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　　[摘 要] 我國建筑節(jié)能工作經(jīng)過 30 年的發(fā)展，取得了舉世矚目的成就，但是建筑節(jié)能工作的下一步發(fā)展路線和目標尚不清晰。從世界范圍看，為了應對氣候變化，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，超低能耗建筑、近零能耗建筑、零能耗建筑的概念得到了廣泛關(guān)注。本文首先對近零能耗建筑發(fā)展存在的問題進行深入探討，其次提出適宜的解決路徑。

　　[關(guān)鍵詞] 建筑節(jié)能; 超低能耗建筑; 近零能耗建筑; 零能耗建筑

　　0 引 言

　　我國正處在城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時期，經(jīng)濟社會快速發(fā)展和人民生活水平不斷提高，導致能源和環(huán)境矛盾日益突出，建筑能耗總量和強度上行壓力不斷加大。實施能源資源消費革命發(fā)展戰(zhàn)略，推進城鄉(xiāng)發(fā)展從粗放型向綠色低碳型轉(zhuǎn)變，對實現(xiàn)新型城鎮(zhèn)化，建設生態(tài)文明具有重要意義。自 1980 年以來，在住房和城鄉(xiāng)建設部的領(lǐng)導及各級政府和科研機構(gòu)的共同努力下，以建筑節(jié)能標準為先導，我國建筑節(jié)能工作取得了舉世矚目的成果，尤其在降低嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑供暖能耗、公共建筑能耗和提高可再生能源建筑應用比例等領(lǐng)域取得了顯著的成效 ( 圖 1) 。我國的建筑節(jié)能工作經(jīng)歷了 30 a 的發(fā)展，現(xiàn)階段建筑節(jié)能 65% 的設計標準已經(jīng)基本普及，建筑節(jié)能工作減緩了我國建筑能耗隨城鎮(zhèn)建設發(fā)展而持續(xù)高速增長的趨勢，并提高了人們居住、工作和生活環(huán)境的質(zhì)量[1]，但面向未來建筑節(jié)能工作的中長期發(fā)展路線和目標尚不清晰。

　　從世界范圍看，為了應對氣候變化，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，超低能耗建筑、近零能耗建筑、零能耗建筑的概念得到了廣泛關(guān)注，歐美等發(fā)達國家先后制定了一系列中長期發(fā)展目標和政策，以不斷提高建筑的能效水平。歐盟 2010 年修訂的《建筑能效指令》( Energy Performance of Building Directive， EPBD) 要求歐盟國家在 2020 年底前所有新建建筑都必須達到近零能耗水平[2-3]。美國能源部建筑技術(shù)項目設立目標，到 2020 年零能耗住宅市場化， 2050 年實現(xiàn)零能耗公共建筑在低增量成本運營[4]。

　　2002 年開始的中瑞超低能耗建筑合作，2010 年上海世博會的英國零碳館和德國漢堡之家是我國建筑邁向更低能耗的初步探索[5]。2011 年起，在中國住房和城鄉(xiāng)建設部與德國聯(lián)邦交通、建設及城市發(fā)展部的支持下，住房城鄉(xiāng)建設部科技發(fā)展促進中心與德國能源署引進德國建筑節(jié)能技術(shù)，建設了河北秦皇島在水一方、黑龍江哈爾濱溪樹庭院、河北省建筑科技研發(fā)中心科研辦公樓等建筑節(jié)能示范工程[6]。2013 年起，中美清潔能源聯(lián)合研究中心建筑節(jié)能工作組開展了近零能耗建筑、零能耗建筑節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域的研究與合作，建造完成中國建筑科學研究院近零能耗示范建筑[7]、珠海興業(yè)近零能耗示范建筑等示范工程，取得了非常好的節(jié)能效果和廣泛的社會影響。

　　2016 年發(fā)布的《中國超低/近零能耗建筑最佳實踐案例集》[8]，對我國開展超低/近零能耗建筑工程項目的技術(shù)方案、施工工法以及運行效果加以總結(jié)、梳理和提煉。示范工程涵蓋嚴寒、寒冷、夏熱冬暖、和夏熱冬冷四個氣候區(qū)，包括居住建筑、辦公建筑、商業(yè)建筑、學校、展覽館、體育館、交通樞紐中心等不同建筑類型。超低/近零能耗建筑已從試點成功向示范過渡，未來具有廣闊的發(fā)展前景。

　　為了建立符合中國國情的超低能耗建筑技術(shù)及標準體系，并與我國綠色建筑發(fā)展戰(zhàn)略相結(jié)合，更好地指導超低能耗建筑和綠色建筑的推廣，受住房和城鄉(xiāng)建設部委托，中國建筑科學研究院在充分借鑒國外被動式超低能耗建筑建設經(jīng)驗并結(jié)合我國工程實踐的基礎上，編制了《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導則( 試行) 》[9]，并于 2015 年 11 月發(fā)布。導則頒布實施后，一批示范工程參照本導則進行建設。此外，北京市、河北省、山東省等地也相繼編制和出臺了適用于本地的被動式超低能耗建筑技術(shù)導則或設計標準。在導則實施的過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題。例如，導則雖對被動式超低能耗綠色建筑進行定義，但對于目前較為流行的近零能耗建筑、零能耗建筑等名詞的定義與其之間的差別尚不清楚。此外，導則僅針對居住建筑提出技術(shù)要求，而缺少對被動式超低能耗公共建筑的技術(shù)指導。與國外發(fā)達國家相比，我國在氣候特征、建筑室內(nèi)環(huán)境、居民生活習慣等方面都有獨特之處，發(fā)達國家技術(shù)體系無法完全復制，需要針對我國具體情況開展基礎理論研究，建立技術(shù)及指標體系，開發(fā)設計及評價工具，相關(guān)科研工作也在陸續(xù)開展。

　　2017 年 9 月，由中國建筑科學研究院牽頭、共 29 家單位參與的“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目 “近零能耗建筑技術(shù)體系及關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)”啟動。該項目旨在以基礎理論研究和指標體系建立為先導，以主被動技術(shù)和關(guān)鍵產(chǎn)品研發(fā)為支撐，以設計方法、施工工藝和檢測評估協(xié)同優(yōu)化為主線，建立我國近零能耗建筑技術(shù)體系并集成示范。

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　　為促進“十三五”時期建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，住建部以及部分省市地區(qū)政府都對超低/近零能耗建筑發(fā)展提出明確目標要求[10]，具有巨大市場需求和廣闊發(fā)展前景。但是，我國近零能耗建筑仍處在起步階段，面臨未來 5 ～ 20 a 發(fā)展需求，近零能耗建筑仍存在諸多技術(shù)瓶頸。本文首先對近零能耗建筑發(fā)展存在的問題進行深入探討，其次提出適宜的解決路徑。

　　1 發(fā)展存在的問題

　　1. 1 我國發(fā)展近零能耗建筑的特殊性

　　中國作為一個歷史悠久、國土廣袤的多民族發(fā)展中大國，不同地區(qū)的文化和氣候差異很大，我國研究近零能耗建筑的特殊國情主要體現(xiàn)在以下 3 個方面:

　　1) 不同于發(fā)達國家的高舒適度和高保證率下的高能耗，我國建筑能耗特點為低舒適度和低保證率下的低能耗。研究表明，無論是人均建筑能耗還是單位面積建筑能耗，我國目前都遠低于發(fā)達國家，這主要是由于我國的建筑形式和能源使用方式?jīng)Q定的[11-12]。在我國長江流域及以南地區(qū)，由于采用 “部分時間、部分空間”的采暖方式，采暖能耗遠遠低于同樣氣候狀況的歐洲國家[11]。在室內(nèi)溫度方面，我國夏季室內(nèi)溫度高于歐美，冬季室內(nèi)溫度普遍偏低[13]。并且，我國開窗是居住建筑獲得新風的普遍形式[14]，而在歐美發(fā)達國家通常使用機械通風保證新風量的供應。如果我國近零能耗建筑追求歐美的全空間全時間的高舒適度，勢必導致建筑能耗的快速上升。就現(xiàn)階段而言，使用國際相關(guān)指標體系中的一次能源消耗量要求對于我國是不適用的。

　　2) 我國地域廣闊，氣候差異大。國家標準 GB 50178—1993《建筑氣候區(qū)劃標準》將我國劃分為五個氣候區(qū)，不同氣候區(qū)的氣候差異巨大。從采暖/供冷度日數(shù)的概念來看，深圳、武漢和北京地區(qū)的平均年供冷度日數(shù)分別為 2107、1189 以及 840[15]，差異巨大。因此，我國無法實施統(tǒng)一的近零能耗建筑能耗指標，各氣候區(qū)需要建立自己的指標體系。

　　3) 多層、高層居住建筑是我國住宅建筑的主要形式，空置率過高導致的戶間傳熱損失大和集中設備負荷率低對建筑能耗產(chǎn)生重要的影響。

　　1. 2 目標與技術(shù)路線不清晰

　　科學界定我國近零能耗建筑的定義及不同氣候區(qū)能耗指標是發(fā)展近零能耗建筑的基礎。目前尚存在近零能耗建筑定義、能耗指標以及技術(shù)指標體系缺失的問題。

　　近零能耗建筑的技術(shù)特征是根據(jù)氣候特征和場地條件，通過被動式設計降低建筑用能需求，提升主動式能源系統(tǒng)和設備的能效，進一步降低建筑能源消耗，再利用可再生能源對建筑能源消耗進行平衡和替代( 圖 2) 。通過對國際上相關(guān)定義的比對可以看出[16-17]，各國政府及機構(gòu)對于近零能耗、零能耗建筑的物理邊界、能耗計算平衡邊界、衡量指標、轉(zhuǎn)換系數(shù)、平衡周期等問題都不盡相同。不同的定義對近零能耗建筑的計算的結(jié)果影響很大。因此，應以我國建筑特點、能源結(jié)構(gòu)以及經(jīng)濟生活水平特點為基礎，對我國近零能耗建筑進行定義。

　　近零能耗建筑能耗指標的確定應通過對建筑全生命周期內(nèi)的經(jīng)濟和環(huán)境效益分析得到。德國被動房的性能，即累計熱負荷小于 15 kW·h /( m2 ·a) ，就是考慮該能耗水平能使歐洲近零能耗建筑在經(jīng)濟性上達到相對較優(yōu)的水平，接近經(jīng)濟最優(yōu)點[18]。最優(yōu)方案的確定，需要利用到快速自動優(yōu)化能耗模擬計算工具。目前，我國尚缺少多參數(shù)多目標優(yōu)化算法和工具，用以尋找不同氣候區(qū)、不同類型近零能耗建筑的經(jīng)濟和環(huán)境效益最優(yōu)方案，從而建立適宜的能耗指標體系。

　　要建立適合我國特點的近零能耗建筑技術(shù)體系，不同氣候區(qū)技術(shù)路線應有所差異。以建筑高保溫圍護結(jié)構(gòu)為例，極低的傳熱系數(shù)是以供暖需求為主地區(qū)實現(xiàn)近零能耗建筑的關(guān)鍵[19]。有研究顯示，對于以供冷需求為主的地區(qū)，圍護結(jié)構(gòu)熱工性能的提高，反而導致建筑能耗的增加[20]。這是由于內(nèi)熱及輻射得熱不易散失導致的，即使增加通風量，對于保溫較好的建筑冷負荷仍會有增長。因此，建立適應我國建筑特征、氣象條件、居民習慣、能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)基礎、法規(guī)及標準體系的近零能耗建筑能耗技術(shù)體系尤為重要。

　　1. 3 基礎性理論研究缺乏

　　近零能耗建筑是指適應氣候特征和自然條件，通過被動式技術(shù)手段，最大幅度降低建筑供暖供冷需求，最大幅度提高能源設備與系統(tǒng)效率，利用可再生能源，優(yōu)化能源系統(tǒng)運行，以最少的能源消耗提供舒適室內(nèi)環(huán)境，且室內(nèi)環(huán)境參數(shù)和能耗指標滿足標準要求的建筑物，已有的基礎性理論研究不適宜應用于近零能耗建筑?，F(xiàn)階段，我國尚缺少對近零能耗建筑高氣密性、超低負荷等特性下，有關(guān)空間形態(tài)特征、熱濕傳遞、氣密性、空氣品質(zhì)、熱舒適、新風系統(tǒng)能源系統(tǒng)等各參數(shù)間的耦合關(guān)系規(guī)律等基礎理論的研究。

　　以氣密性研究為例，首先，由于近零能耗建筑的高氣密性，盡管理論上室內(nèi)污染源特征與普通建筑并無差別，但是由于高氣密性等新材料的使用，以及使用后形成的高氣密性室內(nèi)環(huán)境，使得室內(nèi)污染物在散發(fā)種類與速率、氣相中的傳播途徑等方面產(chǎn)生差異，最終影響室內(nèi)污染物的分布。其次，由于我國由裝修和家具引起的室內(nèi)污染較為嚴重，近零能耗建筑的新風全部依賴于機械通風，而非開窗通風，因此如何科學界定我國近零能耗建筑的基準新風量以及分時分季的修正方法以滿足室內(nèi)空氣品質(zhì)要求，需要進一步研究和確定。新風量的增加勢必導致能耗的上升。有研究表明[21]，由于使用初期，內(nèi)裝修剛完成不久，殘留異味較大，需要不定時開窗通風，因此系統(tǒng)供冷初期試運行階段能耗較高。再次，對于可以開窗的普通建筑以及全部依賴機械通風的近零能耗建筑而言，科學評價熱舒適所應采用的方法和標準也應有不同[22]。

　　1. 4 主被動技術(shù)性能及集成度低

　　近零能耗建筑主被動技術(shù)性能及集成度低問題主要體現(xiàn)在 1) 缺少高性能墻體、外門窗、遮陽關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品; 2) 缺少集成式高效新風熱回收設備; 3) 不同氣候區(qū)低冷熱負荷建筑供暖供冷系統(tǒng)方式不明確; 4) 可再生能源和蓄能技術(shù)耦合集成應用不高。

　　1. 4. 1 被動式技術(shù)

　　2016 年發(fā)布的《中國超低/近零能耗建筑最佳實踐案例集》[8]對我國既有超低/近零能耗建筑進行調(diào)研，本研究選取 14 棟有完整以及合理數(shù)據(jù)的建筑進行分析。通過比較可以發(fā)現(xiàn)( 表 1) ，用于超低/ 近零能耗建筑的部品性能要遠遠高于現(xiàn)行節(jié)能標準。平均而言，超低/近零能耗建筑屋面、外墻和外窗的傳熱系數(shù)比普通建筑分別低 68% 、70% 和 62% 。因此，需要開發(fā)高性能產(chǎn)品與技術(shù)以推動近零能耗建筑的發(fā)展。——論文作者：徐 偉，楊芯巖，張時聰