谈零能耗建筑的发展及其应用

于 佳 丘

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

1 零能耗建筑简介

零能耗建筑是单纯依靠可再生能源提供能量来满足运转需求的新型建筑。建筑效果是达到全智能控制，不用或少用外界能源，可持续不间断的供应热水，同时室内空气的温湿度也很合适，满足清新度要求。

零能耗建筑运转过程中不需要消耗化石能源，主要利用太阳能提供能量。这种优点正是实现建筑节能的最有效途径之一。由于基本不消耗常规能源，零能耗建筑正日益成为人们关注的焦点。然而，零能源建筑其实并不是一个新的概念，许多欧美国家(如英国、美国、加拿大、德国)都已发展零能源建筑。一些区域国家(如日本、泰国和马来西亚)也已开始发展零能源建筑。

2 零能耗建筑发展背景

中国现在的建筑中，高能耗建筑占建筑总数的比例高达90%。高能耗往往带来高污染，在目前能源短缺问题日益明显的形势下，为满足可持续发展要求，很有必要大力推广零能耗建筑，从而有效的降低能源消耗，并更好的满足舒适性要求，为可持续发展目标的实现提供支持。

我国政府提出了发展“节能省地型”住宅计划，比如住建部指出：在未来的建筑领域，传统的住宅建设方式应该大力改变，各地区应该根据情况适当的推广零能耗建筑技术。相关统计结果表明，我国的住宅建设中，耗水量占城市总用水量的32%，耗能占比也超过20%，住宅用地占城市用地的比例为30%，而钢材耗用量则占全国用钢量的20%。和发达国家相比，我国的住宅物耗水平过高，存在很大的节约空间。统计发现我国城市住宅的卫生洁具耗水量占比高于30%，而在目前城镇化迅速发展的形势下，我国的住宅建设需求还在不断的增加，不过在城市大力发展过程中，资源、环境的约束压力也日益增加。在如此严峻的建筑背景下，发展零能耗建筑势在必行。

3 零能耗建筑发展历程

1976年，丹麦技术大学的Torben V．Esbensen，首次提出“零能耗建筑(住宅)”一词。

1988年瑞典Lund University的B. Adamson和德国Institut für Wohnen und Umwelt 的W. Feist首次提出了被动房的概念。

1992年，德国Fraunhofer太阳能研究所的K. Voss教授提出了无源建筑和零能耗建筑的概念。

Kilkis S定义了“净零火用建筑。P. Torcellini对4类零能耗建筑的定义进行了概括总结(即净现场零能耗建筑、净一次零能耗建筑、净零能耗账单建筑、净零排放建筑)。瑞士的R.Kriesi和H.Uebersax共同提出了迷你能耗房的概念，意大利国家建筑研究中心的S. Fattor和F. Ruffini博士提出了气候房的概念。

4 零能耗建筑的技术内涵

零能耗建筑的理念在于，尽可能的应用自然能源满足建筑运转要求，减少对环境的影响，可基本上实现能源和废物循环利用的目的。在建筑过程中可通过相关措施来有效的降低能耗、水耗，同时提高光能的应用比例，降低建筑的能耗，控制能源使用量在合理的范围内。具体包括以下几个方面：

1)根据自然地理和建筑结构相关的特征进行合理的布置；

2)合理利用太阳光满足室内照度，优化室内采光系统；

3)根据环境状况，尽量应用置换送风技术，提高室内空气的循环速度，满足舒适性要求；

4)提高太阳能、地热能等清洁能源的应用比例；

5)在建筑过程中大量应用绿色建材和相关的技术，实现绿色建筑目的；

6)建造保温、遮阳的围护结构，更好的利用太阳能，同时合理的控制室内温湿度。

5 零能耗建筑的应用实践

5.1 中国建筑科学研究院近零能耗示范建筑

中国建筑科技院近零能耗示范建筑建成于2014年7月，其总共为四层，总面积4 025 m2，属于办公类建筑。

在建筑过程中，严格的依据“被动优先，主动优化”相关原则进行施工，采用了超薄绝热板、空气净化系统，Low-E真空三层玻璃，智能光线控制系统，应用光地热泵进行供热。同时还应用环境监控技术对建筑运行状况进行监控，并适当的调节。

此建筑还综合应用了高性能建筑围护结构和清洁能源循环利用技术，从而更好的满足能源应用要求，尽可能的降低化石能源的利用比例，据此实现近零能耗目标。在实际使用过程中，冬季可不需要传统能源供热、夏季的能耗也明显的降低。对比分析可知此建筑的能耗控制指标达到国际一流水平。

5.2 三星绿色明天项目

韩国三星绿色明天项目总建筑面积676 m2，其中住宅区面积为300 m2，另外还设置了400多平方米的展览馆。此建筑应用了68种环保科技技术和产品，如高效能源分布系统，光伏发电系统，网格状外围护结构等，同时还设置了光线温度传感器等，在日常运行过程中，可通过传感器采集建筑的运行状态信息，而进行智能化控制，可很好的实现“零能耗”“零碳排放”相关的目标。

此项目的废水循环利用水平达到了54%，其中可回收材料的占比为22%。为满足室内空气品质相关的要求，而适当的设置了通风换气频率，显著高于传统建筑。这样可在很好的满足室内环境舒适要求基础上，能耗有效的降低，只有常规建筑能耗的56%。此建筑中设置了光伏发电系统，光热水器等，大约一半的能耗都可以通过这些系统提供。其综合了各类型的绿色建筑技术，这对实现零能耗目标打下了良好的基础。

5.3 尚德太阳能电力有限公司研发中心设计实践

尚德太阳能电力有限公司研发中心分为研发楼和康乐楼两个区域，研发楼7层，康乐楼3层，建筑面积共计1.6万m2。通过光伏幕墙等技术手段，有效利用太阳能为主要可再生能源，建筑整体采用钢结构满足建筑的空间要求，同时有效的控制了建筑体型系数，降低围护面积及耗能指标。

外围护结构采用光伏电板取代传统玻璃幕墙，角度倾斜面向太阳，光伏电板幕墙面积达6 900 m2，其中包含2 552块多晶硅光伏电池板，其面积显著高于同类型的光伏幕墙，是目前全球最大的光电幕墙。建筑的屋顶则设置了300 kW的光伏发电系统，可很好的满足建筑能源供应要求，东西方向上设置了绿色生态遮阳措施，从而为降低此种幕墙的能耗提供支持。

尚德研发楼通过综合节能技术的运用实际年用电量为130万kW·h，节约电量45%，而总容量为1 MW的尚德太阳能光伏电站，在当地气候条件下，年净发电量110万kW·h，为所需电能的80%以上，基本达到能源供需平衡，实现“零能耗”目标。此项目中仅光伏发电一项，每年约可节约标煤350 t，减排620 t，运行使用寿命25年，可替代标煤8 750 t，减排1.55万t，节能减排成效显著。