近零能耗建筑是怎樣煉成的？ 被動(dòng)式設(shè)計(jì)優(yōu)先

公共區(qū)照明80%用光伏發(fā)電，建筑照明能耗降低75%，冬季不使用傳統(tǒng)能源供熱、夏季供冷能耗降低50%，空調(diào)、采暖和照明能耗低于25千瓦時(shí)/年，這些與現(xiàn)有建筑能耗相去甚遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)，都集中體現(xiàn)在北京“近零能耗示范建筑”上。

“整個(gè)大樓通過(guò)高性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，高效保溫材料、高性能門(mén)窗、建筑遮陽(yáng)，使得建筑冷熱負(fù)荷降低到極低，用我的話(huà)說(shuō)是現(xiàn)有手段降到最低。同時(shí)，大樓集成了各類(lèi)能源系統(tǒng)，運(yùn)營(yíng)做到高效率，實(shí)現(xiàn)以可再生能源為主的制冷、供熱。當(dāng)然，電還要消耗一部分?！?月31日，中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑環(huán)境與節(jié)能研究院院長(zhǎng)徐偉向中國(guó)房地產(chǎn)報(bào)記者介紹中國(guó)建筑科學(xué)研究院近零能耗示范建筑的技術(shù)理念。

近零能耗示范建筑是中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑環(huán)境與節(jié)能研究院的4層辦公建筑，建筑面積4025平方米。2013年1月起，由中美雙方30余位專(zhuān)家聯(lián)合研究、設(shè)計(jì)、建造，2014年6月啟用。近零能耗示范建筑旨在打造目前最高水平的建筑節(jié)能與綠色建筑技術(shù)的高效集成與示范應(yīng)用。

7月11日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑節(jié)能與科技司副司長(zhǎng)韓愛(ài)興在中國(guó)近零能耗建筑技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟成立大會(huì)上說(shuō)，近零能耗建筑在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已成為建筑節(jié)能發(fā)展的最新趨勢(shì)，中國(guó)建筑節(jié)能工作發(fā)展近30年，需要樹(shù)立更高、更遠(yuǎn)的目標(biāo)。

被動(dòng)式設(shè)計(jì)優(yōu)先

7月31日下午，中國(guó)房地產(chǎn)報(bào)記者來(lái)到這棟示范樓。在示范樓的4層會(huì)議室，不依靠人工照明，室內(nèi)光線仍然保持明亮。這是因?yàn)榻ㄖ蓓斣O(shè)有6套光導(dǎo)管，將室外自然光引入室內(nèi)。光導(dǎo)管的反射率高達(dá)99.7%，不受黃昏、黎明甚至陰天的影響。

與示范樓南立面結(jié)合是四面光伏薄膜電池板，它為室內(nèi)公共區(qū)域提供照明用電。薄膜電池弱光性好，工作時(shí)間長(zhǎng)。穩(wěn)定性也好，受溫度影響小。徐偉說(shuō)：“示范樓每天基本上有近10千瓦時(shí)的發(fā)電量，晚上、凌晨用的是市電，公共區(qū)的照明80%用的是光伏發(fā)電。”

近零能耗建筑比之于綠色建筑，在注重節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、室內(nèi)環(huán)境與健康的基礎(chǔ)上，更加關(guān)注能源在建筑中的利用效率，通過(guò)高性能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑用能設(shè)備以及可再生能源的綜合利用，達(dá)到建筑用能的超低限值。

這棟示范建筑試圖達(dá)到“冬季不使用傳統(tǒng)能源供熱、夏季供冷能耗降低50%，建筑照明能耗降低75%”的能耗控制指標(biāo)。認(rèn)證目標(biāo)為綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)3星級(jí)及LEED-NC鉑金級(jí)。相對(duì)節(jié)能目標(biāo)之外，其絕對(duì)能耗目標(biāo)是，空調(diào)、采暖和照明能耗低于25千瓦時(shí)/年。

徐偉是示范建筑的方案負(fù)責(zé)人。徐偉介紹，大樓采用了“被動(dòng)優(yōu)先，主動(dòng)優(yōu)化，經(jīng)濟(jì)實(shí)用”的技術(shù)路徑。其被動(dòng)式設(shè)計(jì)體現(xiàn)在降低體型系數(shù)、高性能?chē)o(hù)結(jié)構(gòu)體系、無(wú)熱橋設(shè)計(jì)、保障氣密性等方面。

項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用的超薄真空絕熱(VIP)板，將無(wú)機(jī)保溫芯材與高阻VIP 板薄膜通過(guò)抽真空封裝技術(shù)復(fù)合而成，防火等級(jí)達(dá)到A級(jí)。真空層使得材料導(dǎo)熱系數(shù)僅為常規(guī)保溫材料的十分之一，厚度只有25毫米，導(dǎo)熱系數(shù)0.004W/㎡·k。外墻綜合傳熱系數(shù)不高于0.2W/㎡·k。

示范樓采用了三玻真空Low-E鋁包木外窗，內(nèi)設(shè)中置電動(dòng)百葉遮陽(yáng)系統(tǒng)，傳熱系數(shù)不高于1.0W/㎡·k，遮陽(yáng)系數(shù)小于0.2。采用四密封結(jié)構(gòu)的外窗，在空氣阻隔膠帶和涂層的綜合作用下，大幅提高門(mén)窗氣密、水密及保溫性能。中置遮陽(yáng)系統(tǒng)則根據(jù)室外和室內(nèi)環(huán)境變化，自動(dòng)升降百葉及調(diào)節(jié)遮陽(yáng)角度，在降低空調(diào)負(fù)荷與利用自然采光之間尋求最佳平衡。

多種能源系統(tǒng)組合

為減少采暖、制冷能耗，示范樓集成了各類(lèi)可再生能源的利用。

示范樓的夏季制冷，采用太陽(yáng)能吸收式制冷與地源熱泵相結(jié)合的形式，太陽(yáng)能槽式集熱器可全天自動(dòng)追日，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率達(dá)65%以上。示范樓冬季采暖所需的熱量由地源熱泵系統(tǒng)、水蓄熱系統(tǒng)及亞洲規(guī)模最大的屋頂真空玻璃管中溫集熱太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)共同提供。

冷熱源采用太陽(yáng)能空調(diào)與地源熱泵聯(lián)合運(yùn)行的模式。太陽(yáng)能集熱器制備的熱水，夏季用于驅(qū)動(dòng)吸收式機(jī)組，冬季通過(guò)板換提供室內(nèi)空調(diào)采暖所需能量。太陽(yáng)能空調(diào)通過(guò)一臺(tái)熱水驅(qū)動(dòng)的單效吸收式機(jī)組，利用太陽(yáng)能熱量直接進(jìn)行供冷和蓄冷。

高性能的熱交換技術(shù)使得機(jī)組在更寬的介質(zhì)溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)低溫到高溫的熱源利用。新型流下液膜式發(fā)生器實(shí)現(xiàn)迅速的啟動(dòng)運(yùn)行，機(jī)組能效應(yīng)答性和能效更高。

照明用高效LED燈具，配置了智能化的控制系統(tǒng)，與占空傳感器、照度傳感器和電動(dòng)遮陽(yáng)百葉聯(lián)動(dòng)，根據(jù)室外日照和室內(nèi)照度的變化，調(diào)整室內(nèi)光源，以在降低室內(nèi)負(fù)荷與利用自然采光之間尋求節(jié)能空間。

由于剛剛投入使用，示范樓的智能化系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)仍在調(diào)試，尚未按照設(shè)計(jì)工況運(yùn)行，加之沒(méi)有采暖季，示范樓的高效節(jié)能未能以數(shù)據(jù)呈現(xiàn)?！暗卦礋岜孟到y(tǒng)從5月運(yùn)行到現(xiàn)在，出水溫度沒(méi)有高過(guò)20℃?！毙靷?duì)各個(gè)能源系統(tǒng)的運(yùn)行表示滿(mǎn)意。

這棟樓的建造是否昂貴？徐偉用了“經(jīng)濟(jì)適用”4個(gè)字。

示范樓帶有科研性質(zhì)，如僅傳感器就安裝接近1000個(gè)，每層用不同類(lèi)型的新風(fēng)系統(tǒng)。從功能上說(shuō)，示范樓由一個(gè)基本系統(tǒng)和一個(gè)選擇系統(tǒng)組成，基本系統(tǒng)用于保證制冷、供熱及照明。

“基本系統(tǒng)的造價(jià)并不貴，選擇性系統(tǒng)是科研性質(zhì)，像光伏發(fā)電系統(tǒng)用于展示、實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)格講這不算作成本。窗戶(hù)又為什么這么貴？它沒(méi)有規(guī)模，只為我們少數(shù)建筑特制，在試驗(yàn)階段，它不是真正意義上的市場(chǎng)價(jià)格?！毙靷ヮA(yù)測(cè)，各個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化后，能耗有大幅下降，回收期只要四五年。

行為方式的適應(yīng)

徐偉并不諱言示范樓采用的建筑節(jié)能技術(shù)的先進(jìn)性。“這棟樓的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，產(chǎn)生80℃~120℃的熱水驅(qū)動(dòng)空調(diào)，家用太陽(yáng)能集熱器也就是40℃~50℃的熱水。我們這都是‘十一五’國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目課題的成果。”

示范樓是中美清潔聯(lián)合能源聯(lián)合研究中心建筑節(jié)能示范工程，集成展示了32項(xiàng)建筑節(jié)能和環(huán)境控制技術(shù)，美方就其中12項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)與中國(guó)展開(kāi)合作，在地源熱泵系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)、高性能可變色玻璃、門(mén)窗密封材料、智能照明控制、環(huán)境監(jiān)控技術(shù)等方面給以支持。

惟一的障礙是示范樓里的員工能否適應(yīng)這一環(huán)境。大樓里配置了新風(fēng)系統(tǒng)，習(xí)慣了開(kāi)窗就不適合。示范樓用的是無(wú)風(fēng)的輻射空調(diào)，降溫速度慢，但是很穩(wěn)定，也需要員工去適應(yīng)。進(jìn)出樓的方式同樣影響到能耗的表現(xiàn)，一層的電梯口便貼了步行上樓的提示。這些都不是技術(shù)上的問(wèn)題。

該院為此編制了使用手冊(cè)，員工人手一份。第一章便是節(jié)能維護(hù)管理。其中，有很多條款被內(nèi)部稱(chēng)為“強(qiáng)條”，如建筑有新風(fēng)系統(tǒng)杜絕開(kāi)窗，室溫設(shè)置不得低于26℃，人走燈滅等。

“這些在過(guò)去都是基本要求，但我們是節(jié)能示范樓，設(shè)計(jì)目標(biāo)按照這個(gè)要求來(lái)的?！毙靷フJ(rèn)為，員工的行為適宜于超低能耗建筑是最大的貢獻(xiàn)。

7月11日，在近零能耗示范建筑揭牌儀式上，美國(guó)能源部部長(zhǎng)厄尼斯·莫尼茲提出，希望將“近零能耗建筑”提升為“凈零能耗建筑”。言下之意是大面積上光伏。該樓一名員工告訴中國(guó)房地產(chǎn)報(bào)記者，美國(guó)的零能耗實(shí)驗(yàn)建筑非常強(qiáng)調(diào)光伏的應(yīng)用?！暗绻挥霉怆姡瑫?huì)給這個(gè)大樓直接帶來(lái)成本的大幅上升”。

中美技術(shù)路線的差別，背后是產(chǎn)業(yè)環(huán)境、政策環(huán)境的差異。中國(guó)太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，單位面積價(jià)格便宜，光熱效率比較高。美國(guó)是以光電為主，熱利用很少。國(guó)內(nèi)光電想要入網(wǎng)，理論上可行，實(shí)際操辦困難。

“如果5~10年內(nèi)，光伏成本繼續(xù)大幅下滑，或者光伏電池效率大幅度提高，那未來(lái)的技術(shù)方向可能會(huì)發(fā)生大的變化?！痹撊耸空f(shuō)。