許一鳴

（安徽建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院，安徽 合肥 230601）

0 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球環(huán)境污染與能源緊缺問題日趨嚴(yán)重。為有效應(yīng)對全球能源危機(jī)及環(huán)境問題，我國提出了“碳達(dá)峰、碳中和”的遠(yuǎn)大目標(biāo)。在建筑領(lǐng)域?qū)τ谶@一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，國家和各級政府相繼出臺了關(guān)于近零能耗建筑的標(biāo)準(zhǔn)及要求。在我國嚴(yán)寒與寒冷地區(qū)，對近零能耗建筑有著較多的實(shí)踐應(yīng)用，取得較好的效果。然而在面積較大且居住密集的夏熱冬冷地區(qū)，近零能耗建筑的應(yīng)用相對較少。位于我國長江中下游的夏熱冬冷地區(qū)，其夏季氣候炎熱、冬季濕冷，室內(nèi)舒適感差。該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，大部分居民通過輔助設(shè)備進(jìn)行制冷或取暖，以使室內(nèi)環(huán)境達(dá)到舒適。因此，夏熱冬冷地區(qū)居住建筑運(yùn)營階段的能耗極大。新建和改建近零能耗建筑，將極大降低該地區(qū)建筑能耗，加快“碳達(dá)峰、碳中和”的進(jìn)程。

1 近零能耗建筑介紹

近零能耗中的能耗是指建筑在運(yùn)營階段為了達(dá)到室內(nèi)舒適度而消耗的能源，其中包括營造室內(nèi)舒適度的聲、光、熱以及改善空氣環(huán)境帶來的能源消耗。近零是指為了滿足室內(nèi)舒適環(huán)境而消耗的碳排放能源盡可能低，包括對能源的高效利用以及可再生能源的高效利用[1]。在零能耗建筑施行過程中發(fā)現(xiàn)，一味地追求建筑的零能耗，反而會(huì)提高建造成本，同時(shí)技術(shù)上的限制也使得零能耗建筑的目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)，因此提出了近零能耗建筑這一概念[2-3]。

我國近零能耗建筑的發(fā)展晚于西方國家，2015年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在《被動(dòng)式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）（居住建筑）》中指出，要提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性和保溫隔熱性，以此減少建筑室內(nèi)制冷、取暖的能耗，并且要提高可再生能源的使用率。此后，各地政府相繼出臺了有關(guān)被動(dòng)式超低能耗綠色建筑的技術(shù)細(xì)則。2017年以后，在住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部提出的“積極開展近零能耗示范建筑”的號召下，全國各地近零能耗建筑如雨后春筍般涌現(xiàn)。2019年，我國GB/T 51350—2019《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求利用被動(dòng)式技術(shù)極大降低建筑運(yùn)營所需能源需求，同時(shí)通過主動(dòng)式技術(shù)提高設(shè)備使用效率，并且大力推廣使用可再生能源，以最低的碳排放能源消耗提供舒適的建筑室內(nèi)環(huán)境[4-5]。在碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)要求下，未來近零能耗建筑將逐步在夏熱冬冷地區(qū)推廣建設(shè)。

2 近零能耗建筑在夏熱冬冷地區(qū)推廣的必要性

一方面，我國社會(huì)總能耗中約1/3是建筑帶來的能耗，根據(jù)近年來我國建筑能耗持續(xù)增加的趨勢，我國建筑能耗占社會(huì)總能耗的比例將升至40%。大體量的能源消耗不僅會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)有不可再生能源的巨大消耗，還會(huì)帶來大量的碳排放，誘發(fā)更加嚴(yán)重的環(huán)境污染問題[6]。

另一方面，夏熱冬冷地區(qū)主要集中在長三角地區(qū)，該地區(qū)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)。在夏熱冬冷地區(qū)，夏季高溫炎熱，主要采用空調(diào)制冷；冬季寒冷，未設(shè)暖氣，主要依靠空調(diào)。因此，在夏熱冬冷地區(qū)，追求室內(nèi)舒適度將消耗大量能源，而其中極大部分能源可以依靠近零能耗建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)約。因此，在夏熱冬冷地區(qū)開展近零能耗建筑的建設(shè)和改造，將大幅降低我國建筑能耗總量[7]。

3 夏熱冬冷地區(qū)近零能耗建筑技術(shù)措施

居住建筑的本意是給人以舒適的環(huán)境，使人們居住在舒適的微環(huán)境中，區(qū)別于外界的不適感環(huán)境。通過更加先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，結(jié)合建筑所處的地域環(huán)境與建筑建造的經(jīng)濟(jì)合理性，在滿足建筑使用功能的同時(shí)，使建筑的綜合能耗趨近于零。

3.1 被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)

在建筑的設(shè)計(jì)階段，通過相關(guān)建筑軟件對建筑建造地區(qū)總體氣候進(jìn)行分析，可掌握夏熱冬冷地區(qū)氣候變化規(guī)律，結(jié)合該規(guī)律，適當(dāng)調(diào)整建筑的體形系數(shù)和位置朝向，可有效改善建筑室內(nèi)微環(huán)境，使建筑達(dá)到一定的節(jié)能水平。合理布置建筑朝向，不僅可以使建筑采光最大化，同時(shí)有利于建筑獲得更好的通風(fēng)。有效通風(fēng)有利于調(diào)節(jié)建筑室內(nèi)環(huán)境，進(jìn)而降低建筑能耗。

在建筑體形系數(shù)和位置朝向設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行保溫隔熱設(shè)計(jì)，有助于建筑室內(nèi)保持舒適的環(huán)境，降低建筑能耗。在保溫材料方面，根據(jù)近零能耗節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)兼顧建筑建造的經(jīng)濟(jì)性，需要選取保溫效果好的材料并且盡量降低保溫材料的厚度[8]。在外門窗方面，由于門窗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其無法通過添加保溫材料而起到節(jié)能效果，但可結(jié)合現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)手段，使門窗具有更好的保溫節(jié)能效果。如我國現(xiàn)在常用的中空玻璃門和Low-e玻璃窗，利用夾層填充合適的氣體達(dá)到優(yōu)良的熱工性能，從而提高門窗的保溫性能，促進(jìn)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體節(jié)能效果。在氣密性方面，近零能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)中對近零能耗建筑門窗等結(jié)構(gòu)的氣密性具有更高要求。夏熱冬冷地區(qū)通過空調(diào)等制冷、取暖設(shè)備，在提高居住舒適性的同時(shí)，使室內(nèi)外溫差增大。為了降低制冷取暖設(shè)備的能耗，需要建筑門窗具有優(yōu)良的氣密性，避免室內(nèi)與室外氣溫的交換。因此，對于必要的通風(fēng)出口需要設(shè)置合適的啟閉式裝置，對于門窗洞口不僅要有效地處理熱橋，還要有效提高其縫隙處氣密性能[9]。

近零能耗建筑在設(shè)計(jì)階段要求設(shè)計(jì)師加強(qiáng)對被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，不僅要結(jié)合夏熱冬冷地區(qū)的氣候特點(diǎn)對建筑進(jìn)行總體布局，還需要及時(shí)采用新型節(jié)能材料，對建筑進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，為建筑達(dá)到近零能耗邁出關(guān)鍵一步。

3.2 主動(dòng)式節(jié)能技術(shù)

建筑經(jīng)過設(shè)計(jì)建造交付使用時(shí)，為了達(dá)到室內(nèi)的舒適性，會(huì)主動(dòng)增加輔助制冷、取暖和通風(fēng)的設(shè)備。在夏熱冬冷地區(qū)，使用最為廣泛的設(shè)備當(dāng)屬空調(diào)，其不僅可在夏季室外炎熱時(shí)通過制冷使室內(nèi)溫度降低，還可在冬季室外寒冷時(shí)通過制熱使室內(nèi)溫度升高。近年來，居民收入水平提高，為了提升生活的舒適度，人們大量購買空調(diào)設(shè)備。隨著空調(diào)使用頻率的增加，更多的能源被消耗。為了在降低能源消耗的同時(shí)使居民獲得舒適的室內(nèi)環(huán)境，應(yīng)當(dāng)提高空調(diào)等設(shè)備的工作效率，同時(shí)應(yīng)大力推動(dòng)設(shè)備智能化發(fā)展。采用智能化設(shè)備，可以根據(jù)室內(nèi)外溫度差異提供更高效的室內(nèi)舒適途徑，也可以在設(shè)備工作過程中，通過感應(yīng)設(shè)備及時(shí)調(diào)整工作狀態(tài)，達(dá)到節(jié)約能耗的目的。

在光環(huán)境調(diào)節(jié)方面，智能化設(shè)備通過光傳感器感受室內(nèi)外光線環(huán)境，在室內(nèi)光線較弱、室外光線較好的條件下，通過對窗簾百葉和遮陽設(shè)施的調(diào)控，利用室外自然光線提高室內(nèi)照度，對于一些室外光線難以顧及之處，通過對燈光的開關(guān)調(diào)控，促進(jìn)室內(nèi)各區(qū)域照明條件適宜。光環(huán)境調(diào)節(jié)有助于減少照明能耗。在室溫調(diào)節(jié)方面，通過各類傳感器數(shù)據(jù)收集后的綜合計(jì)算，合理高效地選取調(diào)節(jié)室溫的方式，如通風(fēng)或采用其他設(shè)備，從而達(dá)到高效節(jié)省能源的目的。

近零能耗建筑在使用階段需要通過智能化管理主動(dòng)式節(jié)能設(shè)備，一方面滿足居住建筑基本的舒適性需求，另一方面智能化管理可以大大提高夏熱冬冷地區(qū)制冷、采暖設(shè)備的使用效率，為近零能耗建筑使用階段的節(jié)能減排助力。

3.3 可再生能源利用

近年來，各地政府積極推廣可再生能源在新建筑中的優(yōu)先使用，并根據(jù)使用占比給予不同程度的扶持?？稍偕茉吹氖褂脴O大減少建筑碳排放量，有利于從碳排放源頭減少碳污染，有利于近零能耗建筑和建筑領(lǐng)域碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)：①太陽能，逐步提高建筑設(shè)備對太陽能的轉(zhuǎn)化效率，積極拓展對太陽能的多方面實(shí)際應(yīng)用；②地源熱泵，根據(jù)建筑的實(shí)際地理環(huán)境，擴(kuò)大地源熱泵在夏季制冷、冬季供暖的使用范圍；③空氣能，高效的節(jié)能效率是其主要特點(diǎn)之一，加熱等量的水，空氣能僅需日常燃?xì)馐褂贸杀镜?/3（見圖1）。

圖1 居住建筑空氣能轉(zhuǎn)換示意

隨著科技發(fā)展，越來越多的可再生能源被開發(fā)使用，結(jié)合科技的力量，加大對可再生能源轉(zhuǎn)化設(shè)備的研究，研發(fā)更多轉(zhuǎn)化能源的設(shè)備，提高能源的轉(zhuǎn)化效率。高轉(zhuǎn)化率是可再生能源廣泛使用的前提。

4 結(jié)語

在不同的環(huán)境和氣候區(qū)內(nèi)，為滿足近零能耗建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)因地制宜，采取適當(dāng)?shù)墓?jié)能技術(shù)措施。一般建筑提升為近零能耗建筑的技術(shù)措施主要為“節(jié)流”與“開源”兩方面。在“節(jié)流”方面，可提升建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能、改進(jìn)門窗的氣密性、利用科技手段提高主動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的能效轉(zhuǎn)換；在“開源”方面，著重于對清潔能源的開發(fā)利用。在具體的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)根據(jù)所在地區(qū)的氣候條件，在滿足基本建筑需求的前提下，擇優(yōu)選擇節(jié)能措施。

在寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)，近零能耗建筑得到較快發(fā)展，但在夏熱冬冷地區(qū)，對近零能耗建筑認(rèn)同感較弱。夏熱冬冷地區(qū)大體量居住建筑節(jié)能減排是建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的重要途徑[10]。為此，該區(qū)域相關(guān)政府應(yīng)當(dāng)出臺相關(guān)激勵(lì)政策，一方面引導(dǎo)社會(huì)積極參與近零能耗建筑的設(shè)計(jì)改造，另一方面引導(dǎo)相關(guān)行業(yè)加強(qiáng)對近零能耗建筑建材性能的提升研究。近零能耗建筑在夏熱冬冷地區(qū)的推廣建設(shè)，將為我國可持續(xù)發(fā)展及節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)作出積極貢獻(xiàn)。