零碳建筑概念及关键技术梳理

张竞丹 钱学刚 钱奕丞

1.中国电力工程顾问集团有限公司 北京 100000

2.中国机械工业工程集团有限公司 北京 100000

3.中国电力工程有限公司 北京 100000

建筑行业是全球碳排放的重要来源之一，建筑行业的环保和节能水平，直接关系到全球环保和节能的进程，为此零碳建筑的概念应运而生。零碳建筑旨在通过采用可再生能源和高效建筑设计来实现减少或完全消除建筑对环境的负面影响。随着能源价格的上涨和环保意识的增强，零碳建筑除了能降低碳排放外，还能降低能源使用成本，为建筑业带来更多的经济收益，所以建筑企业应该积极探索和推广零碳建筑的技术和理念，为保护环境和促进经济可持续发展做出更多的贡献。

1 零碳建筑的概念和相关政策

零碳建筑是指在建筑设计、建造、运营、维护及拆除全生命周期中，最大限度地减少二氧化碳的排放，并尽可能地利用可再生能源，以实现建筑零碳排放的目标。零碳建筑通过提高建筑的能源效率和环境可持续性，以减少对环境的负面影响。最近，很多国家都出台了零碳建筑的相关政策。例如，欧盟提出了“2030气候与能源框架”，其中包括在未来几年内实现所有新建建筑的零碳标准。在英国，政府也提出了实现“2030年前所有新建建筑为零碳建筑”的目标，并将提高建筑能效作为其中的一个关键措施。此外，美国、加拿大、日本等国也都在积极推进零碳建筑的相关政策[1]。

作为一个负责任的大国，中国也积极出台了一系列规范和措施，以推动零碳建筑在国内的发展。首先，中国国家发展改革委、财政部、环境保护部、能源局等部门于2020年9月发布了《关于积极推进碳达峰、碳中和的指导意见》，该指导意见提出了具体的目标和措施，旨在实现我国的碳达峰和碳中和目标，其中包括加强政策引导，推动能源结构转型，提高能源利用效率等方面的内容。其次，为推动建筑业向低碳发展，2016年，中国住房和城乡建设部发布了《绿色建筑评价标准》，将绿色建筑作为我国建筑行业发展的方向，该标准包括节能、水资源利用、材料环保等多个方面的要求，为建筑业的绿色发展提供了指导。除此之外，2019年，中国住房和城乡建设部还发布了《关于推进低碳城市建设的指导意见》，提出要加快低碳城市建设，倡导绿色出行等措施，为推动城市低碳化做出了努力。

2 零碳建筑关键性技术

2.1 高效节能技术

高效节能技术是指通过应用先进的技术手段，减少能源的消耗，从而达到节约能源的目的。随着社会经济的发展和科技的进步，高效节能技术已经逐步应用在零碳建筑中，其中建筑能源管理系统（BEMS）是实现高效节能的核心技术[2]。建筑能源管理系统（BEMS）是一种集成多种技术的智能化系统，旨在提高建筑能源使用的效率，减少能源浪费和污染排放。它通过传感器和监测设备来实时监测建筑物内的温度、湿度、照明、通风等各种能耗指标，并通过计算机智能化控制系统来实现对建筑设备和能源的优化管理。BEMS系统通常由以下几个组件组成：数据采集模块、数据处理模块、控制模块和显示模块。其中，数据采集模块主要用于收集建筑物内各种传感器的数据，包括温度、湿度、光照、电力等数据，并将这些数据传输到数据处理模块中进行分析和处理。数据处理模块会对采集到的数据进行处理、统计和分析，生成各种报告和分析结果。控制模块则通过智能化算法对建筑设备进行控制，以实现能源的优化管理和控制。显示模块则为用户提供数据报告和分析结果的可视化界面。BEMS系统的应用可以有效地提高建筑物的能源效率和环境质量，同时也可以减少建筑物的能源消耗和运行成本。它作为建筑业更加高效、绿色、可持续的能源管理方式，为未来的可持续发展提供有力的支持。

2.2 可再生能源技术

可再生能源技术是实现零碳建筑的关键。太阳能是一种广泛应用于零碳建筑的可再生能源技术。通过安装太阳能电池板，可以利用阳光将光能转化为电能，从而为建筑供电，这样不仅可以减少对传统能源的依赖，还可以减少对环境的污染。例如，英国伦敦的TheCrystal建筑，就是利用太阳能板来实现自给自足的电力供应的。风能是另一种可再生能源技术，也广泛应用于零碳建筑。通过安装风力涡轮机，可以将风能转化为电能。例如，丹麦的格陵兰岛上的一个建筑物，利用风能来实现其电力供应。水力发电是另一种可再生能源技术，可以通过将水流经过水轮机转化为电能。例如，美国科罗拉多州的AspenArtMuseum就是一个典型的应用水力发电技术的零碳建筑。除了上述可再生能源技术外，还有其他一些技术也广泛应用于零碳建筑。例如，地源热泵技术可以利用地下的热能来为建筑供暖和制冷，而无需使用传统的燃气或电力。

2.3 智能控制技术

智能控制技术在零碳建筑中的应用，可以帮助建筑物更加高效地利用能源，减少对环境的负担。智能控制技术可以在多个方面应用于零碳建筑中。首先，它可以控制建筑物的温度、湿度和通风等方面，从而减少能源的浪费。通过传感器和自动控制系统，建筑物可以自动调节温度和湿度，并根据天气条件自动开启或关闭通风设备，达到最佳的舒适度和节能效果[3]。其次，智能控制技术可以优化建筑物的照明系统。通过自动调节灯光亮度和颜色，建筑物可以达到最佳的照明效果，同时避免能源的浪费，并且还可以根据建筑物的使用情况和光线条件，自动开启或关闭灯光，以达到最佳的节能效果。最后，智能控制技术还可以在建筑物的水资源管理中发挥重要作用。通过自动监测水的流量和质量，建筑物可以减少水资源的浪费，实现最佳的水资源利用效率。同时，智能控制技术还可以控制建筑物的雨水收集和利用，进一步减少对自来水的需求，达到更加环保和可持续的效果。

2.4 绿色建筑材料技术

绿色建筑材料指的是对人体健康和环境影响相对较小的建筑材料，其生产、使用和回收过程对环境影响较小，并且具有节能、环保、耐久等特点。在零碳建筑中，绿色建筑材料技术的应用是十分广泛的。比如，在建筑的外墙保温材料上，可以采用生态岩棉、细木工板等绿色建筑材料，这些材料具有优异的保温性能，而且生产过程中不会产生有害物质，对环境的污染很小。此外，在室内装修上，也可以采用环保木地板、环保涂料、环保墙纸等绿色建筑材料，这些材料不仅能够减少有害物质的释放，还能够有效地提升室内空气质量，为人们提供一个更加健康的居住环境。最后还有绿色屋顶技术，绿色屋顶是指在建筑物屋顶覆盖一层植物和土壤，从而在一定程度上减少室内外温度差异，减少能源消耗，并且绿色屋顶还可以吸收大气中的二氧化碳、氮氧化物等有害气体，净化空气，提高城市生态环境。

3 零碳建筑的发展困境

零碳建筑是当今建筑领域的一个热门话题，在目前阶段，零碳建筑面临着一些发展困境。首先，零碳建筑的技术创新和标准制定仍面临挑战。零碳建筑的发展需要基于新材料、新技术、新工艺和新模式等方面的创新，同时需要相关标准和政策的支持。目前虽然有一些零碳建筑的技术解决方案已经存在，但它们往往还不够成熟，需要进一步的研发和改进。例如，可再生能源的利用仍然面临着一些限制，如太阳能电池板的效率和成本问题。其次，成本是零碳建筑发展的另一个障碍。与传统建筑相比，零碳建筑需要采用更加先进的材料和技术，以及更为严格的标准和规范，这些要求导致了零碳建筑的建设成本普遍较高，使得其在市场上的竞争力受到了一定的制约。最后，零碳建筑的推广和普及也存在困难。虽然零碳建筑在环保、节能、可持续等方面的优点明显，但其在推广和普及方面仍面临许多挑战。例如，消费者对于零碳建筑的认知和接受程度仍不高，尽管零碳建筑的概念已经逐渐为人们所熟知，但对于一般公众和建筑业从业人员来说，仍然存在认知和理解的差距，而且相关标准和政策的制定和执行也存在诸多不足，也在一定程度上造成了零碳建筑的推广困难。

4 零碳建筑的实现途径

4.1 建筑企业加强零碳技术的应用

近年来，随着人们对环保意识的提高，越来越多的人开始关注零碳建筑，要真正实现零碳建筑，企业必须在建筑中加强零碳技术的应用。首先，建筑设计阶段是实现零碳建筑的重要环节。建筑设计师需要充分考虑建筑的能源效率和环保性能，通过选用可再生能源和高效节能技术，实现建筑的减排和能耗降低。此外，在建筑材料的选择方面，也应该优先选用环保、可再生的材料，避免使用高碳排放的建筑材料。其次，在建筑施工过程中，要注意减少建筑废弃物的产生和环境污染，采用先进的施工技术和管理方法，降低施工噪音和粉尘污染。第三，建筑使用阶段也是减少碳排放的关键环节。建筑内部采用节能、环保的电气设备和照明系统，建立科学的能源管理系统，合理利用太阳能和风能等可再生能源，降低建筑的能耗和碳排放。最后，在建筑拆除和回收阶段，应该尽可能地减少废弃物的产生，并且对废弃物进行分类、回收和处理，尽可能地降低对环境的污染和破坏。总之，实现零碳建筑需要各个环节的努力和合理协调，建筑设计、施工、使用、拆除和回收等全生命周期过程中，都需要注意环保、节能和减排，通过科学的技术和管理手段，实现零碳建筑的目标。

4.2 政府发挥带头作用

随着全球气候变化问题的日益严峻，减少碳排放已成为国际社会关注的焦点，建筑业作为能源消耗最大的行业之一，也承担着减少碳排放的重要责任，对此政府要发挥带头作用，积极推广零碳建筑，降低建筑业的碳排放。首先，政府应制定严格的法规和政策，以推动零碳建筑的发展，这包括设立环境保护标准，要求所有新建筑在设计和施工过程中符合零碳建筑的要求。政府可以提供激励措施，如税收优惠和补贴，以鼓励开发商和业主采用零碳建筑技术和设备。其次，政府应加大对零碳建筑技术的研发和推广力度，通过资助科研项目和组织专家团队，促进新能源利用、建筑节能和碳减排等领域的技术创新。此外，政府还可以加强与企业和社区的合作，共同推动零碳建筑的实施。政府可以与建筑开发商和房地产公司签订协议，要求其在项目中采用可持续建筑材料、节能设备和清洁能源，或者鼓励社区居民参与能源管理和碳减排行动，通过推广节能措施和鼓励可再生能源的使用，实现零碳生活方式的普及。最后，政府应加强监管和评估，确保零碳建筑政策的有效执行。政府可以建立专门的机构或部门，负责监督和审查建筑项目的环境影响和碳排放情况，并定期评估零碳建筑政策的实施效果，并根据评估结果进行调整和改进。

4.3 加强行业相关人才的培养

为了实现零碳建筑，不仅需要依靠技术的进步和政策的支持，更需要有一批专业的人才来推动这一目标的实现。首先，要培养具备相关技术和知识的工程师和设计师。这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识。其次，要培养能够进行绿色建筑评估的专业人才，帮助企业评估建筑的环境影响和节能减排效果。此外，还需要培养熟悉建筑节能设计的技术人才，能够提供高效节能的设计方案，为建筑节能提供技术支持。除了专业技能的培养外，还要注重培养具备创新思维和团队合作精神的人才，这些人才要能够主动思考、发现问题并提出解决方案，并能够与其他领域的专业人才协同工作，从而形成高效的团队合作。在人才培养方面，不仅要加强高等院校和职业培训机构的相关课程设置，引导更多的学生和职业人才参与到零碳建筑的实践中来，同时政府和企业也要加大对零碳建筑领域人才的培养和引进力度，提供更多的培训和实践机会，帮助员工在实践中不断提升自己的能力和水平。

5 零碳建筑的未来发展趋势

未来，零碳建筑的发展方向将主要包括以下几个方面：首先，零碳建筑的技术应用将更加广泛。目前，零碳建筑主要采用的技术包括太阳能电池板、地源热泵、节能材料等。未来，随着技术的不断进步，新的技术将被应用到零碳建筑中，如微网、可再生能源发电、蓄电池等技术，从而实现建筑能源的自给自足[4]。其次，零碳建筑的设计理念将更加注重环保可持续性。未来，零碳建筑将更加注重绿色建筑材料的使用，比如可降解材料、可循环利用材料等，以减少对环境的影响。同时，零碳建筑将更加注重自然环境的保护，如建筑的布局、朝向等都将充分考虑自然光照和自然通风等因素，从而最大限度地降低能源消耗，并且建筑师将会更加注重建筑与周围环境的融合，减少对自然资源的损害。例如，在建筑的设计中融入自然景观，使建筑与周围环境相得益彰，达到既满足人们的生活需求，又保护生态环境的双重效果。第三，零碳建筑将更加注重人文关怀。未来，零碳建筑将更加注重建筑的人性化设计，充分考虑人的舒适度和健康，如室内空气质量、光照度、噪音等因素，从而为居住者提供更加健康、舒适的居住环境。随着技术的创新和零碳观念的深化，零碳建筑将具有广阔的发展前景，为人类提供更加健康、舒适、可持续的居住环境。

6 结语

随着全球气候变化问题的日益严重，零碳建筑作为一种可持续发展的建筑理念，受到越来越多人的关注和追求。零碳建筑虽然在建设过程中需要投入更高的成本，但随着时间的推移，使用零碳建筑所节省的能源和维护成本将远远高于建设成本，并且其所采用的可再生能源，能有效减少对环境的污染和破坏，大大减少二氧化碳的排放，改善空气质量，缓解全球气候变化问题，所以零碳建筑具有环境友好和经济效益等诸多优点，对于建筑行业和环境保护具有重要意义。现阶段，由于建设成本较高和可再生能源资源的限制，其在大规模推广方面仍存在一定的挑战，对此仍需要政府、企业和公众等多方的共同努力，相信在未来随着技术的不断进步和政策的不断完善，零碳建筑终将成为建筑业的主流，为全球的可持续发展做出积极贡献。