零碳建筑的实现路径分享

碳中和福利来了：零碳建筑的实现路径分享

原创零碳达人立青绿建节能方向标今天

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绿建节能方向标

介绍建筑领域碳中和的实施路径，科普零碳建筑、被动式超低能耗建筑相关标准、政策和技术策略

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随着对可持续生活方式的需求增加，城市正试图找到创建环境友好型社区的策略。从被动设计到回收材料，建筑师正把注意力转向气候变化，并试图通过建筑和设计找到解决方案。到2050年，世界上的每一栋建筑——每一个家庭、办公室、学校、工厂——都需要实现净零碳，以将全球气温保持在2摄氏度以下。据估计，到2030年至少超过2摄氏度4万亿美元的资产将面临危险，另有1亿人陷入贫困。

城市占全球二氧化碳排放量的70%以上。关于一半的排放量来自建筑物中照明、电力、供暖和制冷所消耗的能量。此外，新兴经济体的城市将占多数到2030年全球能源使用的增长。这远比绿色发电甚至交通更具挑战性。世界上很少有估计有17亿如今，建筑是净零碳建筑。为了改变这种情况，2019年9月在2019年联合国气候行动峰会上发起了一项名为“人人享有零碳建筑”的多伙伴全球倡议。包括肯尼亚、土耳其、阿拉伯联合酋长国和英国在内的参与国已承诺实施国家和地方政策，到2030年使所有新建筑实现净零碳，到2050年使现有建筑实现净零碳。

去年世界绿色建筑理事会世界银行(WorldGBC)也发起了一项类似的努力，名为净零碳建筑承诺对于目标相同的企业、房地产开发商、城市和地区。

什么是净零碳建筑(ZCB)？

净零碳建筑，由世界绿色建筑理事会是“高能效建筑，完全由现场和/或场外可再生能源供电。”因此，对于这些建筑，能源消耗被产生的可再生能源所抵消。许多国家和城市已经明确设定了净零建筑的目标，以努力达到《巴黎协定》设定的最高标准。研究表明，减少建筑能源需求是应对气候变化最具成本效益的方式。zcb也有重要的共同利益，比如改善居民和工人的健康和生活质量。

零碳建筑的五个关键组成部分|世界绿色建筑理事会

零碳之路

有明确的必要措施来减少建筑环境产生的碳排放。然而，我们目前没有实现任何显著的同比削减，除非实施包含新标准、激励和处罚的新政策，否则我们不太可能实现这一目标。为我们的新住房设定零碳目标将是实现真正减排的一个明确而大胆的步骤，许多城市和地区正在朝着这个目标前进。

然而，理解这实际上意味着什么以及如何实现还很不清楚。

检查来自能源性能证书(EPCs)的数据以及来自真实建筑的监测数据，向我们表明，采用净零排放方法存在三个问题:

预测的热能需求和实际能源使用之间存在性能差距

能源需求(冬季供暖)和可再生能源发电(夏季太阳能光伏发电，秋季和冬季风能发电)之间存在季节性差异。这表明需要跨季节储能，这将导致储能损失

通过国家电网可以部署和管理的可再生能源数量有限

由于这些问题，一个名义上的零碳家庭将不会有零二氧化碳排放，但仍将每年排放18公斤二氧化碳/平方米，英国平均68平方米的新家庭将需要28块太阳能电池板来实际实现零净运营碳排放，远远超过其可用的屋顶空间。

从国家层面推断，这种零碳模式是无法实现的，因为增加电网容量、存储容量以及支持这一模式所需的可再生能源发电的空间和成本是根本无法实现的。

相比之下，同等的Passivhaus只需要14块太阳能电池板，大大降低了对电网和存储增强的需求，并将所需的可再生发电能力减半。因此，通过织物优先的方法减少供暖能源需求是实现现实中零碳家庭的唯一可行方法。

如果零碳“边界”从单个建筑扩展到国家层面，那么如果我们新家的织物效率水平提高到Passivhaus水平，实现净零运营碳建筑环境是可能的。

建筑物需要能量来为居住者提供一个可居住的环境，如前表所述。虽然我们可以采取措施提高能源使用效率，但我们永远无法将实际使用量降至零。因此，为了实现零排放，我们需要能够用来自可再生能源的能源来抵消我们的实际能源使用。这似乎让零碳的定义变得简单明了——所有受监管和不受监管的能源都必须被可再生能源所抵消。

然而，我们使用多少碳也与我们使用什么类型的能源以及这些能源是如何产生的有关。英国的国家战略是通过引入更多可再生能源来“脱碳”电网。这已经产生了重大影响，目前0.519千克二氧化碳/千瓦时的电网电力排放系数将从2020年开始降至0.233千克二氧化碳/千瓦时。这几乎等于天然气的排放系数为0.21千克二氧化碳/千瓦时。

与直接用电相比，使用热泵将使供暖和热水的实际耗电量至少减少一半。因此，似乎简单地从燃气转换到热泵来利用电网脱碳本身就能显著减少排放。这是否足以让我们接近零碳？

下图显示了按照《建筑法规》标准10建造的68平方米房屋的年度能源需求明细，首先使用燃气锅炉供暖和热水(当前情况)，然后使用空气源热泵的同一房屋应用2020年排放系数。这些需求与16块太阳能电池板的发电量形成对比。

平均新建筑能源需求——现状和2020年ASHP

我们谈论的是碳还是能源？

当然，我们的目标必须是减少碳排放，但单纯关注排放而不考虑能源效率可能会导致不合理的决策。随着与不同能源相关的碳因素的变化，建筑产生的碳排放会随着时间而变化。随着国家电网能源供应的变化，这些变化可能是长期的(几年)或短期的(几小时)。所采用的建筑服务类型也对最终的排放水平有很大影响，因此在建筑寿命期间，升级和更换各种建筑服务系统将改变与建筑用途相关的碳量。因此，精确测量和预测碳使用变得复杂，并且基于几个假设——随着我们对未来的展望越来越深入，这些假设变得越来越不可靠。

相比之下，建筑物的能源需求在整个生命周期内相对一致，最显著的变化是由居住习惯和气候造成的。如果建筑物的能源需求首先被最小化，那么随后由减少的碳因子产生的排放减少是一个受欢迎的奖励。出于这些原因，本分析将重点关注作为主要衡量标准的能源使用情况，但会在适当的情况下将其与碳排放联系起来。

新版本设计要求

ZCB的关键是所谓的深度能效。这是一个整体建筑的方法，其中设计和建筑，建筑材料，包括绝缘和窗户，加热，冷却，电力和空气交换设备都集成在一起，以减少50%至75%的能源使用，甚至更多。

利用建筑物的设计来最大限度地利用自然光。

安装遮阳装置，减少夏季的太阳热量，并在冬季最大化。

在建筑周围创造一个新的高性能密闭外壳，在不可能的地方，升级现有的结构。

增加和改善建筑物墙壁、地板和屋顶的隔热性。

减少整个建筑的热桥。

通过安装三层或双层玻璃，优先考虑朝北和暴露的立面，最大限度地减少通过窗户的热量损失。

安装机械通风热回收(MVHR)系统，以确保用户舒适并减少热量损失。

确保所有需要的照明都由发光二极管提供。

确保所有的灯都由被动红外传感器控制

将太阳能光伏和太阳能热能安装到适当的立面和朝南的屋顶。

利用SMART控件。

拆除燃气锅炉，使用空气或地源热泵加热建筑物。如果做不到这一点，安装带有烟气热回收装置的高效锅炉。

拆下燃气器具，换上电。

安装屏幕，使能源使用可视化，并鼓励居住者改变行为。

通过选择材料、技术和翻新方式，减少翻新的碳含量。

翻新现有家具，并确保所有新家具都是高质量的，可持续到2036年，并且易于内部维护。

安装并利用雨水收集。

安装绿色屋顶或无障碍屋顶花园。

在住宅建筑中，将建筑设计成公共空间。仅在公共空间提供电视和娱乐，以减少能源需求。

安装收集动能的健身设备，并利用它为建筑提供动力。

确保至少一年的高质量使用后评估

翻新设计要求

针对现有建筑的类似方法被称为“深层能源改造”。在住宅中，这种改造可能包括:

在可能的情况下，利用建筑物的设计来最大限度地利用自然光。

在建筑周围创造一个新的高性能密闭外壳，在不可能的地方，升级现有的织物，同时保持其特性。

增加和改善建筑物的墙壁、地板和屋顶的绝缘。

减少整个建筑的热桥。

通过安装三层、双层或二层玻璃将窗户的热量损失降至最低。有可能拆除原有窗户，然后用二次玻璃窗进行重建。

安装机械通风热回收(MVHR)。

确保所有需要的照明都由发光二极管提供。

确保所有的灯都由被动红外传感器操作

拆除燃气锅炉，使用地源或空气源热泵加热建筑物。如果做不到这一点，安装带有烟气热回收装置的高效锅炉。

尽可能利用太阳能光伏和太阳能热能。如有必要，藏在外墙后面，以保持建筑的外观美感。

安装蓄电池。

利用SMART控件。

安装屏幕，向用户展示能源使用情况，以鼓励行为改变。

通过选择材料、技术和翻新方式，减少翻新的碳含量。

翻新现有家具，并确保所有新家具都是高质量的，使用可持续来源的材料建造到2036年以后，并且易于内部维护。

安装并利用雨水收集。

在可能的情况下，创建无障碍屋顶花园或绿色屋顶。

在住宅建筑中，将建筑设计成公共空间。仅在公共空间提供电视和娱乐，以减少能源需求。

确保至少一年的高质量使用后评估。