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              看國外是如何做超低能耗建筑

              人氣:發表時間:2020-07-20
              由于“零能耗建筑”在實現上還較為困難且成本較高,歐洲目前公認的更加廣泛的可實施的為“超低能耗建筑”(Nearly Zero-energy Buildings)。

              對于“超低能耗建筑”,各國定義不同,如德國的“被動房”(Passive House,也翻譯為微能耗建筑、零能耗建筑),指在滿足規范要求的舒適度和健康標準的前提下,全年供暖通風空調系統的能耗在0-15千瓦時/(平方米·年)的范圍內、建筑物總能耗低于120千瓦時/(平方米·年)的建筑;瑞士的“近零能耗房”(Minergie,也稱迷你能耗房,或迷你能耗標準),要求按此標準建造的建筑其總體能耗不高于常規建筑的75%,化石燃料消耗低于常規建筑的50%;意大利的“氣候房”(Climate House,Casaclima),指全年供暖通風空調系統的能耗在30千瓦時/(平方米·年)以下的建筑。

              總之,“超低能耗建筑”一詞及相關定義從最早提出,到被各國科研界廣泛重視、國際組織試圖通過國際合作對其進行統一定義,經歷了30余年的發展過程。隨著太陽能供熱技術、太陽能光電技術、建筑蓄能技術、區域蓄能技術、能源管理系統等技術的不斷升級,定義的內涵和外延也在不斷變化。

              近些年,隨著氣候變化和低碳發展的概念深入人心,一些國家提出了“超低/零能耗建筑”的中長期發展目標、技術路線等政策法規文件。主要經濟體通過相關項目的設置和推廣逐步推進“超低/零能耗建筑”相關工作。

              01
              德國
              被動房的定義為“被動房是一個節能、舒適的建筑節能標準,比既有建筑節能90%以上,比新建建筑節能75%以上;利用高性能圍護結構、太陽得熱、熱回收等技術使建筑不再需要傳統的供熱系統,并通過通風系統供應持續的新風”。

              從定義可以看出,被動房通過采用高性能的圍護結構將建筑熱需求降低,僅需充分利用太陽能和室內的得熱即可解決冬季供暖問題。同時通過采用高效熱回收系統的新風系統向室內提供清潔的新鮮空氣,營造良好舒適的室內環境。即使在極端寒冷的前期下,被動房僅需要使用很少的輔助能源就能滿足室內舒適度要求??梢钥闯霰粍臃恐饕塾诮鉀Q冬季供暖問題,所應用技術也以解決供暖為主,對應用在夏季需要主動供冷的地區的研究較少。

              德國被動房的概念最早源于瑞典隆德大學的Bo Adamson(1986年)參加中瑞合作項目工作時,為改善我國長江流域室內建筑環境惡劣的現狀提出的解決方案。1988年被動房概念首次被提出,1991年第一棟被動房在德國達姆施塔特被建造,經歷了20多年的發展,德國被動房已經成為具有完備技術體系的自愿性超低能耗建筑標準。目前,已經有60000多棟的房屋按照被動房標準建造,其中有約30000棟建筑獲得了被動房的認證,主要以住宅為主,也涵蓋辦公、學校、酒店等類型的建筑。

              德國被動房研究所(Passive House institute, PHI)是被動房研究和認證的權威機構。德國被動房的認證要求簡潔凝練,其認證的要求為:

              供暖能耗:供暖能耗≤15千瓦時/(平方米·年)或熱負荷≤10瓦/平方米;當采用空調時,對供冷能耗的要求與供暖能耗一致;
              建筑一次能源用量≤120千瓦時/(平方米·年);
              氣密性必須滿足N50≤0.6(注:即在室內外壓差50帕的條件下,每小時的換氣次數不得超過0.6次);
              超溫頻率≤10%(注:超溫頻率定義為全年室內溫度高于25攝氏度的小時數與全年時間的比值)。被動房認證中僅需要對建筑氣密性進行實際測試,其他參數僅通過計算即可,因此被動房并不對建筑實際能源消耗進行要求。

              PHI還對被建筑材料、建筑設備、認證工程師、設計單位、施工單位進行了認證。保證了被動房認證結果的可靠性和權威性。德國被動房標準體系作為被動超低能耗建筑標準體系中最為成熟的一員,在世界范圍內受到極大的關注,很多國家都學習和參考德國被動房體系開展適用于本國特色的建筑標準體系的研發和推廣。
              02
              丹麥

              由于對全球變暖的擔憂和對長期能源供應安全的渴求,上世紀90年代,丹麥政府提出“到2050年丹麥將成為化石能源零依賴的國家”。建筑節能被作為實現這一目標的核心手段,丹麥通過提出嚴格的建筑節能要求,加強對既有建筑改造,稅收政策調控等政策措施,建筑能耗大幅下降。

              近年來丹麥政府通過不斷提高建筑節能標準要求,推進超低能耗建筑的普及,開展建筑節能工作。2000年丹麥也引入了被動房的理念,被動房的認證參考了德國被動房的標準和指標,認證由德國被動房研究所的合作單位——丹麥被動房研究所負責。

              03
              瑞典

              瑞典政府通過支持研究機構推廣超低能耗建筑。Minergie是由瑞典政府支持的一系列超低能耗建筑技術標準。1994年Minergie的理念被提出,同年兩棟示范建筑完成。1997年Minergie理念獲得瑞典政府的認可。2001年參照德國被動房技術體系的Minergie-P標準發布。

              截止到2009年,約有15000棟建筑獲得了Minergie認證。Minergie標準體系由Minergie、Minergie-p、Minergie-A和Minergie-ECO等組成。其中Minergie-p標準是在德國被動房技術標準上進行了適當的調整以適合瑞典的氣候條件和國情的被動式超低能耗建筑標準,Minergie-P相比于德國被動房標準,對不同類型建筑的供暖能量需求分別做了詳細規定,并對增量成本及熱舒適做了規定。

              瑞典于2012年9月27日頒布了《瑞典零能耗與被動屋低能耗住宅規范》,這是目前為止世界上第一部也是唯一的被動房屋的規范。該規范中提出的主要指標如下表所示:
                
              瑞典被動房屋指標

              04
              美國

              美國能源部建筑技術項目在《建筑技術項目2008-2012規劃》中提出,建筑節能發展的戰略目標是使“零能耗住宅”(Zero Energy home)在2020年達到市場可行,使“零能耗住宅”(Zero Energy home)在2025年可商業化。

              “零能耗住宅”指通過與可再生能源發電發熱系統連接,建筑物每年產生的能量與消耗的能量達到平衡的低層居住建筑。“零能耗建筑”既包括“零能耗住宅”,又包括中高層居住建筑和公共建筑。其技術路線為使用更加高效的建筑圍護結構、建筑能源系統和家用電器,使建筑物的全年能耗降低為目前的30%左右,再由可再生能源對其供能。

              2007年12月,美國通過《能源安全與獨立法案》(Energy Security and Independence Act,ESIA)提出“凈零能耗公共建筑”(Zero-net-energy Commercial Building),在ESIA第422節(a)(3)中其定義為:良好設計、建造和運行的高性能公共建筑,可以最大限度的降低能源需求,使用不產生溫室氣體的能源供能即可達到能量供需平衡,且不對外界排放溫室氣體,經濟可行。

              通過推動“凈零能耗公共建筑倡議”(Zero-Net-Energy Commercial Buildings Initiative),到2030年,所有新建公共建筑達到凈零能耗狀態;到2040年,50%的公共建筑達到零能耗;2050年,所有美國公共建筑達到凈零能耗。

              2008年10月,美國國家科學技術學會(National Science and Technology Council,NSTC)建筑技術研發分委會代表美國能源部、商務部、國防部等十余個國家部委和總統辦公室、國家科學基金、國家可再生能源實驗室、橡樹嶺國家實驗室、西北太平洋國家實驗室、勞倫斯伯克利國家實驗室等成員提出《聯邦零能耗高性能綠色建筑研究發展規劃》,NSTC指出美國聯邦政府在綠色建筑領域的科技資金支持約為1.93億美元/年,只占聯邦科研資金的0.2%,還需要進一步增加科研投入。

              NSTC提出為了進一步推動零能耗高性能綠色建筑,美國應在建筑節能、節水、節材、提升室內環境、能耗預測與檢測、支撐工具研發6大領域開展的14項優先工作,也提出了美國邁向零能耗建筑的路徑,即通過節能技術將建筑終端用能降低60%-70%,用太陽能滿足剩余的30%-40%能源需求。

              美國在2008年提出了“零能耗公共建筑發端計劃”,要求在2030年所有新建公共建筑、2040年既有公共建筑的50%要完成零能耗化的技術改造。為了加快零能耗建筑的發展,美國正在積極地進行著既有建筑物的節能改造。 
              05
              歐盟

              歐洲以德國被動房研究中心(PHI)等為例,已經形成了體系化、規?;谋粍邮浇ㄖ藴屎驼J證體系。

              歐盟于2010年7月9日發布的《建筑能效指令》(修訂版)(Energy Performance of Building Directive recast,EPBD)在歐盟內部影響力巨大,它要求各成員國應確保在2018年12月31日后,所有的政府擁有或使用的建筑應達到“超低能耗建筑”,在2020年12月31日前,所有新建建筑達到“超低能耗建筑”(Nearly Zero-energy Buildings)。

              《建筑能效指令》定義零能耗建筑為“具有非常高的能效”的建筑,《指令》還要求“超低能耗建筑”能耗表達單位應使用千瓦時/(平方米·年)。歐洲暖通學會聯合會(REHVA)的JarekKurnitski等專家將“超低能耗建筑”進一步定義為:以各國實際情況為基礎,在充分考慮節能技術成本效益比的前提下,其一次能耗大于0千瓦時/(平方米·年)的建筑。

              歐盟專家還對零能耗計算的邊界范圍、一次能源轉換系數、是否應考慮區域供熱供冷等系統、是否應考慮電器使用能耗進行了探討研究。雖然歐盟各國對“超低能耗建筑”定義和技術路徑都不同,但大多數國家還是給出了相對明晰的發展目標,發展目標主要針對新建建筑,具體見下表:
               
              部分歐洲國家“超低能耗建筑”發展目標

              06
              英國

              2006年12月,英國政府宣布所有政府出資的新建建筑應在2016年達到零碳排放標準。2007年,英國可再生能源建議委員會向英國可再生能源學會提交報告,提出:真正的“零碳居住建筑”(Zero-Carbon Home)應無需電網輸入能源且不對大氣排放CO2,其供暖需求應通過建筑設計降至最低并通過可再生燃料和技術滿足,其電力需求也應降至最低并通過可再生能源發電滿足。

              2007年,英國政府引入由英國建筑科學研究院(BRE)建立的《可持續家庭評價標準》(Code for Sustainable Homes Rating),此評價標準的9個核心指標之一為能源使用與碳排放。

              后續版本的《可持續家庭技術導則標準》(Code for Sustainable Homes Technical Guide)將“零碳居住建筑”定義為:居住建筑中所有能源消耗產生的凈CO2排放為零或更低,其熱損失系數(Heat Loss Parameter,綜合考慮了墻體、窗戶、氣密性和建筑設計等因素)應為0.8 瓦/(平方米·開)或更低,以年為計量單位下,其家用電器和炊事排放CO2應為0,能源消耗計算應包括供冷供熱、熱水系統、通風、室內照明、炊事和所有家用電器。

              由于英國政府對“零碳居住建筑”有補貼,其土地印花稅的文件中也對“零碳居住建筑”進行了更加詳細的定義,定義基本和《可持續家庭技術導則標準》一致,但有兩條有細微區別:(1)要求建筑物供暖負荷低于15千瓦時/(平方米·年),(2)需要計算非建筑影響能耗。

              英國建造的零能耗建筑的示范住宅——創新公園,旨在推動零能耗建筑的發展。政府積極推進相關的標識評價制度,并對零能耗居住建筑給予補貼。
              07
              韓國

              韓國政府考慮到目前的其國家的經濟技術水平,零能耗建筑的推廣實施不能一蹴而就,而越早開始提升建筑能效,碳排放降低越大。為此,韓國制定了詳細的階段性發展目標,逐步實現零能耗建筑。

              2009年7月6日,韓國政府發表了“綠色增長國家戰略及五年計劃”,針對零能耗建筑目標做出三步規劃:

              到2012年,實現低能耗建筑目標,建筑制冷/供暖能耗降低50%;
              到2017年,實現被動房建筑目標,建筑制冷/供暖能耗降低80%;
              到2025年,全面實現零能耗建筑目標,建筑能耗基本實現供需平衡。

              韓國國土交通部聯合其它六部委于2014年7月17日頒布了《應對氣候變化的零能耗建筑行動計劃》。該計劃制定了韓國零能耗建筑的推廣策略,并制定了詳細的階段性發展目標,分析了零能耗建筑推廣的主要困難,制定了相應的促進政策和激勵措施。同時,對參與計劃的國土交通部及其他部委作了明確分工,確保項目順利實施。

              08
              日本

              日本于2009年提出加速發展零能耗,在2010年的能源基本計劃中提出到2020年新建公共建筑全部達到零能耗建筑標準,到2030年全部新建建筑物整體上平均實現零能耗。同時,強化節能標準,加大資金力度,以政策和稅收激勵制度鼓勵發展零能耗建筑。

              09
              中國

              超低能耗建筑、乃至零能耗建筑相關技術是全球目前建筑節能發展的重要方向,通過提高建筑圍護結構的性能,被動優先,主動優化,降低建筑的能耗。發展被動式超低能耗建筑是促進資源綜合利用,建設節約型社會,發展循環經濟的必然要求;是節約能源,保障國家能源安全的關鍵環節;被動式超低能耗建筑勢必將引領下一步建筑節能的發展,以及新一代綠色建筑技術的提升。

              我國也在積極探索適合我國國情的零能耗建筑發展路線,其中超低能耗建筑和被動式超低能耗建筑是我國建筑節能發展的必經階段。

              2002年開始的中瑞超低能耗建筑合作,2010年上海世博會的英國零碳館和德國漢堡之家是我國建筑邁向更低能耗的初步探索。2011年起,在中國住房和城鄉建設部與德國聯邦交通、建設及城市發展部的支持下,住房城鄉建設部科技發展促進中心與德國能源署引進德國建筑節能技術,建設了河北秦皇島在水一方、黑龍江哈爾濱溪樹庭院、河北省建筑科技研發中心科研辦公樓等建筑節能示范工程。

              2013年起,中美清潔能源聯合研究中心建筑節能工作組開展了近零能耗建筑、零能耗建筑節能技術領域的研究與合作,建造完成中國建筑科學研究院近零能耗示范建筑、珠海興業近零能耗示范建筑等示范工程,取得了非常好的節能效果和廣泛的社會影響。

              2016年發布的《中國超低/近零能耗建筑最佳實踐案例集》,對我國開展超低/近零能耗建筑工程項目的技術方案、施工工法以及運行效果加以總結、梳理和提煉。為了建立符合中國國情的超低能耗建筑技術及標準體系,并與我國綠色建筑發展戰略相結合,更好地指導超低能耗建筑和綠色建筑的推廣,受住房和城鄉建設部委托,中國建筑科學研究院在充分借鑒國外被動式超低能耗建筑建設經驗并結合我國工程實踐的基礎上,編制了《被動式超低能耗綠色建筑技術導則(試行)》,并于2015年11月發布。
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