世界“零能耗”建筑的探索与实践

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世界“零能耗”建筑的探索与实践
作者:李澍人  绿色建筑  2006-6-18  【手机看文章】   


  世界“零能耗”建筑的探索与实践
作者：李澍人


  建筑物消耗的能源，我国约占全社会总耗能的46．7％，欧洲和美国约占全部能源消耗的40％——同时排放了同样比例的二氧化碳等废气物。如何全面提高能源效率，尽量减少对日渐枯竭的传统一次性 “矿物化石” 能源依赖性已成为当务之急。在世界绿色建筑浪潮当中，直接针对建筑能耗问题提出的“零能耗建筑策略”正日益成为人们关注的焦点，其核心特点除了强调被动式节能设计外，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、建筑与环境和谐共生寻找到最佳的解决方案。近几年，众多“零能耗建筑”实践正由单个示范项目开始成为国家的导向性行动。


德国“被动屋”将广为普及
　　在德国，建“被动屋”已有十多年的历史。它是一种不用传统供暖系统的房屋，转而利用太阳能和屋内热源———家用电器、生火造饭及人体自身的天然热辐射来采暖。这是一种基本上甚至完全靠太阳能转换、房屋内部人体热源及房屋保温性能来供暖、供热水以至照明，把人主动“外加”的供热能耗即用常规供热锅炉或常规电力网采暖和供热水的能耗降到零或近于零的房屋。

“被动屋”的墙和窗都做到最大限度的保温———墙体都用矿物棉、聚苯乙烯泡沫塑料、秸秆束等作隔热材料，而从南面超大型窗户进来的太阳能比散失出去的多。据称此举能把供热能耗降到15瓦/平米。在一个房间里，只要有2个人呆在里面和开着2只白炽灯，就能保持最佳温度。另外，“被动屋”都装有强制通风系统，它的热交换器能把外排空气的热量转给吸入的空气，从而使外排空气所含热量的90%。有了这种通风系统，就不必开通风小窗了，这也能起保温作用。此外，“被动屋”是一种漂亮的玻璃房，极具观赏性———在建筑上它的南面（正面）总是镶玻璃的，几乎占满整个南墙的玻璃窗就是用来最大限度吸收和储蓄太阳能，以加热屋内空间。

　　据研究报道，被动屋的造价平均每平米比普通预制板式或砖式房屋高10美元（总造价约增加3%—5%），成本回收期为6—8年。在德国，“被动屋”住户的采暖花费比普通房屋住户少95%。随着“被动屋”的逐渐普及，其市场售价已降到几乎与普通房屋持平的水平。据一份营销研究报告预测，到2010年，德国“被动屋”的总数将占全国房屋的20%%

  而且，这种“被动屋”并不一定非得建新，还可以改旧。在德国，就有许多“被动屋”是通过把传统房屋翻修而成的。这种改旧而来的“被动屋”现在有了一个更驰名的民间俗称———“3升屋”：因为翻修后其采暖能耗仅3升汽油/平米/年，比德国现行能源消费标准还低60%。

德国是个重视节能的国家，早在1979年就通过了三项关于节省热能的法令，显著降低了供热的能耗。德国政府近年还不断推出新的节能计划，其中按能耗原则划分出“低能耗屋”、“被动屋”、“零能耗屋”、“有余能屋”和“有进项屋”几类。其中，“零能耗屋”由被动屋改进而来，使其将不可再生能源的消耗降低到零。采用的技术是一种能在冬季把太阳能储蓄起来使用的热水储存器。整个房屋原本已经拥有非常高效的隔热保温性能，采用这种热水储存器后，能够进一步减少这种房屋本来就不高的供暖需求。“有余能屋”则年/平米/采暖能耗11—15千瓦时，和低能耗屋几乎一样。其太阳能电池一年到头都能保证房屋能源小有盈余，所生产的电能比消耗的还多一些，多余部分可以储蓄起来或接入电网。“有进项屋”，供电企业对住户接入电网给的盈余电能给予补贴，人们自然千方百计追求有余能屋，结果人们不但无需为采暖供热出钱，还可因此小赚一笔。



俄罗斯积极推广“生态屋”
  “生态屋”是一种高效而和谐的利用生态资源的系统。它由“零能耗房屋”和屋旁地构成。屋旁地用于采用高效生物方法和新式耕作法种植农作物和对所有液体、固体的有机废物进行生物加工利用，包括沼气发生器等。采用这些方法可以比在纯天然条件下更快地培育屋旁地的生态资源。

  20几年前新西伯利亚就有一些专家学者自发地开始研究和兴建“生态屋”。这些房子都按国际社会生态联盟开发的技术建造。一幢总面积七八十平米的两层楼式“生态屋”总造价（包括地皮租金、道路建设费用、杂费）约1.1—2.5万美元。

  俄罗斯“生态屋”与西方“被动屋”的主要区别，是其房前屋后有块地，种点蔬菜和果树之类供冬季食用。“生态屋”主要靠太阳能集热器供暖，不足部分以燃用可再生载能体（秸杆、木材、沼气等）的发热机补充。但“生态屋”一般也都备有烧煤、柴油或天然气的供热设备，以防不测，只是其能耗要比普通房屋采暖要少得多，为其几分之一。据报道，即使在西伯利亚这样的世界最寒冷地区，“生态屋”在2—5月和9—10月也能仅靠太阳能供暖。

  西伯利亚“生态屋”另一个重要特点，是强调建房采用当地的建材（但必须是生态建材）。可称作生态建材的不仅是对人无害的建材，还应该是生产中对环境无害、房屋使用期结束后可就地以自然方式无害化处理的建材。如加气泡沫混凝土、泥砖、压制秸杆构件、木材（在林区）等。用作墙体保温材料的主要是秸秆、芦苇、亚麻秆等。

  此外，“生态屋”的有机废物全部要用生物技术自行资源化处理，使之变成肥料。污水也要经天然过滤系统处理而可以用于浇地等复用。

  建“生态屋”在选址地形上也有讲究———其北面要能防寒，南面和东面要开阔无遮蔽，此外住房本身和花圃、菜园、果园等布局要合理，要考虑到其配置角度、风向、周围植被、土壤分布等。

  据称，建造优良的木结构“生态屋”式庄园房，实际造价为100—150美元/平米。例如“住宅建筑技术”公司就以交钥匙方式为客户建造“杜布拉瓦”式2层小楼，每层面积6×6米，造价19.044万卢布。也有人以交钥匙方式建造总面积70平米的（也是6×6米）圆木结构房，价格10万卢布。



美国大力推广“零能耗住宅”新技术
  美国能源部的资料介绍说，通过改进建筑设计和材料，美国房屋能耗已比1980年减少了30％。 正在大力推广的“零能耗住宅”有室内温度变化小、不怕停电、节约能源和减少污染等优点。该技术视房屋为一个诸多元件协作运转的整体，旨在通过最佳整体设计、利用最先进的建筑材料以及已上市的节能设备，达到房屋所需能源或电力100％自产的目标。所谓的电力100％自产以年为时间计算单位。“零能耗住宅”同时还与电网相连，其自产电力不足时可从外界补充，过剩时可输入电网，而电力公司也需为此支付等价电费。

  “零能耗住宅”技术需将以下因素进行最优组合：根据不同气候特点确定设计；太阳能供暖和降温系统以及自然照明；最先进的节能建筑设计和材料；节电的家用电器和照明设备以及太阳能热水供应和发电系统。

高效利用太阳能是“零能耗住宅”技术的关键。通过外墙（如太阳能吸热壁）、窗户和建筑材料等，不借助任何机械装置，直接利用太阳能进行房屋自然供暖、降温和照明，以减少房屋降温或供暖所需的能源消耗。

　　同时，在房屋降温和供暖保暖方面，窗户的方向和位置、隔热性能不同的窗玻璃的选用、窗玻璃的组装层数、窗框材料、房屋外表和屋顶材料深浅颜色的运用、室内的自然通风设计、房屋的择地和朝向以及园林设计等也起重要的作用。

  “零能耗住宅”选用的太阳能热水供应系统的设计通常都不复杂，屋顶设置水箱直接利用太阳能加热是其中最简单的方式。在房屋的热水供应系统中，通过回收利用废污热水的热量来降低热水系统的耗能也是一种值得重视的办法。

　　“零能耗住宅”的太阳能发电系统通常通过在屋顶安装外观似有色玻璃的光电薄膜材料，来实现太阳能发电的目的。利用光电薄膜材料发电无污染，有益于环境。同时，光电薄膜材料能起到和普通沥青屋瓦同样的保护作用，并且经久耐用，柔韧性好，重量轻且安装造价低廉。但由于光电薄膜材料有极强的吸热能力，因此在应用中应注意需与建筑物隔开以免给房屋“加热”。

另据美国能源部介绍，在没有与电网相连的美国偏僻地区，房屋利用太阳能电池作为电力来源，以其简易可行正受到越来越多人的青睐。



英国零能耗建筑成就突出
  英国以贝丁顿零能耗发展项目（简称BedZED）为代表，在可持续发展的零能耗建筑领域取得突出的成就。该项目设计理念是给居民提供环保的生活的同时并不牺牲现代生活的舒适性。其先进的可持续发展设计理念和环保技术的综合利用，使这个项目当之无愧成为目前英国最先进的环保住宅小区。

  “零采暖”设计。针对英国气候温和潮湿、夏季温度适中、冬季寒冷漫长需大约半年采暖期这一特点，设计者探索了一种零采暖（Zero－heating）的住宅模式，通过各种措施减少建筑热损失及充分利用太阳热能，以实现不用传统采暖系统的目标。建筑师选用紧凑的建筑形体，以减少建筑的总散热面积。同时为了减少表皮热损失，建筑屋面、外墙和楼板都采用300毫米厚超级绝热外层；窗户选用内充氩气的三层玻璃窗；窗框采用木材以减少热传导。此外建筑门窗的气密性设计和混凝土结构，都保证了建筑极好的保温性能。同时在建筑得热方面，退台的建筑形体减少了相互遮挡，以获得最多的太阳热能。而每户面南的玻璃温室是其重要的温度调节器：冬天，双层玻璃的温室吸收了大量的太阳辐射热量来提高室内温度；而夏天将其打开则变成开敞阳台，组织建筑散热。在此基础上，充分利用建筑内部灯具等各种设施、人体及其活动和生活用热水产生的热量，就可以完全满足建筑内部采暖所需。

  “风帽”设计 。在BedZED中还采用了自然通风系统来最小化通风能耗。经特殊设计的“风帽”（WindCowl）可随风向的改变而转动，利用室外风压、室内热压给建筑内部提供新鲜空气，同时排出室内的污浊空气。而“风帽”中的热交换模块利用废气中的热量来预热室外寒冷的新鲜空气。根据实验，最多有70％的通风热损失可以在此热交换过程中挽回。

太阳能电力提供电动汽车能源。小区发展了一种私车“合营”模式，这种模式允许几户居民共同使用一辆汽车。汽车以电力为能源，由小区内的777平方米太阳能光电板产生，其峰值电量109千瓦时，可供40辆汽车使用。由于英国对电力汽车的多种鼓励措施，这种用太阳能电力供应汽车的模式将太阳能光电板的投资回收周期从通常的75年缩短到BedZED中的6．5年。

  节材节水成果显著。BedZED为了减少对环境的破坏，在建造材料的取得上，制定了“当地获取”的政策，减少交通运输，并选用环保建筑材料，甚至使用了大量回收或是再生的建筑材料。项目完成时，其52％的建筑材料在场地35英里范围内获得，15％的建筑材料为回收或再生的。例如项目中95％的结构用钢材都是再生钢材，是从其35英里范围内的拆毁建筑场地回收的。而选用木窗框而不是PVC窗框，此项减少了大约800吨的制造过程中的二氧化碳排放，相当于整个项目排放量的12．5％。为了实现对水资源的充分利用，BedZED采用了多种节水器具，并有其独立完善的污水处理系统和雨水收集系统。生活废水被送到小区内的生物污水处理系统净化处理，部分处理过的中水和收集的雨水一起被储存用于冲厕所。而多余的中水则通过水坑渗入场地下部的砂砾层中，重新被土壤所吸收。

  相比起传统生态项目的高造价带来的低收益，BedZED在经济上也取得了成功。和传统的相同面积的发展项目比较起来，虽然总投入增加521，208英镑，但由于市场反响强烈和当地政府鼓励，开发商在地价和售价方面双重得益，最后其总收入可上升668，000英镑。而对住户而言，每年房屋使用投入就可以减少3，847英镑。而环境方面的收益更多，单是CO2排放就减少147．1吨／年，节约水1，025吨／年。

  集当前各种成熟的环保技术和理念于一身的BedZED项目，为零能耗住宅小区的发展做出了革命性贡献。目前有多家大学和研究机构对其开展后续监测和深入研究。根据入住第一年的监测数据，小区居民节约了采暖能耗的88％，热水能耗的57％，电力需求的25％，用水的50％和普通汽车行驶里程的65％。





中国零能耗建筑开始起步
  伴随我国建筑节能工作的快速发展，各种节能技术、产品已经日趋成熟，零能耗建筑项目实践消息开始频频见诸报端。

最引人关注的首数南京锋尚国际住宅项目。北京锋尚项目两年前因综合采用高标准节能技术系统取得了高舒适度低能耗的突出成效，带动了国内高科技节能建筑的发展。之后在南京推出的项目即打出“零能耗住宅”目标，定位将运用各种世界最先进建筑科技，探索并创造符合现代人居微能耗高舒适度居住环境。根据现有建筑设计、节能设计，该项目项目建成后，将在基本照明、冬季采暖、夏季制冷三方面实现零能耗。如果最终效果显著，南京锋尚将有可能赢得中国“第一个零能耗住宅”称号。

  2005年由北京市太阳能研究所设计的中国首座太阳能综合利用示范楼“桑普———中国太阳能第一楼”,在北京建成并试运行成功。经过2004年北京严冬数月的考验,整个太阳能系统工作正常,冬季室内实测温度始终达22摄氏度以上。据介绍，该楼体共安装了可达100千瓦太阳能光伏并网发电系统,除了满足内部用电需求外,还可将剩余电能输入公共电网,缓解公共电网的用电压力。在热能方面,楼体装配了360千瓦太阳能空调制冷、采暖和热水综合系统。该项目设计目标，支撑该楼建筑及大院内的能耗全部由太阳能系统提供,包括供电系统、供暖系统、空调系统、热水供应系统等，从而基本实现传统化石能源为“零”。

  前不久，在全国节能周北京农展馆广场上，一座占地面积208平方米，建筑面积40平米的“零能耗建筑”节能庭院，吸引了众多人观看。该庭院里，风光互补风车（风力发电机）、光电系统为整个房屋提供了全部照明用电；现场设计、施工的地源热泵系统，提供了建筑夏天制冷（冬天供暖）需求；路灯和草坪灯都靠太阳能发电照明，地上铺着透水砖，屋顶装有太阳能热水器，西侧墙和屋顶都使用植物立体绿化技术，可起到净化空气、防止粉尘污染、减少噪音和光污染等作用；住宅本身是用一种中空、重量轻的节能墙体材料制成，门窗是节能门窗，屋内装着节水器具；房间内陈列有包括电视、冰箱、节能燃气灶等多种节能型家电设备、可降解塑料日用品等节能环保型产品。

  刚竞标落地不久的广州“零能耗”烟草大厦（见图二），近期开始在网上传播。广东烟草大楼“珠江城”楼高约280米，高度仅次于珠江新城双子塔和中信大厦。其总建筑面积约22万平方米，预计将有70层，项目总投资约18亿元。据中标的设计方S.O.M公司透露了将在“珠江城”实现“零能耗”的设想：“从造型、用材、结构等各方面全方位节能，在最大化降低大楼基本消耗量的基础上，充分利用自然能源。”首先是外形，设计师通过日照分析，设计了适应岭南气候的东南建筑朝向和白色的流线型外观，最大限度避免了夏季东、西外墙的暴晒。同时，双层呼吸式幕墙将大幅降低夏季进入室内的太阳辐射热量和传热量。楼板中将预埋管道，夏季冷冻水在管道中循环，提供冷媒，由于使用较高温度的冷冻水，较大的温差则可以减小设备、风机的能耗；置换通风系统可以使用温度较高和风量较小的新风。

  设计师不仅安置了太阳能发电系统，甚至还在楼宇的中部和上部挖出风洞，以便风涡轮风力发电，力争实现楼宇电力自给自足。( 李澍人 )

（注：本文欢迎转载，敬请注明作者姓名 李澍人Email:shuren619@sina.com）


图一：广州“零能耗”烟草大厦

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校园节能可以考虑从节能建筑开始!最近就在翻译相关资料,可惜进展比较慢,争取能早日拿出来和大伙分享

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