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英国政府已经为实现零碳建筑设定了严格的最后期限，但关于如何真正实现零碳建筑却几乎没有指导。为研究和应对碳中和目标对建筑业的影响，以及未来的发展方向，英国建筑钢铁协会(BCSA)和塔塔钢铁(Tata Steel)花了两年半时间和100万英镑进行了一项研究，该研究的主要目的并不是比较钢筋和混凝土的优势。而是确定最具成本效益的材料和技术组合，使低碳和零碳建筑成为现实（而且研究结果也确实表明，不管是钢结构、砼结构，甚至木结构，特定建筑物结构形式对碳排放影响微乎其微）。该研究通过对学校、仓库、超市、办公室和混合用途的五个典型方案进行分析，并分别给出对应的解决方案的最佳技术组合。研究报告包含了不同方案之间成本差异的细节。该系列报告的综述部分可以参考：《目标：建筑碳中和》，本文是该系列报告的《学校类建筑碳中和路线》，该份报告基于一个既有完工学校项目，通过附加不同的零碳建造技术路线及零碳附加措施，对比分析如何以最低的造价，采用多种技术组合，满足政府提出的“优秀”评级标准。并对混凝土结构和钢结构进行了造价和碳排放方面的对比……鉴于国内“碳达峰、碳中和”的大背景，而国内建筑业在标准制定、基础研究方面惯用的引用习惯，英国这份研究报告具有极大的参考价值，因为大概率国内最终技术路线和走向基本会参考英国目前的一些评价标准，因此早点对评价体系涉及的技术组合进行研究，对未来企业在碳达峰碳中和技术竞争中，取得一定的先发优势。 
目录
1.0介绍
2.0背景
3.0可持续发展学校
4.0研究方法
5.0研究对象：诺斯利学校
6.0主要发现
7.0低碳建筑路线
7.1什么是零碳?
7.2建筑法规第L部分
7.3能源效率
7.4现场LZC技术
7.5直连供热
7.6允许的解决方案
7.7操作碳指导
7.8气候变化的影响 8.0如何达到规范的“优异”等级
8.1规范的结果和指导
9.0结构设计
9.1结构对运行碳排放的影响
9.2热惰性
9.3基础设计
10.0内含碳
10.1内含碳指导 附录
A用于评估低和零运营碳排放解决方案
B能源效益评估方法
C低碳和零碳(lzc)技术评估
D能源效率和LZC技术成本
E明确生命周期评估模型 能源效益一揽子计划（三个package） BREEAM评级
零碳目标研究是一项由塔塔钢铁公司和英国建筑钢铁协会(BCSA)资助的工作计划，旨在为英国的可持续、低碳和零碳建筑的设计和建设提供指导。分析了五种非住宅建筑类型:一所学校、一个配送仓库、一个外地超市、一个中高层写字楼和一个多功能建筑。以最近建成的典型建筑为基准，“零碳目标”调查了可持续建筑的三个具体优先领域:运行碳排放——如何通过结合适当的和具有成本效益的能源效率措施和低碳和零碳(LZC)技术来减少操作能源使用和相关的碳排放BREEAM评估——如何以最低的成本获得“非常好”，“非常优秀”和“优秀”BREEAM评级。隐含碳排放——建筑隐含碳的量化，尤其侧重于不同的结构形式。该项目由可持续建筑领域的领先组织组成，包括AECOM和Cyril Sweett，由塔塔钢铁和钢结构研究所(SCI)提供钢结构专业知识。该指南为建筑客户和他们的专业顾问提供了关于如何设计和建造可持续的学校建筑的信息和指导。本指南中的图片展示了钢框架学校建筑的最新例子。
英国政府已经设定了一个雄心勃勃且具有法律约束力的目标，即到2050年减少全国温室气体排放至少80%，到2020年中间目标是减少34%(相对于1990年的基准)。建筑的运营目前占英国温室气体排放量的一半左右，因此，如果要达到这些目标，就需要显著改善新建筑和现有建筑的性能。政府已经宣布了到2016年实现新学校零碳排放的目标，目前正在就非住宅建筑零碳定义进行咨询。虽然这个定义还有待解决，但其发展方向是明确的。通过建筑法规的L部分，可能的目标路线图已经到位，为建筑行业提供指导，使其能够开发解决方案，以实现未来的低碳和零碳目标(见章节7.2)。正是在这样的背景下，英国钢铁建筑行业通过资助研究和通过目标零项目在这一重要和具有挑战性的领域提供指导来支持政府和建筑行业。
教育是政府社会政策的基石，是其可持续发展战略的核心。更好的教育与国家未来的经济繁荣和社会结构的改善密不可分。政府希望每一所学校到2020年都能实现可持续发展，并且已经建立了一个国家框架来指导学校实现这一目标。可持续发展学校的定义是，通过教学、结构和日常实践，让学生为可持续发展的生活做好准备。学校的基本要求仍然是教育我们的孩子，因此，提高学校建筑可持续性的措施不与此相冲突是很重要的。自2005年以来，儿童、家庭和学校部(DCFS)要求所有主要的新建学校建筑和翻新项目都要经过BREEAM评估，并至少达到BREEAM良好评级。儿童与家庭服务部还成立了一个零碳任务小组，现在已经发布了建议，并发布了一份报告，概述了零碳学校的路线图。零碳目标的调查结果有助于本报告]的建议。建设未来学校(BSF)是英国学校50多年来最大的单一资本投资项目。从2005年开始，BSF将在15波投资浪潮中重建或大幅翻新英格兰所有的3500所中学。该计划是儿童与家庭服务部更广泛的资本战略的一部分，该战略将使英格兰学校的总资本投资从2007/08年度的64亿英镑增加到2010/11年度的82亿英镑。BSF致力于在2011年之前将新建BSF学校的运营碳排放量在2002年的基础上减少60%。
基于最近建成的典型的英国现行实践建筑。对于每个建筑，定义了一个基本案例，刚好满足2006年第L部分的要求，这个基本案例建筑被用作评估的基准。然后使用以下工具对基本案例进行建模，以评估引入一系列具体可持续发展措施的影响和成本:运行碳综合环境解决方案(IES) L部合规软件(5.9版)BREEAM 2008由塔塔钢铁公司开发的嵌入式碳清晰生命周期评估模型。可持续建设评估的复杂性不可避免地意味着这些措施之间存在重叠。在相关情况下，一直按照目标零评估影响。例如，运行碳评估与BREEAM的这方面是一致的。对于联合或单独在项目中实施低碳和零碳目标以及BREEAM评级提供指导。重要的是区分运行碳排放遵从性和运行碳排放设计模型。L部分的合规是基于国家计算方法(NCM)，其中包括某些可能导致预测和实际操作碳排放之间差异的假设。使用不受NCM约束的良好热工设计软件，可以更准确地评估和减少实际运行能耗。“零碳目标”的目的是评估符合未来《建筑物规例》L部要求的最具成本效益的方法，因此，NCM已被用作可操作的碳评估的基础，并在适当的情况下，通过进一步设计模型加以辅助。模型和相关成本计算的结果随后被用于开发最具成本效益的方法，以实现低碳和零碳建筑，以及具有非常好、优秀和良好的BREEAM评级的建筑。(见附录d)此外，我们还为每幢建筑物设计了不同的结构设计方案:
诺斯利学校是位于默西塞德郡诺斯利的基督国王学习中心中学。这座BSF大楼于2008年12月竣工，共有900名学生和50名教职员工。学校内部总建筑面积为9637米。该建筑基于9米x 9米的结构网格，有许多9米深的教室。这是当地教育部门的要求，他们特别要求81平方米的教室。这个决定，基于高效的学校运营和教学要求，排除了该建筑使用自然通风策略。学校的隔间很大，所以大多数房间只有单侧通风。在这种情况下，9米深的楼层无法有效地进行自然通风。该建筑的主要建筑特征是:一个标准的9米x 9米的结构网格，一个591平方米的体育馆，一个由ETFE屋顶覆盖的冬季花园，一个三层高的中庭，上层的一些外部露台。学校采用钢结构框架支撑预制混凝土楼板，并由木材覆层、铝幕墙和陶土雨幕组合而成。建筑通过屋顶上的中央空气处理设备和独立的能源中心进行机械通风，其中包括热水锅炉和地源热泵，提供所有的空间供暖和制冷。在零碳目标分析研究中，对形式、结构和服务进行了改变，以提供一个更具有代表性的基础案例学校建筑。这些包括:地源热泵被移除，取而代之的是传统的燃气加热和电驱动冷却 绝缘等级被降低，直到不超过L部分标准2的要求 冬季花园被拆除，留下一个开放的庭院空间 系统效率被修改为行业标准 立面被简化为一种建筑类型:木材覆层。 然后，通过改变照明系统的能源效率，对基本案例建筑模型进行微调，使L2A部分通过到1%以内。请参阅附录一。
本节提供了零目标学校研究的主要发现，并引导读者阅读报告的相关部分。如果只采用节能措施(即不采用LZC技术)，仅增加0.14%的资本成本就可以实现2010年L部分减排25%的目标。为达到这一目标而采取的措施可节省成本(即25年净现值为负)，因此建议所有新校舍均应采用这些措施。(见7.3节)。没有哪种节能措施与单一的现场LZC技术相结合，可以实现真正的零碳排放，这将需要减少124%的管制排放。仅使用一项技术，就能在现场最大程度地减少86%的运行碳排放(占总碳排放的69%)，这是通过使用燃料电池热电联产，并结合一套非常高的能源效率措施实现的。(见7.4节)。使用一套节能措施，再加上一个50kW的风力涡轮机、1300平方米的光伏阵列、一个生物质锅炉和216平方米的太阳能热板，就可以以最经济的方式实现100%以上的运营碳排放减少。这些措施增加了12%的资本成本。(见7.4节)。一些被考虑的场外LZC技术能够在负25年净现值的情况下实现零碳排放。最具成本效益的选择是购买一家大型海岸风电场的股份。如果现场以外的风能技术无法获得或被允许，即不允许作为一种允许的解决方案，区域热电联产厂是下一个最具成本效益的选择。(见7.1和7.6节)。达到未来可能的低碳和零碳目标的最具成本效益的途径如图1所示。BREEAM(Building Research Establishment Environmental Assessment Methodology，建筑研究机构环境评估方法)是目前领先的、应用最广泛的建筑环境评估方法。通过案例研究学校建筑的估计资本成本上升为(见章节8.1):+5.8%达到BREEAM Outstanding。基本情况下，建筑基本建设成本为2250万英镑(£2335 /平方米)，参见9章。结构对基础案例建筑的运行碳排放的影响很小，建筑排放率(BER)在轻型(钢)和重型(混凝土)结构选项之间的变化小于1%。(见9.1节)。在三种结构选择之间，在结构能量储存方面没有发现明显的差别。该建筑的隐含碳有相当大的比例存在于下部结构中。在所研究的三种基础解决方案中，使用钢桩的效果最好，钢桩也具有可持续的优势，易于拆卸，在使用寿命结束时重新使用或回收，留下一个相对干净的场地。(见9.3节)。相对于基本情况，现浇钢筋混凝土结构的建筑具有较高的隐含碳影响(11%)，而钢组合结构的影响略低(3%)。(参见10)。
这个部分工作的目标是开发成本效益,低碳和零运行碳排放的解决方案,满足政府渴望零碳学校和预计的路线图上的里程碑为零碳,即提出了2010年和2013年L合规目标部分。附录a中描述了评估低和零运行碳解决方案的方法。运行碳是用来描述建筑运行阶段温室气体排放的术语。建筑物的加热、冷却、通风和照明等耗能活动产生的排放，即《建筑物规例》所规定的受管制排放，以及其他目前不受管制的排放，包括使用电器和小功率插头负载(如IT)。这些电器目前不受监管，因为它们不是建筑装修的组成部分，可能每隔几年就会更换一次。政府宣布了到2016年新学校实现零碳排放的目标，并正在就非住宅建筑的零碳定义进行咨询。政府支持一种层次方法来满足建筑的零碳标准，如图2所示。该方法的重点依次是:节能措施——确保建筑按照非常高的构造节能标准建造，并使用高效的供暖、制冷、通风和照明系统。目前的建议是，遵循住宅建筑的先例，根据提供空间供暖和制冷所需的交付能源，设定能源效率的标准。这个标准目前还没有为非住宅建筑的碳排放标准设定现场或附近的碳合规性——这是与2006年第L部分要求相比所要求的二氧化碳排放量减少的最低限度。能源效率措施和现场能源生产(或直接连接的热)的贡献水平已经作为政府关于零碳非住宅建筑政策选项的咨询的一部分。非住宅建筑的碳合规水平尚未设定，但11种建筑类型的结果显示，按照2006年L部分标准，超市的碳合规水平为13%，酒店的碳合规水平为86%，仓库的碳合规水平为100%。 允许方案——一系列额外的有益措施来抵消剩余排放，例如向邻近的开发项目输出低碳或可再生热量，或投资LZC社区供暖。政府提出，非住宅建筑的零碳目标将包括受管制和不受管制的能源使用。还有一项建议，可以为建筑物内未受管制的能源使用设定一个固定的比率津贴，作为比受管制的能源使用增加10%或20%的改善。
建筑法规的L部分是英国建筑操作碳排放的监管机制，在定义朝向零碳建筑轨道的适当中间步骤中发挥关键作用。2006年对L部分的修订要求完全自然通风的空间比2002年的标准节省23.5%，机械通风和冷却的空间节省28%。2010年对第L部分的修订建议，非住宅建筑的管制碳排放量将比2006年的要求进一步减少25%。非住宅建筑在2013年及以后的变化将是磋商的主题，但预计将进一步设定与住宅类似的门槛。到2013年，这一要求预计将比2006年的要求提高44%。图3显示了L部分的要求自2002年以来发生了怎样的变化，并显示了在学校建筑零碳轨道上可能的进一步减少要求。在“零碳目标”中，学校建筑的运行碳排放结果包含25%、44%、70%、100% (BER =0)和124%(基础案例建筑的真正零碳)可能的减排要求。这些减排目标早于政府于2009年11月公布的新非住宅楼宇政策方案谘询期。70%的减排目标是根据国内建筑目标制定的。要实现案例研究学校建筑的真正零碳排放，需要减少124%的监管碳排放，即监管和不监管能源消耗的年度净碳排放都为零或更少。2006年的L部分要求规定，应使用一种规范性方法，即国家计算方法(NCM)，来评估建筑的运行碳排放。零碳目标的目的是评估满足未来建筑法规L部分要求的技术和财务影响，因此NCM被用作本研究的基础。使用NCM评估的基本案例建筑的总运行碳排放为每年355吨二氧化碳。
NCM的设计主要是作为一种评估工具，用于衡量拟议建筑与L部分法规要求之间的比较排放，而不是作为一种设计工具。人们普遍认为，NCM中的一些假设可能导致对能源使用的模拟预测与现实中可能发生的预测之间的差异。很可能的是，随着时间的推移，随着L部分的修改，NCM本身也将得到改进，但是不可能预测这些修改可能是什么，所以目前的NCM已经被使用，假设L部分评估的通用方法将保持不变。图4显示将附录B所界定的个别能源效益措施引入基本个案大楼后，所取得的实际二氧化碳排放量减少的模型。结果表明，影响最大的措施是与学校建筑中最大的能源需求相关的措施，即照明，见图19。
表1总结了三套节能方案节省的运营碳排放，以及它们的资本成本和25年净现值。尽管这三个一揽子计划的资金成本较高，但一揽子计划A中的所有措施在25年期间都能节省资金，因此应在公帑资助的学校项目中实施。Package B也有负的NPV，所以Package B中的所有措施也应该在公费学校项目中考虑。但是，它们可能不是实现所需削减的最具成本效益的手段：LZC技术可能更具成本效益。
用于评估和比较LZC技术的方法在附录A和c中进行了描述。研究发现，没有一个单独的现场LZC技术能够在基础案例建筑中实现真正的零碳，即减少124%的管制排放。仅使用一项技术，就能在现场最大程度地减少86%的管制排放(总碳排放的69%)，这是通过使用燃料电池热电联产技术与能源效率包c结合实现的。因此，我们进行了进一步的分析，以评估将几种现场LZC技术与能源效益套件(见第7.3节)结合使用附录c所述的方法的有效性。这些分析发现，操作碳排放减少可达管制排放的119%。(96%的总碳排放)通过使用节能包C和四种LZC技术:燃料电池热电联产;一台50kW风力发电机;一个大型光伏阵列和一个生物质锅炉。因此，基础案例学校不能通过能源效率和现场LZC措施实现真正的零碳。这一揽子措施非常昂贵，导致资本成本增加24%，25年净现值为6,779,343。对LZC技术的一系列可行组合进行了评估，以确定最具成本效益的一揽子兼容措施，以实现未来可能的遵守指标。附录C中的图C1说明了满足这些目标的选定的措施包，并在表2中完全定义了这些措施包。表2表明，利用现场技术可以大幅度减少二氧化碳的实际排放量，但是这样做的额外费用开始受到限制。例如，与2006年的L部分要求相比，要实现100%的管制排放减少，最低资本成本增加12%。这还不包括目前与IT设备和白色家电等小家电所使用的能源相关的不受监管的排放。
非住宅零碳建筑的政策选择包括使用直连热作为实现碳达标目标的一种手段。这可以由LZC技术提供，如燃料电池热电联产和废物能源(EfW)工厂。大型非现场LZC安装往往会从规模经济中获益，因此，如果这些可用，它们可能比现场解决方案更有吸引力。“零碳目标”分析发现，许多非现场lzc预计在考虑的25年期间节省资金，因此非常有吸引力。“零碳目标”研究发现，提供直接连接的热量的最具成本效益的途径是地区热电联产厂。CHP变体是模仿和地区热电联合系统由燃气轮机或预测燃料电池是最具成本效益的途径实现减少44%和70%低于2006年部分L的当前需求,尽管这些目标必须包括一个贡献能量有效率不熟悉。最具成本效益的途径，以减少100%的管制排放和真正的零碳，分别是生物质保真红色热电联产和厌氧消化热电联产。如表3所示，这些技术有望在建筑的生命周期内为建筑运营商节省资金。然而，并不是所有的学校都在这样的地区计划是可行的。地区CHP计划在人口密集的城市地区是最可行的，尽管英格兰和威尔士约83%的公立中学在城市地区，但这些计划通常不太可能在具有足够高的热需求密度的地区使地区CHP可行。表3总结了可以直接为学校建筑供热的主要场外技术。给出了碳排放、资本成本和NPV节约的模型结果。结果是基于与能源效率包B结合使用的技术(见表1)。案例1仅满足生活热水需求，而案例2同时满足生活热水和空间供暖需求。
在就零碳非住宅建筑政策方案[5]进行的咨询中，提出了以下允许的解决方案:进一步的现场碳减排超出监管标准(增加碳合规)，以减少剩余排放，考虑到进一步的碳合规比其他允许解决方案满足高标准的节能电器更具成本效益的情况。这可以激励以IT为重点的企业使用低能耗的先进硬件建筑控制系统，从而减少能源使用水平，从开发项目向其他开发项目出口低碳或可再生热(从开发项目附近进口的可再生热将被纳入碳合规的一部分计算)低碳和零碳社区热基础设施的投资。其他选择也仍在考虑之中。在考虑能源效率和碳合规水平的同时，还需要考虑具有成本效益的可接受解决方案的潜力。例如，预计大规模的场外允许解决方案将比小规模的现场lzc更有效。选择可能是有限的，然而，需要满足一些碳减排目标的现场lzc作为碳合规措施。此外，场外风(和其他场外LZCs)的净现值由场地边界输入/输出的当前和未来能源的假定值决定，这些用于评估“允许解决方案”的能源输入/输出值可由法规确定。
图7给出了一个流程图，指导如何开发低成本或零碳运行的路径。下面给出流程图中所示步骤的指导。客户对实现可持续、低碳和零碳目标的承诺应包含在一个明确的简要和目标中，例如，在受管制的碳排放方面改善70%。概要和任何运行的碳目标，都应具体说明能源效率和现场LZC技术的贡献，以及客户是否准备和/或能够连接到场外技术。这也应该考虑到任何资金或地方规划的要求，例如要求使用可再生能源满足建筑能源需求的最低比例的政策。重要的是要确保提高学校建筑可持续性的措施不与学校的最佳功能和运作相冲突。例如，在Knowsley学校，客户要求有大的、方形的教室，这意味着浅平面、自然通风的建筑形式是不可行的。(见5.0节)。确保在项目早期进行相关的设计分析和集成，是确保设计以最低成本最大化其低碳排放潜力的关键。在设计过程的早期提供易于理解、准确的成本建议是为任何新建学校开发最具成本效益的零碳解决方案的关键。在考虑能源效率措施和低碳和零碳技术的成本时，重要的是:生命周期成本调查以ts从能源节约成本占可再生能源义务以ts从销售certifi cates (roc)和再生热量义务certifi cates(关税在未来和潜在饲料)被认为是潜在的储蓄资助被认为是和容许的潜在成本考虑了对建筑结构/构造的成本影响的解决方案。例如，光伏阵列安装在平面屋顶需要额外的支撑结构，而光伏层压在低坡屋顶则不需要。拨出一项预算来减少运行的碳排放是至关重要的。“零目标”的研究结果可用于为一系列碳减排目标提供可能的资本成本上升的指示——见图1。
设计团队的所有成员都应该理解设定的可操作的碳目标以及他们在实现这些目标中的作用。目标应包括在其简要/合同中，并要求承担实现目标所必需的那部分工作。在项目中任命一位碳排放经理，负责实现目标，可能是有用的。这通常是由建筑服务工程师或BREEAM评估人员所扮演的角色。重要的是要了解建筑内部的能源使用情况，这样才能有针对性地实现最大程度的节能。例如，在基本情况下的学校建筑中，照明是主要的贡献者，如图4所示，照明效率的提高最大限度地减少了二氧化碳排放。但是，也应考虑到成本效益(见第7.3节)。建筑的使用模式也应该在设计过程的早期考虑到，因为这将影响建筑的能源需求。例如，经营早餐俱乐部和夜校的学校比只在正常开放时间营业的学校有更高的照明和取暖需求。国家计算方法(NCM)适用于不同建筑类型的标准活动时间表，因此不能考虑不同的入住时间表。场地约束对低碳和零碳建筑的经济性和可行性有重要影响，因此场地选择是一个关键问题。例如，引进大型风力涡轮机或整合(或启动)低碳区域供热系统的能力，将对建设零碳学校的成本效益产生巨大的积极影响，因此在设计过程的早期应给予适当考虑。因此，设计团队必须充分了解可用的LZC技术的可行性和场地施加的限制。他们还需要在场地边界之外寻找与其他LZC技术和其他建筑和网络集成的机会。
在学校功能和其他场地限制允许的情况下，应考虑改变平面深度，以最大限度地利用日光和采用自然通风解决方案的潜力。这种方法将涉及浅计划教室中其他功能的使用,但是经验表明,许多新的学校不是自然通风教室的功能需要优先考虑(见第五节)。减少计划的深度最大化日光和潜在的自然通风,在尽可能减少能源需求的同时，也应该进行研究。下面的指导方针是基于“零目标”研究的:朝北的房间——没有遮阳的情况下太阳热量增益低。需要冷却的房间(如高IT负荷的教室和服务器室)将从减少能源使用中受益。房间可以保持凉爽而不需要机械冷却也会以t从位于北立面(细胞缩小计划人员ce、艺术和音乐房间,等等)南面临房间——冬季太阳能吸热和有很高的有用,当阴影,控制太阳能得热在夏天。教室和办公室最适合安装适当的固定遮阳装置(冬季需要安装百叶窗以阻挡低角度太阳的眩光)。面向东西方向的房间无需太阳能控制玻璃或可调节遮阳装置就能获得高的太阳热量，以阻挡低角度太阳的照射。没有大面积外部玻璃的房间非常适合这里(如戏剧工作室、体育馆、厕所等)。减少能源需求是实现零碳的第一步，建筑构造性能，特别是玻璃，对建筑能源需求的三个要素有重要影响:空间加热空间冷却照明。在开发立面处理和规范时，重要的是要平衡这三个因素以及建筑的美学和功能。能量的动态热模型提供了机会和热舒适相关方面调查和优化和建议热造型委托在所有新项目,以确保建筑方向和玻璃和太阳能遮阳策略优化的限制场地和建筑的功能优先级。
表4指出，由于国家计算方法(NCM)处理热水需求的方式，一些热电热泵方案的表现并不理想。重要的是，LZC技术的评估是基于其性能的准确评估，而不是单纯基于NCM中的理论能量负荷。在缺乏大规模和场外技术的情况下，很可能需要太阳能热和光伏技术，以使学校建筑达到现场的碳合规目标。与允许解决方案的成本相比，它们也可能是一个具有成本效益的解决方案。因此，从一开始就方便地集成这些技术可以帮助降低成本。太阳能电池板产生最优输出南面临时,阴影和海拔30到40,因此在屋顶上安装太阳能电池板(锯齿的南面北光,植物屏幕,等等)或者在南立面(如上阴影windows)是理想的地点。当安装在绿色屋顶上时，光伏板的性能可以得到提高(因为绿色屋顶有助于降低环境温度)。许多低碳和零碳技术被发现是最具成本效益的，将需要比传统HVAC工厂更大的厂房空间。生物质技术还需要燃料输送和储存。一旦选择了LZC技术，它们应该在最早的机会集成到设计中，以优化设计和减少资本支出。例如，换热系统的选择应考虑热源的选择。应该注意的是，改善构造的隔热性能远远超过2006年的L部分水平被发现比改善建筑服务布局及其控制的成本更低。与许多主流的低碳和零碳技术相比，对保温水平的适度改进被发现更具有成本效益。然而，超绝缘被发现比大多数低碳和零碳技术经济性更差。结构对学校建筑运行碳排放的影响很小，小于1%。参见9.1节。研究发现，热质量在减少碳排放和防止过热方面的好处对学校建筑的研究是有限的，特别是当考虑到未来的气候变化。参见7.8节。在设计过程中应考虑气候变化对建筑供暖和制冷需求的可能影响。预计的影响可能会增加夏季的制冷需求，减少冬季学校的供暖需求。这将减少许多提供热量的LZC技术的优势，同时提高那些提供冷却的技术的优势。重要的是要考虑引入LZC技术和某些节能措施对建筑设计的其他方面的影响。例子包括：屋顶或包层元素的变化，如增加保温或引入绿色屋顶，可能需要加强建筑基础或结构对空间规划的影响。例如，工厂需求的变化可能会影响空间规划厂房的大小将根据建筑中使用的LZC技术而有所不同。例如，生物质锅炉将需要更多的储存空间来储存木屑燃料和灰，以及燃料输送和废物收集的通道。如果建筑不需要备用厂房，提供区域供暖的场外解决方案的厂房尺寸可以大大减少。同样地，如果不需要备用或补充的加热或冷却设备，使用地源热泵等现场技术可能会导致厂房更小。
根据UKCIP对英国的气候预测，使用CIBSE天气带模拟气候变化对学校建筑的影响，表明学校的热能需求将逐步减少，而制冷需求将增加。对案例研究学校建筑的分析表明，供暖负荷预计在2005年至2020年期间减少9%，在2005年至2050年期间减少26%。在同一时期，制冷负荷预计将分别增加21%和75% -79%。尽管冷却负荷的增加看起来很大，但在研究的学校建筑中，冷却能源的需求很低(见图19)，因此，由此产生的碳排放的增加被供暖需求的减少所抵消。由于供热和制冷需求的变化，二氧化碳排放的总体净效应是到2020年减少2%的建筑总排放量，在2005年至2050年期间减少5%。在当前和未来的天气情况下，建筑结构的选择对总体运行碳排放的影响很小。空间热负荷的变化略有减少，而冷负荷略有增加，这取决于框架系统的性质。利用2005年的天气数据，分析了学校建筑的运行碳排放;首先是一个混凝土框架(选项1)，然后是一个替代的钢框架(选项2)。混凝土框架建筑预计比钢框架建筑少排放0.12%的二氧化碳。利用2020年的天气数据，计算出的差异为0.09%，到2050年仅为0.01%。钢筋和混凝土框架选项的细节在第9节给出。通过对许多保持热舒适的不同方法的测试发现，目前所研究的学校建筑需要降温，以保持可接受的温度水平，并符合建筑公告101[6]的要求。据预测，气候变化将导致气温升高，因此对降温的需求将继续存在，而且未来可能会略有增加。这适用于所研究的所有三种结构选择。
这方面的研究的目的是确定最具成本效益的路线，以实现基础案例建筑的非常好、优秀和优秀的BREEAM评级。为了为BREEAM评估提供一个基准，以诺斯利学派为模型的基本案例构建的定义如第5节所述。为了反映位置和其他因素对可达到的BREEAM评分的影响，我们在不同的场地条件和不同的设计假设下建立了六个场景的模型，如下所示两个与场地相关的场景:城市和郊区(绿地)。就可能的场地条件而言，这些情景代表了最好和最坏的情况与早期设计决策方法相关的两种场景:糟糕的方法和最佳的方法。这些情况包括与承包商在项目上的表现有关的因素两种情况与零运行碳的方法有关，有和没有风力涡轮机在现场是可行的。base case scenario是基于Knowsley School的实际位置、场地条件等，作为与以上六种方案比较的基础。通过将获得信贷的资本成本除以其权重，信贷被赋予一个加权值，并按照成本效益递减的顺序排列。然后，这些排名被用来定义最具成本效益的路线，以达到非常好，优秀和杰出的BREEAM评级为每个提议的场景。
图8为如何制定符合成本效益的途径达到目标BREEAM评级提供了指导。下面给出流程图中所示步骤的指导。图9显示了达到BREEAM优秀评级所需的信用余额。径向轴表示使用案例研究建筑的每个场址方案中，在BREEAM的每个部分下获得的可用信贷的比例。它展示了在城市、绿地和案例研究情景下最具成本效益的路线，以实现BREEAM杰出。对于绿地情景，交通(Tra)和土地利用与生态(LE)学分相对于其他情景会丢失，要求在BREEAM的其他部分获得学分。在这种情况下，最具成本效益的信贷在水、材料和健康和福利部分。
一个“城市”施工现场更有可能实现以下积分:
LE1 -土地再利用
LE3 -场地的生态价值和生态特征的保护
LE4-减轻生态影响
LE5 -改善地盘生态
Tra1 -提供公共交通
Tra2 -邻近便利设施。
所有这些积分都是零成本，因为地点，除了LE5：加强场地生态，包括提供生态特征，如鸟和蝙蝠箱、绿色屋顶、野生花卉种植或野生动物池塘。考虑到这两个位置场景的总资本成本上升，案例研究大楼如图10所示。
一个项目可能有一个碳减排目标，在这种情况下，通过实现该目标，可以获得必要的BREEAM能源信用。如果一个项目设定了零碳目标，那么就有可能相对容易和经济有效地获得优秀评级。“零目标”研究探讨了实现零碳目标与BREEAM之间的关系。图12显示了接近零碳目标的两种可能路径的资本和NPV成本;一个是风能技术可行的，另一个是风能技术不可行的。为了达到必要的减少二氧化碳排放，需要采取一揽子措施，即结合LZC技术和能源效率措施。这些组件的设计是基于它们实现了碳排放的最大可能的减少，同时承认实际和经济的限制，例如，光伏电池阵列的总面积受到可用屋顶空间的限制。图12底部的柱状图代表了风力技术在现场可行的情况下的资本成本(一个50千瓦的涡轮机包含在提议的一揽子模型中)。下一个柱状图反映了一种情况，即现场风力技术是不可行的，要么是由于风力可用性低，要么是空间或规划限制等其他问题。上面的两个柱状图显示了相同的两种情况，除了它们包括了所选能源措施的NPV效益，即考虑了LZC技术的运营和维护成本，以及在25年期间节省的公用事业成本。这些图表只关注优秀的评级,因为它被认为,如果一个零碳目标定在一个学校,然后是逻辑也追求一个优秀评级以来,到目前为止,最明显的成本获得一位杰出的BREEAM评级与运营能源学分。在能源方面，实现“非常好”和“优秀”BREEAM评级并不那么困难，因为可以通过单独的能源效率措施(即不使用LZC技术)实现这些目标。
设计团队在交付BREEAM评级的建筑方面的经验以及他们在设计过程中的早期参与对于经济有效地获得较高的BREEAM评级非常重要。通过这样做，许多BREEAM信用的要求可以整合到建筑的基本设计中。在其他BREEAM项目中工作的设计团队更有可能有与信用要求相一致的规范，并将有根据BREEAM要求的额外研究的模板报告，例如电梯效率研究。在实现BREEAM目标方面有经验的项目经理更有可能提出与可能需要的额外专业知识相关的问题，如生态学家。同样，工料测量师将拥有与达到BREEAM学分相关的先前成本数据。已进行BREEAM施工后评审的承包商将建立所需的系统和流程，以有效地完成这一工作。这将有助于实现建筑工地影响信用(监测能源、水和现场浪费)和负责任采购信用，并能够监测符合信用要求的材料和设备的采购。在这项研究中，与承包商经验直接相关的信贷进行了计算，如表7所示。假定一个典型的承包商能够获得所有这些费用相对较低的信贷。
与战略设计相关的学分关于建筑结构和形式的早期设计决定将会对以下BREEAM的学分产生影响:就楼板的深度和建筑物是否设计为自然通风而言，有可能实现自然通风。声学性能，包括作为Pol 5:洪水风险设计的一部分对音乐室进行声学增强，假设建筑物的设计符合《规划政策声明25》的规定，并已包括可持续城市排水系统的设计。图13显示了在典型的最佳实践和糟糕的设计方法下所需要的学分的比较。它说明了在假定学校建筑采用的典型的最佳和最差方法下，达到BREEAM优秀评级所需的信用余额。它表明，设计方法不佳意味着在管理、保健和福利以及废物科可获得的学分较少，因此在其他科，特别是在能源、水、土地使用和生态科必须获得更多的学分。在这些部分中，获得积分的成本更高。
对于案例研究建筑分析，结果表明，要获得优秀的BREEAM评级，差的设计方法成本上升1.1%，而采用最佳设计方法的建筑成本上升0.3%。同样，为了获得特别优秀评级，糟糕设计的成本上升10.6%，而采用最佳设计方法的建筑成本上升2.9%。在资本成本方面，这将节省17.02万美元，以达到优秀的评级，并节省175万美元，以实现特别优秀的评级，以应用最佳设计方法。考虑的两种设计方法场景的总资本成本上升如图14所示。
为了实现这些积分，必须使用狭窄的楼板，使办公桌与窗户的距离小于7米，并允许交叉通风。通风和冷却的方法必须与结构和建筑服务设计相结合。案例研究建筑基于9m × 9米的网格，许多教室都有9米深。这意味着表8中的大部分学分在案例研究楼中是无法实现的。之所以选择9m x 9米的网格，是因为当地教育部门特别要求81平方米的教室面积，其他几个空间在9m x 9米的结构网格上非常有效地工作。人们认识到，更深的教室将减少日光的渗透和视野，并阻止自然通风策略的使用，因此，在这个案例中，提出了机械通风策略。(见第5.0节)学校通常有64平方米的教室，基于8m x 8m的结构网格。这种网格尺寸将更有利于自然通风或季节性混合模式的解决方案，并将允许桌子放置在离窗户7m的范围内，以实现2%的日照系数。更多关于自然通风的指导和细节可以在CIBSE AM10非住宅建筑自然通风[7]中找到。表9给出了具体与空间分配、毗邻、建筑布局和相关景观相关的积分。
图15至17分别显示了案例研究学校建筑获得BREEAM Very Good、Excellent和Outstanding的最具成本效益的途径。它们显示了达到目标评级所需的累积积分和成本，并考虑了强制性和场景相关的积分，例如与站点位置相关的积分。图表显示了达到非常好、优秀和杰出BREEAM评级所需的每个学分的加权值。加权值是信贷的资本成本除以信贷权重。这些路线是基于案例研究学校建筑设计，并建立了一套假设，以确定每个信贷的资本成本。因此，这些路线可以作为潜在的资本成本上升的例子和最低成本的路线，以达到高BREEAM评级，而不是作为确定的指南，适用于所有项目。随着每一种情况的变化，项目的不同机会和约束可能会影响和改变最佳路线和资本成本的上升。从下至上，图表标识(紫色)强制性的信用要求。上面的零成本可选积分(以黑色显示)。这些排名没有任何特定的顺序。在这些(蓝色的)上面是非零成本可选学分。总的来说，这些学分在案例研究学校建筑的基础上确定了实现所需的BREEAM目标评级的最经济的途径。图表显示，有一些学分被认为是零成本的案例研究学校建筑。这些学分在类似的学校将是低成本或零成本的，因此可以作为在其他项目中选择最低成本学分的指南。图表还确定了每个项目需要特别计算的潜在高成本信用。建议通过与有经验的BREEAM评估人员密切合作，并利用这项研究来告知在设计过程的早期阶段所做的假设，来建立低成本和高成本的学分。
材料选择指南
研究表明，在BREEAM的材料部分中，在m1学分下计算分数的工具中有一个固有的权重。除了按面积对每个元素进行加权外，还使用了这种固有加权。固有权重如表10所示。表10显示，外墙、屋顶和地板饰面所占比重最大。对于案例研究建筑，通过选择绿色指南[8]，外墙、屋顶和地板饰面材料A+等级的材料，获得了全部6个学分。这些元素的相对面积因不同的建筑配置而变化，这将改变获得的点数。例如，一个五层的建筑将有较少的屋顶相对于建筑面积比基础案例学校。“零目标”分析的结果表明:与混凝土(一般为B到D)相比，钢结构的屋顶信用度通常更容易实现(绿色指南评级为a +到a);使用预制混凝土板或金属面板的钢框架(A+到A)比混凝土(一般B到D)更容易实现上层楼面信用;预制钢墙和屋顶覆层系统都有A或A+的绿色指南评级;外墙、内墙、窗户和地板装饰都很大程度上独立于结构。在BREEAM工具中，屋顶的固有权重(0.74)使其成为一个重要的元素，在这种情况下，分析表明钢结构比混凝土框架更容易达到要求的学分。
对学校建筑的三个备选结构方案进行了评估，如图18所示。基础案例建筑的资本成本与其他一些BSF资助的学校进行了比较，这些学校的建筑面积从6100到12600。每个项目的构建率都进行了调整，以便与基本情况进行直接比较，即确保定价、范围级别等的基准日期一致。这产生了每平方米2,145至2,605的建造成本。基本情况成本大约落在这个范围的中点。学校建筑的动态热模型显示，运行碳排放变化很小;在三种结构选择中，建筑排放率(BER)的变化小于1%。表12显示了这三座建筑物每年的二氧化碳排放量预测值。高热质量的建筑是由吸收和储存热量能力大的材料建造的。仔细利用这种惯性效应可以帮助稳定内部温度和减少夏季冷却负荷。热质量只有在直接暴露的情况下才真正有效，最常见的做法是将居住者上方楼层的拱背暴露在外。这在现代建筑中通常不会发生，因为现代建筑通常有假天花板来隔离热质量。热质量只有在白天储存在构造中的热量在晚上消散的情况下，才能有效地提供稳定的内部温度。现代建筑需要很好的隔热，所以除非外部空气在建筑内部循环，否则热量的散发是不可能发生的;也就是所谓的夜间冷却或净化。如果夜间不降温，那么每天早上建筑仍然会比前一天温暖，因此在长时间的炎热天气中，温度会持续升高。夜间冷却可以通过机械或自然方式提供。自然夜间冷却可以很简单，只要打开窗户，让凉爽的夜间空气在建筑物内部流通。然而，由于相关的安全风险，这种方法通常很难实现。另一种选择是提供整晚运行的机械通风，尽管这可能消耗大量的电能，因此会适得其反。除非冷却建筑所消耗的能源在总能源需求中占很大比例，否则热质量的好处通常很小，甚至可能增加建筑的二氧化碳排放，除非小心控制通风以最大化夜间冷却。这由图19所示，它给出了按能源需求划分的基本案例学校建筑的碳排放量。根据2005年的天气数据，冷却仅占运行碳排放总量的2%;由于气候变化，预计到2050年，这一比例将增加到3%。在某些情况下，可以考虑采用自然通风的热质量解决方案来减少操作碳排放。然而，正如本案例研究所证明的那样，通常还有其他重要因素可以缓解这种情况(见第5.0节)。此外，重型建筑的任何改善运行能源性能的假设都应使用动态热模型进行测试(见第7.8节)。在决定在建筑中利用热质量的地方，研究表明，最多可以动员约75-100毫米的结构深度的外露拱腹。这在大多数常见的多层框架系统中都可以使用，包括前一页中描述的所有三种。
为了探索基础案例建筑的子结构对成本和隐含碳的影响，重新设计了备选建筑方案的基础。基础案例学校建筑采用预制混凝土桩基础。建筑方案1(钢筋混凝土)也重新设计了预制混凝土桩，但由于上部结构较重，需要更多的大桩。方案2(复合金属甲板)采用h型钢桩进行重新设计。表13定义了评估的不同基础方案。表14列出了这些不同基础方案的比较费用，并列出了由桩柱分包商进行工程的估计费用，包括材料供应和安装、分包商的初步费用、间接费用、每个方案的整体开挖和地面承重板都是相同的。已就桩席、污染、工地障碍物等作出名义上的豁免。总体而言，方案2的子结构成本估计比基本情况低15%，比方案1低21%。单就打桩成本而言，h型桩解决方案(方案2)与基础案例预制混凝土桩解决方案相比可节省高达50%的成本，与方案1相比可节省61%的成本。这主要是由于方案2相对于其他方案减少了桩数，以及有可能使桩帽、地梁等设计合理化，从而对初步造价产生影响。
使用CLEAR模型评估了不同子结构选项的隐含碳(见第10节和附录E)。表15总结了用于桩、桩帽和地梁的材料数量，以及每个选项的隐含碳总量。这些结果已经包含在第10节中描述的整个建筑包含的碳评估中。桩基、桩帽和地梁的隐含碳占校舍隐含碳总量的7% - 8%。建筑方案1有最重的基础结构和最高的隐含碳足迹。相对于性能最好的h型桩解决方案，方案1的子结构重139%，碳足迹大37%。钢桩的主要优点是，它们可以很容易地提取、回收和重复使用，使场地不受污染，不需要再开发。
随着新建筑运行能效的提高，建筑材料和工艺的体现影响的相对重要性也在增加。认识到这一点，目标零的这一方面的目标是理解和量化学校建筑的具体碳排放，特别是侧重于不同的结构形式。隐含碳是指生命周期中发生的温室气体排放(以二氧化碳当量或CO2e表示)重要的是，所有生命周期阶段都要考虑在内的碳评估。如果不考虑寿命结束的问题，那么该分析将考虑材料被回收或再利用的同等拆除方案和被送到垃圾填埋场的拆除方案。这是许多嵌入式碳数据集和分析的常见缺陷，这些数据集和分析只评估从摇篮到大门的碳排放，即在工厂大门完成。建筑内部的碳排放和运行碳排放共同构成了建筑整个生命周期的碳足迹。所考虑的三种结构方案的隐含碳影响(见第9节)是用生命周期评估(LCA)模型CLEAR -见附录e来测量的。每个建筑都假定有相同的立面、窗户和排水系统，因此这些元素的隐含碳是相同的。维修问题被排除在分析之外，因为这方面的数据很少，而且评估的不同建筑方案之间的影响可能是相似的。图20显示了基本案例学校建筑和两种备选结构方案的总体隐含碳影响。相对于基础情况，现浇钢筋混凝土结构(选项1)具有较高的隐含碳影响(11%)，而钢组合结构(选项2)具有较低的影响(3%)。将数据归一化建筑总建筑面积，给出了以下的隐含碳排放量，分别为309、344和301公斤co2 /m2，分别用于基础案例和结构方案1和2。
图21和图22显示了三个建筑的材料质量，这些材料分别被分解为元素和材料。建筑材料的总质量估计在18.5kt(方案2)和23.3kt(方案1)之间。图显示大部分材料(60%至70%)用于基础和楼板，主要由混凝土和填充材料组成。上层楼层和排水系统也需要大量的材料，主要是混凝土。在承重结构中使用的建筑材料占总建筑材料的比例相对较小(3 ~ 4%)。
图23和24分别按材料和建筑元素显示了三座建筑中隐含碳的分解情况。
注意以下几点:与基本情况相比，方案1中额外使用的4577吨混凝土会增加900吨二氧化碳当量。尽管每吨混凝土的隐含碳含量相对较低，但建筑中使用的混凝土的体积使其贡献显著。如果考虑到资源消耗、浪费和寿命结束等其他问题，这种额外的混凝土也很重要虽然建筑中使用的木材数量相对较小，但木材模板对混凝土结构的影响(方案1)是显而易见的基本情况和选项2的结果非常相似。与选项2相比，基础箱具有更重的找平层和混凝土地板，相比之下，选项2在上层地板和h型桩中都使用了更多的钢材通过将承重结构与上层楼面相结合，钢结构解决方案的优势变得很明显，与现浇混凝土楼板方案相比，其隐含碳影响要小30%左右这三种选择对运输的影响几乎没有变化。影响约占总影响的7%尽管基于不太可靠的数据，现场建筑活动对隐含碳的估计在总影响的10%上相对显著。
隐含碳排放因素的质量和一致性是进行稳健、比较的整个建筑研究的关键。重要的是评估人员要完全理解所使用数据的范围和谱系，并使用一致的数据。许多嵌入的碳数据集是摇篮到大门的价值，即，它们排除了与该产品已离开工厂大门后的所有影响，例如运输、安装、现场垃圾、维护、拆除和包括再利用、回收和垃圾填埋在内的生命周期结束的影响。这种影响可能是重大的，因此在彻底的评估中考虑到生命周期的所有阶段是很重要的。在具体碳评估中，计算建筑产品的寿命结束影响是很重要的，例如，与木材产品的处置和处理有关的寿命结束假设可以对其整个生命周期的影响产生重大影响。同样，需要了解和量化金属等高度可回收产品的好处。评估人员需要了解这些问题，并在比较评估中准确和公平地说明这些问题。虽然碳是当前的优先事项，但重要的是要记住，还有许多其他的环境影响与建筑材料的制造和使用有关。因此，良好的做法是进行更彻底的生命周期评估(LCA)研究，除隐含碳外，还应包括其他环境影响，如用水、资源耗竭、生态毒性、富营养化、臭氧耗竭、酸化等。隐含碳评估可能对所作的假设非常敏感，例如在上述领域。因此，在进行具体的碳评估时，透明度至关重要，以便所有假设都与结果一起清楚地列出。对隐含碳评估中使用的关键假设和方法决策进行敏感性分析是一种良好的做法。
为了本研究的目的，LZC技术被广泛定义为满足建筑能源需求的技术，既不排放碳，也比传统方法的碳排放量低得多。34个LZC技术是仿照三套能源效率方案中的每一套设计的。每个LZCs应用于每一个能量有效率不熟悉包(见附录B)单独和模仿是大型和小型安装,例如共和人民党(CHP)单位在大规模的模仿,大小提供所有的空间,水加热,在一个小规模的,大小仅供应热水,这个较小的选择是项目中较为常见的方法，通常成本效益更高。至于能源效率措施，考虑到技术的资本成本和使用该技术节省的运行能源，为每种LZC技术建立了25年的净现值。LZC模型的初步结果表明，没有一项现场技术能够实现零碳，因此有必要结合若干现场技术。这是使用图C1这样的图来完成的。图C1显示了横轴上每年减少的二氧化碳排放量(相对于基本情况)与纵轴上25年净现值(相对于基本情况)的变化之间的关系。该图显示的只是许多能源效率措施和LZC技术组合的一个子集。图C1显示了在7.4节中定义和讨论的现场LZC解决方案。图C1显示了三个开圈，它们代表了附录b中描述的三个能源效率包。从这些圈中发出的直线代表了不相冲突的LZC技术的可能进展，或在线上表示标识的技术。每条线的梯度代表了每个措施的成本效益。在确定了碳减排目标后，如图中垂直线所示，性价比最高的技术包将是与选定目标的截距最低的技术包。当一项技术被发现比转移到下一个能源效率套件的成本效益更低时，它就会被折价。同样地，如果一项技术不能与已经选择的技术相结合，那么它也会被打折扣。不相容技术的一个例子是生物质锅炉和热电联产;这两种方式都为建筑提供热量，因此会竞争相同的能源负荷。这一过程确定了28种不同的现场技术组合(基于三套能源效率方案)。用于估算LZC技术成本的方法见附录D。
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