双路径推进，让建筑更节能

科技日报记者 陈曦

(资料图片仅供参考)

外立面和屋顶巧妙布设光伏板发电，中庭双侧采光利用太阳光节省照明耗电，错半层楼梯设计鼓励员工多步行、少乘梯，还有“智慧大脑”平台运维全楼机电设备……日前，长三角一体化绿色科技示范楼建成投用。这幢总建筑面积近1.2万平方米的现代化办公楼，被中国建筑节能协会评为零能耗建筑，是上海市最大的单体零能耗建筑。

建筑领域是全球能源消耗和碳排放的主要领域之一，《中国建筑能耗与碳排放研究报告（2021）》显示，2019年我国建筑全过程能耗占全国能源消费总量的比例达到46%。为了实现“双碳”目标，建筑领域积极探索适合中国的零能耗建筑发展之路。

近零能耗建筑如何实现

2019年，住房和城乡建设部发布了国家标准《近零能耗建筑技术标准》，对近零能耗建筑进行了定义。近零能耗建筑即适应气候特征和场地条件，通过被动式建筑设计最大幅度降低建筑供暖、空调、照明需求，通过主动技术措施最大幅度提高能源设备与系统效率，充分利用可再生能源，以最少的能源消耗提供舒适室内环境，且其室内环境参数和能效指标符合该标准规定的建筑。

其中，超低能耗建筑是近零能耗建筑的初级表现形式，零能耗建筑是近零能耗建筑的高级表现形式。

“我国的近零能耗建筑的技术标准在一定程度上借鉴了德国的‘被动房’，并较之更为严格、标准更高。”天津大学建筑学院教授杨崴介绍，1991年，德国达姆施达特市的一栋别墅成为第一座采用“被动房”概念进行设计施工的建筑，发展至今，“被动房”已成为具有全球影响力的超低能耗建筑技术体系和标准。

我国地域广阔，各地区气候差异大，经济发展水平和室内环境标准有待提升，建筑特点、建筑技术和产业水平以及人们生活习惯并不相同。因此中国近零能耗建筑标准更为复杂、也更为细致。

“比如中国分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区等五个热分工区，每个热分工区的能耗指标各不相同，其中包括年供暖需求、年供冷需求以及年供暖供冷和照明一次能源消耗量等。”杨崴说。

虽然各热分工区、不同类型建筑的近零能耗建筑标准不一样，但最基础的技术主要是5方面：保温隔热性能更高的围护结构；保温隔热性能和气密性能更好的外门窗；建筑整体的高气密性；高效的能源设备系统；无热桥的设计与施工。

天津大学建筑学院副教授杨鸿玮介绍，为满足近零能耗建筑标准，这些方面的技术会导致建筑成本一定程度的增加，实施起来难度也比普通建筑要高。

“比如建筑的气密性，对能耗的影响非常大。安装气密性能更好的外窗，首先需要选择和普通建筑不同的产品，成本自然也会高。”杨鸿玮说，同时三分产品，七分安装，如果安装时漏缝，再好的产品也无法达到规范中每小时的换气次数的气密性标准。这就对施工人员的技术水平提出了更高要求。

“在建筑使用过程中，需要优化使用行为和设备运行来降低能源消耗。”杨崴举例，比如设备的开启关闭时间的设置，功率的设置以及储能设备的使用等，都可以通过智慧运维系统进行统筹调度，使能源使用效率更高。除了对人们的使用行为进行引导，还可通过智慧能源管理系统辅助提高人们的节能意识，并在满足使用需求的同时实现节能。比如通过传感器，感知温度、湿度、亮度等，在降低能耗的同时，提供最为舒适的环境。

处于试点到推广过渡期

在网络上搜索“近零能耗建筑技术标准”字样，会出现多个省市的标准。在国家标准的大框架下，全国各地正在探索适合自身的近零能耗建筑模式。

“目前我国的近零能耗建筑正处于试点到推广的过渡期。已经建成的近零能耗建筑基本都是个例，零星地出现，并没有大规模地推广。”杨崴说。

“其实单纯从技术层面来看，目前我国的技术完全可以实现近零能耗建筑甚至是零能耗建筑的建造。”杨崴举例，像天津大学获得第三届中国国际太阳能十项全能竞赛冠军的零碳建筑作品“RCELLS”，集成了建筑设计、结构和构造、设备系统、可再生能源系统、智慧控制等多项创新，并采用了可扩展、可定制的模块化设计，能够在更大范围内推广。

经济的可行性是未来近零能耗建筑可否被推广的重要因素之一。“近零能耗建筑属于比较高科技的建筑，建材、施工成本都比普通建筑更高。而相关产品和技术的成熟度在很大程度上决定了其成本以及市场的接受度。”杨崴说。

在充分利用可再生能源方面，我国目前电网的绿电比率并不是很高。如果建筑自身安装光伏，由于城市建筑密度高、规模大，屋顶面积相对有限，其自身可再生能源利用率会受到一定制约。因此，城乡结合，促进绿色发电和储能规模的提升也有助于近零能耗建筑的推广。

此外，在建筑行业里，隐含碳排放和运行碳排放大约各占其全过程碳排放的一半。隐含碳排放主要来自材料开采和加工、构件生产、建筑施工和运输等环节，而运行碳排放则是在建筑使用过程产生的。通过提高建筑及建筑构件寿命、发展节材和环保建材等技术，可以从全生命周期促进建筑领域节能减排，助力碳中和目标的实现。

既有建筑近零能耗改造更重要

除了新建近零能耗建筑外，对目前既有建筑进行近零能耗改造、推广使用的需求似乎更为迫切，也更为“接地气”。

截至目前，我国城乡既有建筑面积达到660亿平方米。“新建建筑市场日趋饱和，同时大规模的既有建筑急需提高能效，因此提升改造已有建筑，非常重要并且必要。”杨崴认为。

“目前对既有建筑进行近零能耗改造、推广的难点主要来自三方面。”杨鸿玮介绍，首先既有建筑改造的限制条件更多，不如新建建筑发挥空间大。比如需要增加一些技术，但是空间不够，需要替换一些材料，但施工条件不能满足。其次是在成本控制方面更加严格，对于甲方来说，对既有建筑进行改造，更看重性价比和时间成本。对于既有建筑的改造要先诊断能耗高的原因再出方案，要把钱花到刀刃上，看到更大效益。第三是社会化问题更多，既有住宅建筑的改造需要征求所有业主的同意，涉及民意协调。

杨崴认为，对既有建筑进行近零能耗改造、推广虽然难度不小，但也并非无计可施。“可以通过‘自上而下’和‘自下而上’两方面推进。”杨崴解释，“自上而下”就是在顶层设计方面，政府进行主导，制定总体目标，制定国家、地方的相关政策、法规等，并通过行政和激励措施推广执行。

比如，2021年，我国发布了编号为GB55015-2021的《建筑节能与可再生能源利用通用规范》国家标准，该规范为强制性工程建设规范，提出很高的节能要求，要求新建的所有建筑节能率要达到一定标准。“未来对既有建筑节能改造也可以出台专门的强制性工程建筑规范，从而加快改造工作的推进。”杨崴说。

此外，相关国家政府部门、研究机构和国企也把既有建筑的（近）零能耗改造和推广作为重要课题进行研究，并开展示范工程建设。

与此同时，还可以通过“自下而上”的方式，例如，对于住宅建筑，可以根据业主需求进行个性化定制的微改造。比如住户可以在自家内墙增加保温层，更换三玻两空的窗户， 建立热量稳定平衡的小环境，达到降低家庭能耗的目的。