程。

表5

它是怎么实现的？表5中可以看到美国目前既有办公建筑能耗是300千瓦小时/平米，通过执行节能规范达到150千瓦小时/平米，在节能标准基础上通过高性能办公建筑的设计又减一半，达到75千瓦小时/平米，75千瓦小时/平米是包括他们所有耗电，包含供暖供冷照明、电器办公设备等，余下75千瓦小时/平米靠的是现场的可再生能源节能手段来实现。

图3韩国建设科学研究院-零能耗高层居住建筑

另外再讲讲韩国，图3是一幢韩国的住宅楼，也是在学习借鉴欧洲经验的基础上，近几年开发的一座高层零碳住宅。

韩国采用的一些技术其实和我们讲的被动式超低能耗技术的体系可以说基本一致，不过称呼不同，只是叫零碳或者叫零能耗住宅。

表6

我们从表6看它是如何实现的。第一步就是和现有的居住项目相比，通过被动式建筑技术节约87%的供暖能源，插座是很难减的，因为家庭的各种电器，微波炉、烤箱、照明或者电视，这些都是要耗电的。然后，再通过现在的可再生能源再降低70%的电，就达到了零碳的高层住宅。最后的结果是热消耗15千瓦小时/平米，电消耗8千瓦小时/平米。可能有很多人并不知道我们现在家庭的耗电量耗能量是多少，我可以告诉大家一个数据，采暖耗热量这一项平均来讲在100千瓦小时/平米，中国家庭耗电量是30千瓦小时/平米，有了我们的数据对比，才会对达到15千瓦小时/平米，达到8千瓦小时/平米有一定对比概念。

图4 中国建筑科学研究院-近零能耗办公楼

当然我也讲讲中国建筑科学研究院-近零能耗办公楼，我不讲它的技术途径，只讲最后的数值，它的能耗指标是什么？全年供热、制冷和照明电耗，一共是25千瓦小时/平米，而在北京，普通写字楼是100千瓦小时/平米，这是耗电，不包括耗热，因为在北京是集中供热为主。对比一下25千瓦小时/平米，也就是说比普通办公楼要节省80%至90%。简单来讲，就是冬天不用化石能源供暖，也就是既不用燃煤，也不用燃气。夏天比普通建筑的空调能耗降低50%，靠什么降低50%呢？主要是靠太阳能制冷降低50%。照明能耗相对一般建筑要降低75%。

最后讲一下德国的被动式建筑，秦皇岛“在水一方”项目采用的是德国被动房标准，它对于室内环境有明确的要求：冬季供暖温度要达到20℃；夏季供冷温度要到25℃；新风量是每人30立方米/小时。在能耗方面，供暖需求≤ 15kWh/（m2·a）或热负荷≤ 10W /m2；当采用空调时，对供冷需求的要求与供暖需求一致；建筑一次能源用量≤120 kWh/(m²a)；气密性必须满足N50≤0.6，即在室内外压差50Pa的条件下，每小时的换气次数不得超过0.6次；超温频率≤10%（25℃）。

表7 中国标准与德国被动房屋的对比

在过去几年里，我们有很多人对它的理解是不正确或者是不全面的。首先，比如说我们讲供暖需求不是供暖能耗，供暖需求15千瓦/小时，不是我们讲的供暖能耗。第二，就是我们的理解的一次能源能耗120千瓦小时/ 平米，是基于德国的一次能源转换系数得到的。我们河北省，乃至华北、东北，我们一次能源转换系数跟德国不一样。简单来讲，我们发电不可能跟德国的发电转化效率是一样的。前一段时期，我们在制订《中国被动式超低能耗技术导则》的时候，住建部组织专家讨论的时候，为这个问题争议很长时间，因为我们国家发改委没有公布的一次转换系数。最后，还有超温频率，何为超温频率呢？有供暖没有空调只有夏天有超温频率，有空调没供暖是冬天的超温频率，如果有空调有供暖没有超温频率。

前面所讲的每个指标都是德国被动房研究所过去几十年研究、应用、完善的过程，但是我们的理解一定要全面、正确，包括面积。他讲的每年每平米是什么面积？是建筑面积还是使用面积或者是套用面积。中国的标准这个面积是什么面积？建筑面积和使用面积平均差了0.8，需要认真思考。

图5 德国被动房主要技术措施

当然被动房主要的技术是经典的，五大理念很好理解，但五大理念加上一条，就是人的行为。技术上的问题我们都可以解决，但是生活习惯，人的行为要有所改变。实践告诉我们，由于我们过去的生活习惯，我们的生活方式和文化传统会给我们的被动房居住、使用带来变化，因此，在中国五大理念还要加上一个生活习惯或者叫人们的行为。

表8 零能耗分析图

根据我们在国内或者全球做过的零能耗的研究，得出来这张图，不管零能耗建筑或者是近零能耗建筑，基本途径就是要把全年的能耗指标通过被动和主动技术降在80千瓦小时/平米以下，全球各国基本上都是这样的。只有达到这个标准之后，才有可能采用可再生能源等技术实现零能耗。

通过各个国家在过去这么多年开展近零能耗建筑，当然也包括被动式建筑，我们可以看到基本上它的技术途径就是五项：一是准确的建筑负荷及能耗预测，普通的建筑可以算不准，如果超低能耗、近零能耗建筑算不准，就会出现风险，就出现能耗过大，大马拉小车，所以必须要准确的进行计算；二是被动式建筑设计降低负荷，不管什么类型首先要把需求降下来我用一个词叫“最大限度”地降低需求，或者是“极大可能”地降低需求，如果做不到这一点，想实现近零能耗不太可能；三是高性能建筑能源系统；四是可再生能源建筑一体化设计，其实要想实现近零能耗或者零能耗，可再生能源仍然是必不可少的，比如说很多地方政府在本地区推被动式建筑，无非就是对常规能源不依赖，减少燃烧和污染。包括京津冀地区、山东、河南都是一样。也就是说不依赖传统的以燃烧为主的供热方式；五是零能耗监控、调试、运行策略，目前这点我们中国做得很不到位，做完了项目都没有调试，大家都有体会，在我们建设程序里面没有既没有预算，也没有时间，也没有人力。

三、我国发展nZEB的思考

前面讲完了，我们看看怎么促进近零能耗建筑的发展呢？

表10 全球20年能源发展的路线图

第一，要统一定义，设定中长期发展目标。我们要有准确的定义，欧盟也在定义，刚才说不久前美国能源部公布了美国的定义，住建部即将颁布的《被动式超低能耗绿色建筑导则》有定义，明年我们还要启动中国国家标准近零能耗建筑技术标准都会对它进行准确定义。

第二，大幅度提升节能产品和设备的性能，我们可以看，这是我们和德国和比利时的对比，在很多方法上我们还差得很远。

第三，可再生能源+HVAC系统能效提升。表10是NREL做的全球过去20年可再生能源发展的路线图，实际上规模达到一定程度后，可再生能源的价格一直在下降。

第四，既有示范建筑的后续监测、评估和持续改进。今天我们建设的示范项目，建造完成只是完成了第一步，因为在我们过去没有这样的成功经验，行或者不行要靠数据说话，好或者不好不能由自己说了算，要有第三方的评价，要有全年的数据评价，否则就只是停留在理念、停留在别人的经验之上。

第五，通过市场竞争和扩大规模，提升性价比。我们可以看到，如果我们发展近零能耗建筑，相关的产品设备要不断的进行改造和提升，改造提升靠什么得到呢？一定是要扩大规模，也就是说标准化、工业化，只有这样，我们真正才能够把这种超低能耗建筑进行推广，否则成本难以下降。我举一个例子，比如说手机，20年前手机一万块钱一部，今天手机几百块钱一部，就是竞争发展的结果。只有通过竞争、通过规模化降低。

第六，近零能耗建筑的特征。集中体现现有技术先进性和产业发展水平的建筑节能技术集成；在适度提高室内舒适度的前提下，能耗比现行居住建筑节能标准节能70%以上，比现行公共建筑节能标准节能75%以上；不再需要传统的集中供热。

第七，不能照搬国外的做法。发展过程当中要考虑中国的国情，要考虑我们国家的一些特别的地方，要充分考虑中国气候特点、居民生活习惯，考虑不同地区差异，对接中国法规和建筑标准体系，适应中国建设管理程序。

之前讲我们要实现建筑节能的中国梦或者是终极目标，怎么实现？我们提出一个30-30-30，到2030中国新建建筑的30%达到近零能耗。通过什么呢？通过几步走，通过2014年到2030年十五年的时间，通过一步、两步、三步、四步来实现。

展望了一下，可以说近零能耗建筑已经成为国际的新的发展趋势，需要我们自己建立符合中国国情的近零能耗建筑，同时我们产业要不断的升级换代，满足市场的需求，同时需要尽快出台行业技术指南或导则标准。

最后，推广过程当中，做得行或者是不行，合格不合格，要有科学的认证。总之一句话，方向是非常明确的，路径并不是唯一的，我们要不断的探索和实践，共同来促进，共同来发展。

【文章编号】1671-3362(2016)01-0030-05

【文献标识码】C