零能耗建筑

源起

最早由丹麥的Esbensen教授在進行太陽能利用試驗時提出，Esbensen教授以丹麥的一棟居住建筑（如下圖）做研究對象，對建筑外圍護結構的保溫層進行節(jié)能處理，首次采用了太陽能集熱器以及具有良好保溫性能的蓄水池。

貝丁頓零能耗生態(tài)建筑

經(jīng)過上述改造后，建筑能耗量大幅度降低，因此Esbensen教授認為，在建筑節(jié)能設計中，只要采用合理的建筑節(jié)能技術，配備先進的節(jié)能裝置，并充分利用太陽能能源，建筑就可以達到摒棄其他能源供應的理想狀態(tài)，這一狀態(tài)的建筑被稱為“零能耗建筑”。

各國定義

但是，現(xiàn)代科技受到各種限制 ，在實際工程中，理想的“零能耗建筑”比較難實現(xiàn)。目前，近零能耗建筑可行性比較高。在全球范圍內(nèi)，各個國家和地區(qū)的“近零能耗建筑”又各不盡相同，較為著名的當屬德國的“被動房”。被動房在滿足舒適度要求和保證人體健康的前提下，建筑能耗極低，其全年的空調(diào)系統(tǒng)耗能在0~15kWh/(㎡a)的范圍內(nèi)，而建筑總能耗低于120kWh/(㎡a)。

世界各國對“零能耗建筑”的定義和評價標準

考慮到歐美國家的建筑特點，“零能耗建筑”主要針對三層以下的低矮建筑。這類建筑的能耗計算主要考慮了建筑冬季供暖、夏季供冷所需能耗，而很少能夠考慮建筑家用電器與照明的能耗。

物理邊界劃分

目前國際大多數(shù)國家以單棟建筑為計算對象，根據(jù)是否與電網(wǎng)連接，將“零能耗建筑”分為：

• 上網(wǎng)零能耗建筑：電網(wǎng)輸送的能量和建筑物產(chǎn)生的能量達到平衡，計算期內(nèi)電表的讀數(shù)為零；
  

• 網(wǎng)下零能耗建筑：可再生能源供應產(chǎn)生的能量與建筑物需要能量平衡，又稱為“無源建筑”。

“零能耗建筑”計算邊界示意圖

能耗計算范圍

根據(jù)建筑節(jié)能設計標準設定，與建筑物相關的能耗包括供暖、供冷、通風、照明、熱水使用等方面，然而這并不包括一些與用戶關聯(lián)度較大的能耗。例如插座負荷、電動汽車負荷等。

衡量指標

目前共有四類指標用于衡量“零能耗建筑”：

• 終端用能
  

• 一次能源
  

• 能源賬單

• 能源碳排放
  

以上四類指標的評價結果有明顯差異。

我國選擇衡量指標，需要根據(jù)實際情況考慮，是確定一個還是選擇多個，需要具體問題具體分析。

轉換系數(shù)

一般而言，在確定衡量指標后，與建筑物相關的能量就需要通過轉換系數(shù)統(tǒng)一到與衡量指標單位一致的水平上。目前，世界各國的能源結構并不盡相同，而且電網(wǎng)、熱網(wǎng)的組成也不同。因此，各國的轉換系數(shù)也會有很大差異，而轉換系數(shù)確定難度也將會進一步提升。

平衡周期

一般認為，以年為能量平衡計算的基本單位最為簡單合理。但也有些專家認為，可以基于平衡周期進行計算，例如30~50年，這主要是因為通常情況下，建筑物會在30年~50年時進行一次大修。

我國是以年為計算周期的。

我國零能耗建筑

通過以上零能耗建筑因素（邊界劃分、計算范圍、衡量指標、轉換系數(shù)、平衡周期）的分析研究，結合我國實際情況，對中國“零能耗建筑”影響因素進行了歸納總結（如下表）：

零能耗建筑定義涵蓋內(nèi)容及我國情況

我國“零能耗建筑”的定義：以年為計算周期，以終端用能形式作為衡量指標，建筑物及附近與其相連的可再生能源系統(tǒng)產(chǎn)生的能源總量大于或等于其消耗的能源總量的建筑物。