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零能耗建筑

来源:绿色建筑研习社
文章附图



源起


最早由丹麦的Esbensen教授在进行太阳能利用试验时提出,Esbensen教授以丹麦的一栋居住建筑(如下图)做研究对象,对建筑外围护结构的保温层进行节能处理,首次采用了太阳能集热器以及具有良好保温性能的蓄水池。


图1.jpg

贝丁顿零能耗生态建筑


经过上述改造后,建筑能耗量大幅度降低,因此Esbensen教授认为,在建筑节能设计中,只要采用合理的建筑节能技术,配备先进的节能装置,并充分利用太阳能能源,建筑就可以达到摒弃其他能源供应的理想状态,这一状态的建筑被称为“零能耗建筑”。


各国定义


但是,现代科技受到各种限制 ,在实际工程中,理想的“零能耗建筑”比较难实现。目前,近零能耗建筑可行性比较高。在全球范围内,各个国家和地区的“近零能耗建筑”又各不尽相同,较为著名的当属德国的“被动房”。被动房在满足舒适度要求和保证人体健康的前提下,建筑能耗极低,其全年的空调系统耗能在0~15kWh/(㎡a)的范围内,而建筑总能耗低于120kWh/(㎡a)


表1.jpg

世界各国对“零能耗建筑”的定义和评价标准


考虑到欧美国家的建筑特点,“零能耗建筑”主要针对三层以下的低矮建筑。这类建筑的能耗计算主要考虑了建筑冬季供暖、夏季供冷所需能耗,而很少能够考虑建筑家用电器与照明的能耗。


物理边界划分


目前国际大多数国家以单栋建筑为计算对象,根据是否与电网连接,将“零能耗建筑”分为:


  • 上网零能耗建筑:电网输送的能量和建筑物产生的能量达到平衡,计算期内电表的读数为零;

  • 网下零能耗建筑:可再生能源供应产生的能量与建筑物需要能量平衡,又称为“无源建筑”。


图2.jpg

零能耗建筑”计算边界示意图


能耗计算范围


根据建筑节能设计标准设定,与建筑物相关的能耗包括供暖、供冷、通风、照明、热水使用等方面,然而这并不包括一些与用户关联度较大的能耗。例如插座负荷、电动汽车负荷等。


衡量指标


目前共有四类指标用于衡量“零能耗建筑”:


  • 终端用能

  • 一次能源

  • 能源账单

  • 能源碳排放


以上四类指标的评价结果有明显差异。


我国选择衡量指标,需要根据实际情况考虑,是确定一个还是选择多个,需要具体问题具体分析。


转换系数


一般而言,在确定衡量指标后,与建筑物相关的能量就需要通过转换系数统一到与衡量指标单位一致的水平上。目前,世界各国的能源结构并不尽相同,而且电网、热网的组成也不同。因此,各国的转换系数也会有很大差异,而转换系数确定难度也将会进一步提升。


平衡周期


一般认为,以年为能量平衡计算的基本单位最为简单合理。但也有些专家认为,可以基于平衡周期进行计算,例如30~50年,这主要是因为通常情况下,建筑物会在30年~50年时进行一次大修。


我国是以年为计算周期的。


我国零能耗建筑


通过以上零能耗建筑因素(边界划分、计算范围、衡量指标、转换系数、平衡周期)的分析研究,结合我国实际情况,对中国“零能耗建筑”影响因素进行了归纳总结(如下表):


表2.jpg

零能耗建筑定义涵盖内容及我国情况


我国“零能耗建筑”的定义:以年为计算周期,以终端用能形式作为衡量指标,建筑物及附近与其相连的可再生能源系统产生的能源总量大于或等于其消耗的能源总量的建筑物。