刘 敏

(滨州学院建筑工程学院,山东 滨州 256600)

1 国内外能源消耗现状

随着经济的发展,人民对生活舒适度要求的提高,能源的需求量越来越大。目前,煤、石油、天然气等化石能源仍然是主要能源来源。而建筑能源消耗作为三大耗能行业之一,对能源消耗量的影响至关重要。伴随着房地产行业的兴盛,建筑能源的消耗也越来越多。据统计,建筑的主要能耗,包括生活能耗,采暖制冷能耗等已经占到社会总能耗的36%,采暖和空调,占到20%。清华大学建筑节能研究中心发布的《中国建筑节能年度发展研究报告2017》中称,我国北方城镇采暖能耗占全国城镇建筑总能耗的40%,为建筑能源消耗的最大组成部分。降低冬季采暖耗能可以直接降低建筑总耗能所占的比例。

2 被动屋(PassivHaus)

为了减少建筑能耗,欧洲制定了建筑物能效指令。基于能源指令,各国相继出台了一个更高层次的节能标准——被动屋(PassivHouse)。1988年瑞典隆德大学的阿达姆森教授和德国的菲斯特博士首先提出这一概念,他们认为“被动房”建筑应该是不用主动的采暖和空调系统就可以维持舒适室内热环境的建筑。那么涉及被动房的,有两个方面的限定：一是能耗指标,二是室内舒适性指标。各个国家对被动屋的要求也是不一样的。

中国被动屋：上海的汉堡之家是中国第一个比较成功的被动屋,是上海世博会德国汉堡市城市最佳实践区案例馆。“汉堡之家”每平米一年消耗相当于50度电的能量,仅相当于普通办公楼的1/4。它在屋顶上安装的光能利用设备可以提供建筑所需电能的90%,而地源热泵装置则为整个建筑的制冷和供暖供给能量。

德国规定的“被动房”需要的外部能源只有普通房屋的10%,但是上海的气候条件与德国相比,太阳光能供热量较多,所以“汉堡之家”外部能源消耗量与之相比更少。

3 零炭房

与被动屋相比,零炭房要求基本不消耗煤炭、石油、电力等不可再生能源,就能维持建筑的正常运转需要。零碳建筑的主要特点是除了强调建筑围护结构被动式节能设计外,将建筑能源需求转向太阳能、风能、浅层地热能、生物质能等可再生能源,为人们的建筑行为,为人类、建筑与环境和谐共生寻找到最佳的解决方案,例如光伏,太阳能热利用,生物质能,SWEC等。

自供零能耗建筑,指所有的需求都通过本地提供,无需外部电网连接满足,完全可以自给自足。这种情况现在的技术还达不到,天气的变化直接影响建筑的供能情况。

网点零供能指本地自供完全能够满足需求,但是供需并不是每个时段都平衡,一年之内供需平衡。

生命周期内零耗能指本地自供完全能够满足对初级能源需求,供需并不是每个时段都平衡,建筑无生命周期内供需平衡。

如何能够使房屋实现零碳能源供应是实现零碳建筑的主要研究内容。现在已经应用的零碳的能量供应技术有：①太阳能间接供热水系统。②地缘热泵系统。地源热泵埋管方式有三种：垂直埋管、水平埋管铺设于地表层、地表水。③热电联产(CombinedHeatandPower-CHP)将不同品位的热能分级利用(即高品位的热能用于发电,低品位的热能用于集中供热),提高了能源的利用效率,减少了环境污染,具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益。

4 零炭房应用案例

英国贝丁顿生态村(BedZED)就是试图把理想状态搬进现实。此项目于2000年10月启动,2002年03月竣工。BedZED的由99个超级隔热的住宅大小、工作场所和社区设施。它的目的是满足居民的所有能源需求,并在未来某一天提供40辆电动汽车的潜力。BedZED所有的热能和电能均由该社区的热电联产工厂CHP提供。

CHP的燃料为附近地区的树木修剪废料,燃烧炉是一种特殊的燃烧器,木屑在全封闭的系统中碳化,发出热量并产生电能。燃烧过程中不产生二氧化碳,其净碳释放为零。还有便利的公共交通网络,雨水收集和中水回(用水量减少50%),共享的社区和休闲区。贝丁顿生态村最终实现了取暖需求比英国平均水平低90%,电器和照明耗电比平均水平低33%,但是这仍然高于预期。

5 总结

从个案研究的证明实现零碳操作并不简单,设计成零碳建筑不一定能按零碳执行。未达到零碳的原因有以下几个：1)设计阶段低估了能源需求量。2)高估了可再生能源的提供量。3)设备运行不佳。但尽管零炭房在英国的案例没有成功,但是,贝丁顿社区仍然可以作为低能源消耗社区的一个成功的例子。新的建筑节能技术将不断引入我们日常生活居住的建筑物中,我们也在通过不断的努力与探索,让真正的零碳建筑逐步进入人类的日程生活中。