中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑環(huán)境與節(jié)能研究院院長(zhǎng) 徐偉

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邁向零能耗建筑的技術(shù)與實(shí)踐

中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑環(huán)境與節(jié)能研究院院長(zhǎng) 徐偉

對(duì)于建筑節(jié)能的討論，首先我提出兩個(gè)問題：第一，建筑節(jié)能有沒有終極目標(biāo)呢？1986年，中國(guó)第一本建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)誕生，標(biāo)志著我們國(guó)家建筑節(jié)能工作的開始，到現(xiàn)在近30年，我們建筑節(jié)能有沒有一個(gè)最終目標(biāo)？有，那么目標(biāo)是什么？是不是零能耗建筑就是我們的終極目標(biāo)？值得我們思考。第二，我國(guó)綠色建筑方興未艾，各個(gè)省、市在過去十年里大量推廣，那綠色建筑的最高表現(xiàn)形式或者我們叫高性能的綠色建筑有沒有呢？是什么？我想零能耗建筑就是它的一個(gè)表現(xiàn)形式，就像美國(guó)或者是國(guó)際社會(huì)正在推零能耗綠色建筑。

nZEB(NET ZERO ENERGY BUILDING)國(guó)際社會(huì)普遍用的詞，這個(gè)詞有意思，凈零能耗建筑，也可以叫近零能耗建筑（NEARLY ZERO ENERGY BUILDING），英文和中文正好一樣?，F(xiàn)在全球是什么階段呢，邁向零能耗的階段（TOWARD TO NZEB），邁向多少年？可能是五年、十年、二十年，甚至三十年或者更遠(yuǎn)。

近零能耗是大家普遍認(rèn)同的目前發(fā)展的主要階段，比如說歐盟提出來的20-20-20，歐盟成員國(guó)2020年的時(shí)候所有新建建筑要達(dá)到近零能耗，近零能耗有什么樣的表現(xiàn)形式呢？今天我們談的是被動(dòng)房，大家聽得很多，還有主動(dòng)房，我們今天所要講的近零建筑，實(shí)際上是國(guó)際社會(huì)特別是歐盟比較明確的發(fā)展目標(biāo)和方向。我們現(xiàn)在從事的被動(dòng)式超低能耗建筑或者德國(guó)講被動(dòng)房是近零能耗建筑的一個(gè)體系或者說是一種表現(xiàn)方式。

下面我將分三個(gè)方面來詳細(xì)講解nZEB。

一、nZEB發(fā)展背景

從表1中我們可以看到， 2020年歐盟不同國(guó)家實(shí)現(xiàn)近零能耗的目標(biāo)，其中有的國(guó)家，像挪威執(zhí)行的是被動(dòng)房的標(biāo)準(zhǔn)，但是有的國(guó)家并不是，像丹麥比2006年降低75%就是近零能耗。這就是歐盟在EPBD規(guī)定下實(shí)現(xiàn)了2020年的具體目標(biāo)。

表1 歐盟政策-EPBD下各國(guó)建筑節(jié)能發(fā)展目標(biāo)

表2 美國(guó)的目標(biāo)

就在不久前，美國(guó)能源部正式頒布了美國(guó)零能耗、零能耗住區(qū)和零能耗建筑群的定義，美國(guó)提出，在2030年聯(lián)邦新建建筑都要達(dá)到凈零能耗（表2）。

表3 韓國(guó)計(jì)劃到2020減少建筑行業(yè)26.9 % 的溫室氣體排放，2025年實(shí)現(xiàn)零能耗住宅

再看看近鄰韓國(guó)（表3），韓國(guó)在吸收歐洲經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出來到2025年要達(dá)到零能耗的住宅，分三個(gè)步聚實(shí)施。

關(guān)于零能耗各個(gè)國(guó)家的定義是不同的，稱呼也不完全一樣，我們展現(xiàn)出來的是它的內(nèi)涵。比如說供暖、供冷、照明、熱水、家用電器算不算？可能不同的國(guó)家在發(fā)展零能耗過程當(dāng)中不完全一致，說明什么？說明雖然是全球的發(fā)展方向，但是實(shí)際上各個(gè)國(guó)家出于國(guó)情的不同，發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)也不一樣，實(shí)際上定義也不完全一致。

圖1 IEA-全球凈零能耗建筑地圖

圖1是國(guó)際能源組織IEA提出在全球過去十年里零能耗建筑主要發(fā)展的一個(gè)分布圖，可以看到基本上都是北半球，而且緯度越高占比越多，也就是說以供暖為主的零能耗實(shí)施項(xiàng)目非常多，赤道附近供暖就沒有了，主要以制冷為主。

表4 定義名詞

二、nZEB典型工程分析

前面我講的發(fā)展背景實(shí)際上也是要表達(dá)一層意思，全球各個(gè)國(guó)家都在根據(jù)自己發(fā)展的計(jì)劃來制定零能耗、近零能耗的路線圖和時(shí)間表，反過來也給我們提出一些思考和提示，下面我結(jié)合幾個(gè)工程介紹一下他們是怎么實(shí)現(xiàn)零能耗和近零能耗的。

圖2 美國(guó)可再生能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室-零能耗辦公樓

圖2是美國(guó)非常推崇的可再生能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室投資103萬美元，將近六個(gè)億人民幣建設(shè)的零能耗辦公樓。

通常去過美國(guó)都知道，美國(guó)建筑形式一般來講都是比較低層、大體量，但是為了采光、通風(fēng)，把建筑分成了前后兩段。除了被動(dòng)技術(shù)，主動(dòng)技術(shù)也很多，包括光伏、地源熱泵、置換通風(fēng)都是實(shí)現(xiàn)零能耗的手段，這幢大樓在丹佛的附近，很多人看過，非常著名，是美國(guó)在能源部支持下的典型的示范工程。

表5

它是怎么實(shí)現(xiàn)的？表5中可以看到美國(guó)目前既有辦公建筑能耗是300千瓦小時(shí)/平米，通過執(zhí)行節(jié)能規(guī)范達(dá)到150千瓦小時(shí)/平米，在節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上通過高性能辦公建筑的設(shè)計(jì)又減一半，達(dá)到75千瓦小時(shí)/平米，75千瓦小時(shí)/平米是包括他們所有耗電，包含供暖供冷照明、電器辦公設(shè)備等，余下75千瓦小時(shí)/平米靠的是現(xiàn)場(chǎng)的可再生能源節(jié)能手段來實(shí)現(xiàn)。

圖3韓國(guó)建設(shè)科學(xué)研究院-零能耗高層居住建筑

另外再講講韓國(guó)，圖3是一幢韓國(guó)的住宅樓，也是在學(xué)習(xí)借鑒歐洲經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，近幾年開發(fā)的一座高層零碳住宅。

韓國(guó)采用的一些技術(shù)其實(shí)和我們講的被動(dòng)式超低能耗技術(shù)的體系可以說基本一致，不過稱呼不同，只是叫零碳或者叫零能耗住宅。

表6

我們從表6看它是如何實(shí)現(xiàn)的。第一步就是和現(xiàn)有的居住項(xiàng)目相比，通過被動(dòng)式建筑技術(shù)節(jié)約87%的供暖能源，插座是很難減的，因?yàn)榧彝サ母鞣N電器，微波爐、烤箱、照明或者電視，這些都是要耗電的。然后，再通過現(xiàn)在的可再生能源再降低70%的電，就達(dá)到了零碳的高層住宅。最后的結(jié)果是熱消耗15千瓦小時(shí)/平米，電消耗8千瓦小時(shí)/平米。可能有很多人并不知道我們現(xiàn)在家庭的耗電量耗能量是多少，我可以告訴大家一個(gè)數(shù)據(jù)，采暖耗熱量這一項(xiàng)平均來講在100千瓦小時(shí)/平米，中國(guó)家庭耗電量是30千瓦小時(shí)/平米，有了我們的數(shù)據(jù)對(duì)比，才會(huì)對(duì)達(dá)到15千瓦小時(shí)/平米，達(dá)到8千瓦小時(shí)/平米有一定對(duì)比概念。

圖4 中國(guó)建筑科學(xué)研究院-近零能耗辦公樓

當(dāng)然我也講講中國(guó)建筑科學(xué)研究院-近零能耗辦公樓，我不講它的技術(shù)途徑，只講最后的數(shù)值，它的能耗指標(biāo)是什么？全年供熱、制冷和照明電耗，一共是25千瓦小時(shí)/平米，而在北京，普通寫字樓是100千瓦小時(shí)/平米，這是耗電，不包括耗熱，因?yàn)樵诒本┦羌泄釣橹?。?duì)比一下25千瓦小時(shí)/平米，也就是說比普通辦公樓要節(jié)省80%至90%。簡(jiǎn)單來講，就是冬天不用化石能源供暖，也就是既不用燃煤，也不用燃?xì)?。夏天比普通建筑的空調(diào)能耗降低50%，靠什么降低50%呢？主要是靠太陽(yáng)能制冷降低50%。照明能耗相對(duì)一般建筑要降低75%。

最后講一下德國(guó)的被動(dòng)式建筑，秦皇島“在水一方”項(xiàng)目采用的是德國(guó)被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)，它對(duì)于室內(nèi)環(huán)境有明確的要求：冬季供暖溫度要達(dá)到20℃；夏季供冷溫度要到25℃；新風(fēng)量是每人30立方米/小時(shí)。在能耗方面，供暖需求≤ 15kWh/（m2·a）或熱負(fù)荷≤ 10W /m2；當(dāng)采用空調(diào)時(shí)，對(duì)供冷需求的要求與供暖需求一致；建筑一次能源用量≤120 kWh/(m2a)；氣密性必須滿足N50≤0.6，即在室內(nèi)外壓差50Pa的條件下，每小時(shí)的換氣次數(shù)不得超過0.6次；超溫頻率≤10%（25℃）。

表7 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與德國(guó)被動(dòng)房屋的對(duì)比

在過去幾年里，我們有很多人對(duì)它的理解是不正確或者是不全面的。首先，比如說我們講供暖需求不是供暖能耗，供暖需求15千瓦/小時(shí)，不是我們講的供暖能耗。第二，就是我們的理解的一次能源能耗120千瓦小時(shí)/ 平米，是基于德國(guó)的一次能源轉(zhuǎn)換系數(shù)得到的。我們河北省，乃至華北、東北，我們一次能源轉(zhuǎn)換系數(shù)跟德國(guó)不一樣。簡(jiǎn)單來講，我們發(fā)電不可能跟德國(guó)的發(fā)電轉(zhuǎn)化效率是一樣的。前一段時(shí)期，我們?cè)谥朴啞吨袊?guó)被動(dòng)式超低能耗技術(shù)導(dǎo)則》的時(shí)候，住建部組織專家討論的時(shí)候，為這個(gè)問題爭(zhēng)議很長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)槲覀儑?guó)家發(fā)改委沒有公布的一次轉(zhuǎn)換系數(shù)。最后，還有超溫頻率，何為超溫頻率呢？有供暖沒有空調(diào)只有夏天有超溫頻率，有空調(diào)沒供暖是冬天的超溫頻率，如果有空調(diào)有供暖沒有超溫頻率。

前面所講的每個(gè)指標(biāo)都是德國(guó)被動(dòng)房研究所過去幾十年研究、應(yīng)用、完善的過程，但是我們的理解一定要全面、正確，包括面積。他講的每年每平米是什么面積？是建筑面積還是使用面積或者是套用面積。中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)這個(gè)面積是什么面積？建筑面積和使用面積平均差了0.8，需要認(rèn)真思考。

圖5 德國(guó)被動(dòng)房主要技術(shù)措施

當(dāng)然被動(dòng)房主要的技術(shù)是經(jīng)典的，五大理念很好理解，但五大理念加上一條，就是人的行為。技術(shù)上的問題我們都可以解決，但是生活習(xí)慣，人的行為要有所改變。實(shí)踐告訴我們，由于我們過去的生活習(xí)慣，我們的生活方式和文化傳統(tǒng)會(huì)給我們的被動(dòng)房居住、使用帶來變化，因此，在中國(guó)五大理念還要加上一個(gè)生活習(xí)慣或者叫人們的行為。

表8 零能耗分析圖

根據(jù)我們?cè)趪?guó)內(nèi)或者全球做過的零能耗的研究，得出來這張圖，不管零能耗建筑或者是近零能耗建筑，基本途徑就是要把全年的能耗指標(biāo)通過被動(dòng)和主動(dòng)技術(shù)降在80千瓦小時(shí)/平米以下，全球各國(guó)基本上都是這樣的。只有達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之后，才有可能采用可再生能源等技術(shù)實(shí)現(xiàn)零能耗。

通過各個(gè)國(guó)家在過去這么多年開展近零能耗建筑，當(dāng)然也包括被動(dòng)式建筑，我們可以看到基本上它的技術(shù)途徑就是五項(xiàng)：一是準(zhǔn)確的建筑負(fù)荷及能耗預(yù)測(cè)，普通的建筑可以算不準(zhǔn)，如果超低能耗、近零能耗建筑算不準(zhǔn)，就會(huì)出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，就出現(xiàn)能耗過大，大馬拉小車，所以必須要準(zhǔn)確的進(jìn)行計(jì)算；二是被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)降低負(fù)荷，不管什么類型首先要把需求降下來我用一個(gè)詞叫“最大限度”地降低需求，或者是“極大可能”地降低需求，如果做不到這一點(diǎn)，想實(shí)現(xiàn)近零能耗不太可能；三是高性能建筑能源系統(tǒng)；四是可再生能源建筑一體化設(shè)計(jì)，其實(shí)要想實(shí)現(xiàn)近零能耗或者零能耗，可再生能源仍然是必不可少的，比如說很多地方政府在本地區(qū)推被動(dòng)式建筑，無非就是對(duì)常規(guī)能源不依賴，減少燃燒和污染。包括京津冀地區(qū)、山東、河南都是一樣。也就是說不依賴傳統(tǒng)的以燃燒為主的供熱方式；五是零能耗監(jiān)控、調(diào)試、運(yùn)行策略，目前這點(diǎn)我們中國(guó)做得很不到位，做完了項(xiàng)目都沒有調(diào)試，大家都有體會(huì)，在我們建設(shè)程序里面沒有既沒有預(yù)算，也沒有時(shí)間，也沒有人力。

三、我國(guó)發(fā)展nZEB的思考

前面講完了，我們看看怎么促進(jìn)近零能耗建筑的發(fā)展呢？

表10 全球20年能源發(fā)展的路線圖

第一，要統(tǒng)一定義，設(shè)定中長(zhǎng)期發(fā)展目標(biāo)。我們要有準(zhǔn)確的定義，歐盟也在定義，剛才說不久前美國(guó)能源部公布了美國(guó)的定義，住建部即將頒布的《被動(dòng)式超低能耗綠色建筑導(dǎo)則》有定義，明年我們還要啟動(dòng)中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)對(duì)它進(jìn)行準(zhǔn)確定義。

第二，大幅度提升節(jié)能產(chǎn)品和設(shè)備的性能，我們可以看，這是我們和德國(guó)和比利時(shí)的對(duì)比，在很多方法上我們還差得很遠(yuǎn)。

第三，可再生能源+HVAC系統(tǒng)能效提升。表10是NREL做的全球過去20年可再生能源發(fā)展的路線圖，實(shí)際上規(guī)模達(dá)到一定程度后，可再生能源的價(jià)格一直在下降。

第四，既有示范建筑的后續(xù)監(jiān)測(cè)、評(píng)估和持續(xù)改進(jìn)。今天我們建設(shè)的示范項(xiàng)目，建造完成只是完成了第一步，因?yàn)樵谖覀冞^去沒有這樣的成功經(jīng)驗(yàn)，行或者不行要靠數(shù)據(jù)說話，好或者不好不能由自己說了算，要有第三方的評(píng)價(jià)，要有全年的數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)，否則就只是停留在理念、停留在別人的經(jīng)驗(yàn)之上。

第五，通過市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和擴(kuò)大規(guī)模，提升性價(jià)比。我們可以看到，如果我們發(fā)展近零能耗建筑，相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)備要不斷的進(jìn)行改造和提升，改造提升靠什么得到呢？一定是要擴(kuò)大規(guī)模，也就是說標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化，只有這樣，我們真正才能夠把這種超低能耗建筑進(jìn)行推廣，否則成本難以下降。我舉一個(gè)例子，比如說手機(jī)，20年前手機(jī)一萬塊錢一部，今天手機(jī)幾百塊錢一部，就是競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展的結(jié)果。只有通過競(jìng)爭(zhēng)、通過規(guī)模化降低。

第六，近零能耗建筑的特征。集中體現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)先進(jìn)性和產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的建筑節(jié)能技術(shù)集成；在適度提高室內(nèi)舒適度的前提下，能耗比現(xiàn)行居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能70%以上，比現(xiàn)行公共建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能75%以上；不再需要傳統(tǒng)的集中供熱。

第七，不能照搬國(guó)外的做法。發(fā)展過程當(dāng)中要考慮中國(guó)的國(guó)情，要考慮我們國(guó)家的一些特別的地方，要充分考慮中國(guó)氣候特點(diǎn)、居民生活習(xí)慣，考慮不同地區(qū)差異，對(duì)接中國(guó)法規(guī)和建筑標(biāo)準(zhǔn)體系，適應(yīng)中國(guó)建設(shè)管理程序。

之前講我們要實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的中國(guó)夢(mèng)或者是終極目標(biāo)，怎么實(shí)現(xiàn)？我們提出一個(gè)30-30-30，到2030中國(guó)新建建筑的30%達(dá)到近零能耗。通過什么呢？通過幾步走，通過2014年到2030年十五年的時(shí)間，通過一步、兩步、三步、四步來實(shí)現(xiàn)。

展望了一下，可以說近零能耗建筑已經(jīng)成為國(guó)際的新的發(fā)展趨勢(shì)，需要我們自己建立符合中國(guó)國(guó)情的近零能耗建筑，同時(shí)我們產(chǎn)業(yè)要不斷的升級(jí)換代，滿足市場(chǎng)的需求，同時(shí)需要盡快出臺(tái)行業(yè)技術(shù)指南或?qū)t標(biāo)準(zhǔn)。

最后，推廣過程當(dāng)中，做得行或者是不行，合格不合格，要有科學(xué)的認(rèn)證?？傊痪湓?，方向是非常明確的，路徑并不是唯一的，我們要不斷的探索和實(shí)踐，共同來促進(jìn)，共同來發(fā)展。

【文章編號(hào)】1671-3362(2016)01-0030-05

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】C