內(nèi)容來源:   綠建節(jié)能方向標(biāo)

隨著對可持續(xù)生活方式的需求增加，很多城市正試圖找到創(chuàng)建環(huán)境友好型社區(qū)的策略。從被動設(shè)計到回收材料，建筑師正把注意力轉(zhuǎn)向氣候變化，并試圖通過建筑和設(shè)計找到解決方案。

到2050年，世界上的每一棟建筑——每一個家庭、辦公室、學(xué)校、工廠——都需要實現(xiàn)零碳排放，以將全球氣溫保持在2攝氏度以下。

城市占全球二氧化碳排放量的70%以上。其中一半的排放量來自建筑物中消耗的照明、電力、供暖和制冷能量。此外，新興經(jīng)濟(jì)體的城市將占多數(shù)，并導(dǎo)致到2030年全球能源使用的繼續(xù)增長。

這遠(yuǎn)比綠色發(fā)電甚至交通運(yùn)輸更具挑戰(zhàn)性。世界上估計有數(shù)以千億級平方的建筑，但是都不是凈零碳建筑，碳排放量很大。為了改變這種狀況，2019年9月在“2019年聯(lián)合國氣候行動峰會”上與會國家發(fā)起了一項名為“人人零碳建筑”的多伙伴全球倡議。包括肯尼亞、土耳其、阿拉伯聯(lián)合酋長國和聯(lián)合王國在內(nèi)的參與國承諾實施國家和地方政策，到2030年使所有新建筑實現(xiàn)零碳排放，到2050年使所有現(xiàn)有建筑實現(xiàn)零碳排放。

去年世界綠色建筑理事會世界銀行發(fā)起了一項類似的獲得，名為凈零碳建筑承諾，針對的是企業(yè)、房地產(chǎn)開發(fā)商、城市和目標(biāo)相同的地區(qū)。

什么是零碳建筑(ZCB)？

零碳之路

減少建筑運(yùn)行產(chǎn)生的碳排放有明顯的必要性。然而，我們目前沒有實現(xiàn)任何顯著的同比削減成績，除非體現(xiàn)了新標(biāo)準(zhǔn)、激勵和懲罰的新政策到位，否則我們不太可能實現(xiàn)這一目標(biāo)。

為我們的新住房設(shè)定零碳目標(biāo)將是實現(xiàn)真正減排的一個明確而大膽的步驟，許多城市和地區(qū)正在朝著這個目標(biāo)前進(jìn)。

檢查來自能源性能證書的數(shù)據(jù)以及來自真實建筑的監(jiān)測數(shù)據(jù)，我們可以指導(dǎo)，采用凈零排放方法存在三個問題:

1. 預(yù)測的熱能需求和實際能源使用之間存在性能差距

2. 能源需求(冬季供暖)和可再生能源發(fā)電(夏季太陽能光伏發(fā)電和秋冬風(fēng)能發(fā)電)之間存在季節(jié)性差異。這表明需要跨季節(jié)儲能，這會導(dǎo)致儲能損失

3. 通過國家電網(wǎng)可以部署和管理的可再生能源數(shù)量是有限的

由于這些問題，一個名義上的零碳家庭不會有CO2排放，但實際仍會每年排放18公斤CO2/平方米，英國平均68平方米的新家需要28塊太陽能電池板才能實現(xiàn)零凈運(yùn)營碳排放，這個需求面積是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其可用的屋頂空間。

從國家層面推斷，這種零碳模式是不可實現(xiàn)的，因為增加電網(wǎng)容量、存儲容量以及支持這一模式所需的可再生能源發(fā)電的空間和成本是不可實現(xiàn)的。

相比之下，相同面積的被動房只需要14塊太陽能電池板，這大大降低了電網(wǎng)和存儲增強(qiáng)的需求，所需的可再生能源發(fā)電能力減半即能滿足。因此，通過被動式策略優(yōu)先的方法來減少熱能需求是實現(xiàn)零碳家庭的唯一可行方法。

如果這種零碳策略從單個建筑擴(kuò)展到國家層面，那么如果我們新家的外圍護(hù)節(jié)能效率水平提高到被動房的水平，實現(xiàn)凈零運(yùn)營碳建筑環(huán)境是可能的。

建筑需要能量來為居住者提供一個可居住的環(huán)境，如前表所述。雖然我們可以采取措施提高能源使用效率，但我們永遠(yuǎn)無法將實際使用量降至零。因此，為了實現(xiàn)零排放，我們需要能夠用來自可再生能源的電量來抵消我們的實際能源使用。這似乎使零碳的定義變得簡單明了——所有受監(jiān)管和不受監(jiān)管的能源都必須由可再生能源來抵消。

然而，我們使用多少碳也與我們使用什么類型的能源以及這些能源是如何產(chǎn)生的有關(guān)。英國的國家戰(zhàn)略是通過引入更多可再生能源來實現(xiàn)“脫碳”電網(wǎng)。這已經(jīng)產(chǎn)生了重大影響，目前0.519千克二氧化碳/千瓦時的電網(wǎng)排放系數(shù)將從2020年開始降至0.233千克二氧化碳/千瓦時。這幾乎相當(dāng)于天然氣的排放水平（0.21千克二氧化碳/千瓦時）。

與直接用電相比，使用熱泵將使供暖和熱水的實際耗電量至少減少一半。因此，似乎簡單地從燃?xì)廪D(zhuǎn)換到熱泵來利用電網(wǎng)脫碳本身就能顯著減少排放。這是否足以讓我們接近零碳？

下圖顯示了根據(jù)建筑法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)10.0建造的一棟68平方米的房屋的年能源需求明細(xì)，該房屋首先使用燃?xì)忮仩t進(jìn)行供暖和熱水(當(dāng)前情況)，然后使用空氣源熱泵對同一棟房屋應(yīng)用2020年排放系數(shù)。這些要求與16塊太陽能電池板的發(fā)電量相抵觸。

我們說的是碳還是能源？

當(dāng)然，我們的目標(biāo)必須是減少碳排放，但單純關(guān)注排放而不考慮能效可能會導(dǎo)致不合理的決策。隨著與不同能源相關(guān)的碳排放因子的變化，建筑產(chǎn)生的碳排放會隨著時間而變化。隨著供應(yīng)國家電網(wǎng)的能源的變化，這些可以在長期(幾年)或短期(幾小時)內(nèi)變化。所采用的建筑服務(wù)類型也對最終排放水平有重大影響，因此在建筑壽命期間，升級和更換各種建筑服務(wù)系統(tǒng)將改變與建筑用途相關(guān)的碳排放量。因此，準(zhǔn)確測量和預(yù)測碳使用變得復(fù)雜，并且基于幾個假設(shè)——隨著我們展望未來，這些假設(shè)變得越來越不可靠。

相比之下，一棟建筑的能源需求在其整個生命周期中是相對一致的，最顯著的變化是由居住習(xí)慣和氣候造成的。如果建筑的能源需求首先被最小化，那么隨后由減少的碳因子產(chǎn)生的排放的減少是一個受歡迎的獎勵。出于這些原因，本分析將重點關(guān)注作為主要衡量標(biāo)準(zhǔn)的能源使用情況，但在適當(dāng)?shù)那闆r下會將其與碳排放聯(lián)系起來。

新建零碳建筑的設(shè)計策略

ZCB的關(guān)鍵是所謂的深層能源效率。這是一個整體建筑的方法，設(shè)計和建筑，建筑材料，包括保溫和窗戶，加熱與冷卻系統(tǒng)，電力和空氣交換設(shè)備都集成在一起，以減少50%到75%的能源使用，甚至更多。

• 1. 利用建筑物的設(shè)計來最大限度地利用自然光。
• 2. 安裝遮陽設(shè)施，減少夏季的太陽熱量，并在冬季最大限度地利用太陽能。
• 3. 在建筑周圍創(chuàng)建一個新的高性能氣密外圍護(hù)，在不可能的地方，升級現(xiàn)有的密閉系統(tǒng)。
• 4. 增加和改善建筑物墻壁、地板和屋頂?shù)母魺嵝阅堋?/span>
• 5. 減少整個建筑的熱橋。
• 6. 通過安裝三層或真空玻璃，優(yōu)先考慮朝北和暴露的立面，最大限度地減少通過窗戶的熱量損失。
• 7. 安裝一個機(jī)械通風(fēng)熱量回收(MVHR)系統(tǒng)，以確保用戶舒適，減少熱量損失。
• 8. 確保所有需要的照明都由發(fā)光二極管提供。
• 9. 確保所有的燈都由被動紅外傳感器控制
• 10. 將太陽能光伏和太陽能熱能安裝到合適的立面和朝南的屋頂上。
• 11. 利用SMART節(jié)能控件。
• 12. 拆除燃?xì)忮仩t，使用空氣或地源熱泵加熱建筑物。在不可能的地方，安裝帶有煙氣熱回收裝置的高效鍋爐。
• 13. 拆下燃?xì)馄骶?，換上電。
• 14. 安裝智能化顯示屏幕，使能源使用可視化，并鼓勵居住者改變行為。
• 15. 通過選擇材料、技術(shù)和翻新方式，減少翻新的碳含量。
• 16. 翻新現(xiàn)有家具，并確保所有新家具都是高質(zhì)量的，建造時間超過2036年，并且易于內(nèi)部維護(hù)。
• 17. 安裝并利用雨水收集。
• 18. 安裝綠色屋頂或無障礙屋頂花園。
• 19. 在住宅建筑中，將建筑設(shè)計成公共空間。僅在公共空間提供電視和娛樂，以減少能源需求。
• 20. 安裝收集動能的健身設(shè)備，并利用它為建筑提供動力。
• 21. 確保至少一年的高質(zhì)量使用后評估

建筑翻新設(shè)計策略

針對現(xiàn)有建筑的類似方法被稱為“深層能源改造”。在既有住宅中，這種改造可能包括:

• 1. 在可能的情況下，利用建筑的設(shè)計來最大限度地利用自然光。
• 2. 在建筑周圍創(chuàng)建一個新的高性能密閉外圍護(hù)，如果不可能，升級現(xiàn)有的圍護(hù)體系，同時保持其密閉性。
• 3. 增加和改善建筑物的墻壁、地板和屋頂?shù)谋亍?/span>
• 4. 減少整個建筑的熱橋。
• 5. 通過安裝三層、雙層或真空玻璃將窗戶的熱量損失降至最低。可能拆除原來的窗戶，然后用二次玻璃進(jìn)行重建。
• 6. 安裝機(jī)械通風(fēng)熱回收系統(tǒng)(MVHR)。
• 7. 確保所有需要的照明都由發(fā)光二極管提供。
• 8. 確保所有的燈都由被動紅外傳感器操作。
• 9. 拆除燃?xì)忮仩t，使用地源或空氣源熱泵加熱建筑物。在不可能的地方，安裝帶有煙氣熱回收裝置的高效鍋爐。
• 10. 盡可能利用太陽能光伏和太陽能熱能。如有必要，藏在外墻后面，以保持建筑的外部美感。
• 11. 安裝蓄電池。
• 12. 利用SMART控件。
• 13. 安裝可視化智能屏幕，向用戶展示能源使用情況，以鼓勵行為改變。
• 14. 通過選擇材料、技術(shù)和翻新方式，減少翻新的碳含量。
• 15. 翻新現(xiàn)有家具，并確保所有新家具都是高質(zhì)量的，使用可持續(xù)來源的材料建造至2036年，并且易于內(nèi)部維護(hù)。
• 16. 安裝并利用雨水收集。
• 17. 在可能的情況下，建造無障礙的屋頂花園或綠色屋頂。
• 18. 在住宅建筑中，將建筑設(shè)計成公共空間。僅在公共空間提供電視和娛樂，以減少能源需求。
• 19. 確保至少一年的高質(zhì)量使用后評估。

案例

紐約市的標(biāo)志性建筑帝國大廈2009年進(jìn)行了深度能源改造，減少了近40%的能源使用，每年節(jié)省440萬美元的能源成本。八個簡單的節(jié)能措施，精心的協(xié)調(diào)實施措施，只用了三年的資金回收就能支付翻新費用。

要想在2050年前讓所有建筑都實現(xiàn)零凈值，就需要大幅增加翻新建筑的數(shù)量。根據(jù)全球建筑和建設(shè)聯(lián)盟的數(shù)據(jù)，目前每年只有不到1%的現(xiàn)有建筑進(jìn)行任何類型的翻新。為了達(dá)到2050年的目標(biāo)，這需要每年至少增加3%。

'建筑是最大的被忽視的氣候問題，”斯圖爾特說，“我們需要使用整個系統(tǒng)的思維，讓從機(jī)械工程師到建筑師到交易人員和建筑居住者的每個人一起工作來解決這個問題。'

• 通過使用補(bǔ)償或現(xiàn)場可再生能源的凈出口，當(dāng)一個建筑的產(chǎn)品和施工階段到實際完工的碳排放量為零或負(fù)值時。

• 當(dāng)每年與建筑運(yùn)行能源相關(guān)的碳排放量為零或負(fù)值時。一個凈零碳建筑是高能效的，由現(xiàn)場和/或場外可再生能源提供動力，并有任何剩余的碳平衡補(bǔ)償。

• 當(dāng)一個建筑在其整個生命周期內(nèi)，包括其處置過程中，與建筑的具體影響和運(yùn)營影響相關(guān)的碳排放量為零或為負(fù)值時。

零碳建筑的十大基本優(yōu)勢

• 1. 運(yùn)行成本為零的經(jīng)濟(jì)實惠的建筑——超低的生命周期成本
• 2. 氣密結(jié)構(gòu)優(yōu)異
• 3. 集成太陽能光伏屋頂?shù)那鍧嵞茉瓷a(chǎn)和收入
• 4. 多項獲獎設(shè)計
• 4. 符合ESFA設(shè)計和布局規(guī)范。
• 5. 負(fù)碳排放資產(chǎn)評級
• 6. 出色的隔熱性能，最大限度減少熱量損失
• 7.快速施工——在建筑場地上花費的時間非常少
• 8. 最先進(jìn)的節(jié)能供暖和制冷每年運(yùn)行成本僅為5英鎊/平方米
• 9. 能源零運(yùn)行成本。
• 10. 顯著降低維護(hù)成本。