圖1 部分省市“十四五”期間內(nèi)實現(xiàn)超低能耗建筑的面積目標完成情況
《國家科學進展》(National Science Open, NSO)是由中國科學院主管,中國科技出版?zhèn)髅焦煞萦邢薰局鬓k的自然科學綜合性英文期刊。近期,該期刊在線發(fā)表了中國建筑科學研究院有限公司于震、高彩鳳、楊佳鑫、吳劍林與張歡發(fā)表的綜述文章《中國近零能耗建筑研究與發(fā)展綜述》。該綜述歸納了我國近零能耗建筑(NZEB)發(fā)展十余年來關鍵技術研究進展、標準研編、政策發(fā)展、工程實施現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況,并對行業(yè)未來發(fā)展進行了展望。文章收錄于NSO“低碳建筑能源系統(tǒng)”專題(Special Topic: Energy Systems of Low Carbon Buildings)。
建筑行業(yè)在全球能源消耗和碳排放中扮演重要角色。根據(jù)國際能源署數(shù)據(jù),2019年,我國建筑運行階段產(chǎn)生的碳排放約為21億tCO2,約占全國碳排放總量的20%,隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展,建筑碳排放總量和占比均存在較大的增長壓力。“近零能耗建筑”是作為我國建筑節(jié)能發(fā)展歷程中的一個跨越式發(fā)展節(jié)點出現(xiàn)的,在國家“2030碳達峰”和“2060碳中和”的新形勢下,發(fā)展近零能耗建筑,是助力我國建筑領域實現(xiàn)“雙碳”目標的有效舉措,也是我國建筑節(jié)能工作與世界接軌重要體現(xiàn)。
“近零能耗建筑”在國際上普遍被認可為能效高于常規(guī)建筑的建筑形式,然而受氣候條件與經(jīng)濟發(fā)展水平影響,各國實現(xiàn)高能效建筑目標及時間計劃各不相同,近零能耗建筑的定義及計算方法也存在差異。總體來看,發(fā)達國家發(fā)展近零能耗建筑起步及提出明確實施比例的時間普遍早于我國,且更多關注于既有建筑的改造環(huán)節(jié),而我國雖起步略晚,但發(fā)展速度快,更多聚焦在新建建筑實施,對能耗限值的要求與國際同類建筑相比屬于較為嚴格的水平。
近零能耗建筑在中國的研究歷程大致可以分為3個階段,2010-2015年,處于起步階段,研究主要集中在超低能耗建筑定義、關鍵技術及技術集成等領域。2015年住建部《被動式超低能耗綠色建筑技術導則(居?。钒l(fā)布,支撐了當時工程實踐的開展。2016~2019年是技術研究快速發(fā)展的階段,研究工作主要集中在關鍵技術、產(chǎn)品工具研發(fā)及工程示范。其標志為2019年國家標準《近零能耗建筑技術標準》GB/T 51350發(fā)布,規(guī)范了近零能耗建筑定義、指標、技術措施和評價方法。2020年至今,研究處于細節(jié)完善階段,主要集中在軟件工具升級,產(chǎn)品開發(fā)及完善,不同氣候區(qū)技術體系細化,以及規(guī)模化推廣等。
過去十余年來,近零能耗建筑相關研究主要集中在核心指標與技術體系、性能化設計方法與工具開發(fā)、建筑圍護結構性能提升、機電系統(tǒng)型式及能效提升、可再生能源利用技術等方面。目前近零能耗建筑核心指標與關鍵技術已經(jīng)明確,技術體系相對成熟,各項技術在不同氣候區(qū)實施時的具體做法不同?;谏窠?jīng)網(wǎng)絡算法的性能化設計優(yōu)化工具,可利用機器學習訓練的快速能耗計算模型,結合眾多影響因素的經(jīng)濟性模型,采用算法針對所有影響最終能耗的因素組合出來的海量技術方案實現(xiàn)分鐘級的比選尋優(yōu)。大幅提高了近零能耗建筑設計效率及精準程度,同時可為工程項目選取最有效的技術組合方案,節(jié)約成本。面向中國近零能耗建筑的規(guī)?;茝V階段,如何開發(fā)或尋找更輕薄、滿足防火性能要求的新型保溫材料,應用于嚴寒及寒冷地區(qū)近零能耗建筑,以及研發(fā)適用于南方高熱高濕地區(qū)的高效隔熱材料將是近零能耗建筑未來研發(fā)工作的重點。能源設備系統(tǒng)方面,主要集中于小規(guī)模戶式設備系統(tǒng)的應用研究,除近零能耗居住建筑常用的新風熱泵一體機外,毛細管頂棚輻射、戶式VRF等高效設備系統(tǒng)也逐漸研發(fā)出廠并在近零能耗工程項目中得以應用。目前主要面臨問題在于適用于近零能耗建筑的小規(guī)模機組可選設備較少,一定程度上影響了近零能耗建筑運行效果、初投資及工程規(guī)?;茝V。2015年至今,國家頒布多項政策文件,從試點實施到規(guī)?;茝V,積極倡導發(fā)展近零能耗建筑。與此同時,地方政府發(fā)出了百余項政策,支持力度更大,落地性更強,包括經(jīng)濟獎勵和容積率獎補等。然而,個人業(yè)主和相關產(chǎn)業(yè)企業(yè)的獎勵支持相對不足。全球近零能耗建筑市場迅速增長,在歐洲,2012年至2016年間,近零能耗建筑數(shù)量大幅增加,其中22% 建于2014年。我國近零能耗建筑在過去十年快速發(fā)展,覆蓋多個氣候區(qū)和建筑類型。圖1展示了部分省市“十四五”期間內(nèi)計劃實施的超低能耗建筑的面積目標,和截止2022年底已實施的超低能耗建筑面積??梢姡磥韮赡陜?nèi),仍有約2000萬㎡待建缺口。
05 中國近零能耗建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展
近零能耗建筑對建筑保溫隔熱、門窗、氣密性及冷熱源效率均有較高要求,在標準的引領下,近零能耗建筑適用的高性能建筑部品、保溫材料、門窗產(chǎn)品、建筑氣密性材料、防水材料、高能效冷熱源與新風系統(tǒng)等產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展。這些產(chǎn)業(yè)涉及細分行業(yè)多,產(chǎn)業(yè)鏈條長、產(chǎn)品附加值高。過去十年來規(guī)模不斷壯大,產(chǎn)品及系統(tǒng)形式日益多樣,性能及技術不斷升級,成本逐漸降低。文章對近零能耗建筑未來發(fā)展方向做了以下展望:(1)近零能耗建筑的研究工作將逐步延伸到“能碳雙控”,建筑運行期間碳排放控制將是下一階段研究重點。(2)中國既有建筑存量龐大,既有建筑近零能耗改造相關研究和工程實踐有待全面開展。(3)如何通過技術優(yōu)化、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、政策支持等手段進一步降低近零能耗建筑增量成本,仍將是近零能耗建筑發(fā)展的需要解決的主要問題。該研究得到了中國建筑科學研究院有限公司“社區(qū)低碳、碳中和規(guī)劃設計技術研究與工程示范”(20220109330730002)與住建部科學技術計劃項目“零碳建筑技術體系及關鍵技術研究”(K20221412)的支持。