面向零能耗建筑的再生设计与实施策略研究.pdf

中国厨卫环境保护与节能面向零能耗建筑的再生设计与实施策略研究张潇予（重庆市设计院有限公司，重庆4 0 0 0 1 5）摘要：随着全球能源危机和气候变化的不断加剧，零能耗建筑作为可持续发展的重要策略受到了广泛关注。文章旨在探讨面向零能耗建筑的再生设计与实施策略，以推动建筑领域的可持续发展。通过研究，可以深入了解零能耗建筑的理念与实践，为建筑行业迈向更加可持续的未来提供有益的指导和启示。关键词：零能耗；建筑；再生设计；策略中图分类号：TU201Research on Regenerative Design and Implementation Strategies for Zero-energy BuildingsZHANG Xiaoyu(Chongqing Institute of Design Co.,Ltd.,Chongqing 400015,China)Abstract:With the intensification of the global energy crisis and climate change,zero energy consumption building as animportant strategy for sustainable development has been widely concerned.This paper aims to explore the regeneration de-sign and implementation strategy for zero energy consumption buildings,in order to promote sustainable development inthe construction field.Through the research,we can deeply understand the concept and practice of zero energy consump-tion building,and provide useful guidance and Enlightenment for the construction industry to move towards a more sus-tainable future.Key words:zero-energy;buildings;regenerative design;strategies1引言随着全球能源需求的不断增长和气候变化的加剧，寻找可持续能源解决方案已成为当今世界所面临的重要挑战。在这一背景下,零能耗建筑作为一种创新性的策略,引起了建筑界和环境保护领域的广泛关注。零能耗建筑不仅可以显著减少能源消耗，还可以减少温室气体排放，促进可持续发展。然而，零能耗建筑目标的实现，不仅需要技术创新，还需要全面的再生设计思维以及有效的实施策略。2再生设计理念的应用2.1原则与概念再生设计理念在零能耗建筑中的应用是推动建筑行业走向可持续发展的关键一步。再生设计强调通过模仿自然生态系统的原则,将建筑与环境融为一体，实现资源的循环利用和生态系统的恢复。在零能耗建筑领域，再生设计原则与概念的应用可以极大地提高建筑的能源效率和环境适应性,从而实现零能耗的目标。首先,可持续性是再生设计作者简介：张潇予（1 9 8 9）,研究生，中级工程师,研究方向为建筑设计。238|中国厨卫的核心原则之一，也是零能耗建筑的基石。通过考虑建筑的整个生命周期，从设计、建造到运营和拆除，再生设计可以减少能源和资源的浪费。其次，在零能耗建筑中，可持续性体现在材料的选择和使用上，优先选择可再生、可回收的材料,减少对有限资源的依赖。此外,再生设计鼓励建筑与周围环境相互协调,最大程度地减小对生态系统的干扰，实现自然与建筑的有机融合。循环利用与再生材料是再生设计的另一个关键方面，在零能耗建筑中具有重要意义。通过使用再生材料,如再生钢材、再生玻璃等,可以减小材料在生产过程所产生的能源消耗和环境影响。再生设计鼓励在建筑拆除后,将材料进行拆解和回收，使其可以再次用于建造新的建筑，实现资源的循环利用。这种循环模式有助于减少建筑废弃物的产生，同时降低新材料的需求，从而降低建筑的碳足迹。2.2具体应用2.2.1节能与能源生产系统再生设计在节能与能源生产系统方面的应用，需要强调最大程度地减少建筑的能源消耗。这可以通过优化建筑的热工性能,采用高效的隔热材料和窗户系统,以减少能源传递。此外,建筑的被动设计策略，如合理的朝向、遮阳系统和自然通风，也能降低对机械化空调和采暖系统的依赖。环境保护与节能中国厨卫再生设计还鼓励利用可再生能源，如太阳能电池板和风能整设备运行策略，降低能耗，从而避免能源浪费。这种实时发电装置，以自主生产能源,实现建筑的自足能源。将这些监测和智能反馈机制有助于快速响应能源问题，从而提高措施结合起来,可以显著提高建筑的能源效率，减少对非可能源利用效率。再生能源的依赖。1402.2.2材料选择与循环利用135再生设计在材料选择与循环利用方面的应用，强调选130择环保、可再生的材料,并在设计过程中考虑材料的循环利125用。建筑可以采用再生材料，如再生钢材、再生混凝土和再120生玻璃,以减少新材料的生产和能源消耗。此外,设计中的115模块化和可拆卸性也能促进材料的再利用。在建筑拆除110后，材料可以被拆解和回收，用于建造新的建筑，实现资源105的循环利用,减少废弃物的产生。这一循环利用的思想有10001助于减轻环境压力，推动建筑行业向更可持续的方向发展。2.2.3环境适应性与生态系统保护再生设计强调建筑与环境的融合，使建筑能够适应周围的自然环境。在零能耗建筑中，环境适应性意味着充分利用自然资源，如阳光、风力和地热，来实现能源需求。建筑的布局和朝向应该最大限度地利用自然采光和通风，减少机械化设备的使用。此外，再生设计还强调生态系统的保护。建筑可以通过绿化、雨水收集系统和低影响开发等方式，减少对生态系统的干扰，保护当地的生态环境。3零能耗建筑实施策略3.1能源效率与管理能源效率与管理是实现零能耗建筑的关键策略之一，其中能源模型与分析在该过程中具有重要作用。通过建立全面的能源模型并进行数据分析，可以深入了解建筑能源消耗的模式、高峰时段和潜在的节能机会，为制定有效的节能策略提供有力支持。（1)能源模型的建立是基于建筑能源系统的全面理解。这包括建筑的热、电、冷能源流动、设备的能耗特性以及外部环境的影响等。通过采集和整理实际数据，如温度、湿度、用电量等，可以建立精确的模型来模拟建筑的能源消耗情况。这个模型可以帮助识别建筑的能耗热点，了解能源消耗的季节性和周期性变化，为实施策略的制定提供依据。(2)数据分析在能源效率与管理中扮演着重要的角色。通过对能源数据的统计和分析，可以识别出潜在的能源浪费问题,找出能源消耗的异常情况，及时进行干预和调整。数据分析还可以协助确定节能措施的优先级，例如哪些区域的隔热需要改进，哪些设备的能效较低等。基于数据分析的结论,决策者可以制定相应的能源优化计划,以降低建筑的能源消耗。能源消耗数据统计如图1 所示。(3)智能能源管理系统可以实时监测建筑内各种能源消耗,如电力、热能和冷能。通过分析实时数据，系统能够准确地识别能源浪费和异常能耗，及时发出警报并采取措施。例如,如果某个区域的能耗异常升高，系统可以自动调+一每日能耗O异常能耗2345678910日期图1 能源消耗数据统计（4)智能能源管理系统可以通过自动化控制实现能源系统的优化。系统可以根据时间、季节、建筑使用情况等因素,智能地控制采暖、通风、空调等设备的运行。例如,在工作日的办公时间内，系统可以根据人员数量和室内温度自动调整暖通空调系统的运行，从而避免了不必要的能源浪费。这种智能化的自动化控制不仅能够提升能源效率，还可以提供舒适的室内环境。3.2可再生能源整合3.2.1太阳能与风能利用太阳能和风能作为广泛可利用的自然资源，为零能耗建筑提供了重要的能源补充。太阳能光伏板和风力发电系统可以在建筑的屋顶、墙面或周围地区安装，将太阳光和风能转化为电能。这些系统可以为建筑提供清洁、可持续的电力，从而减少对传统非可再生能源的依赖。在太阳能方面,光伏板可以将太阳辐射转化为直流电能，然后通过逆变器转换为交流电能供电使用。在零能耗建筑中，光伏系统可以满足建筑内部设备的电力需求，如照明、通风、供暖等。同时,多余的电力还可以被馈回电网,实现能源的双向流动。风力发电系统通过风力旋转涡轮机，产生机械能，进而转化为电能。在零能耗建筑中,可以选择安装小型风力发电机,如垂直轴风力发电机，以在风能资源较好的地区实现自给自足的能源供应。3.2.2生物质能源应用生物质能源应用主要有三种方式：直接燃烧、生物质气化和生物质液化。直接燃烧是将生物质材料（如木材、废弃物)进行燃烧，产生热能用于供暖或发电。生物质气化将生物质加热至高温，产生可燃气体，该气体可以用于热能供应或通过内燃机产生电力。生物质液化是将生物质转化为液体燃料,类似于生物柴油或生物乙醇，可以用于热能或交通运输的能源。生物质能源在零能耗建筑中有许多优势。首先,生物质能源是可再生能源，因为它来自于生物有机物质，如木2024年1 1 期2 3 9中国厨卫环境保护与节能材、农作物残渣等,这些资源可以在相对短的时间内再生。其次，生物质能源的燃烧过程相对清洁,产生的排放相对较少,对环境污染的影响较小。此外,生物质能源的利用还有助于减少废弃物的产生，促进循环经济。在零能耗建筑中,生物质能源的应用场景广泛,如以下方面：供暖和热水。通过生物质锅炉或生物质气化技术，可以为建筑提供温暖的室内环境和热水。生物质能源可用于烹饪，例如使用生物质气化炉或燃木灶。通过生物质发电技术，如内燃机发电或生物质液化发电，可以为建筑提供电力。3.3建筑外部环境优化建筑的布局和朝向直接影响能源消耗和室内舒适度。通过合理的布局和朝向优化，可以最大程度地利用自然资源,降低能源消耗。例如,在北半球,主要功能区域通常朝南布局,以最大程度地接收阳光和passiv 的太阳能。南向朝向还可以最大限度地减少冬季供暖需求，减轻能源负担。此外，布局设计还应考虑建筑之间的间隔,以确保充足的日照和通风。绿化和自然通风是优化建筑外部环境的关键策略，有助于改善室内空气质量，降低室内温度，并减少空调的使用。在零能耗建筑中，可以通过增加植被覆盖和开放空间来增加绿化。植被不仅可以吸收太阳辐射,降低建筑表面温度,还可以吸收CO2，改善室内空气质量。此外，自然通风可以通过布置通风窗，设置庭院和通风塔等方式实现。自然通风不仅能够降低室内温度，还有助于排放室内的湿气和污染物，提高室内环境的质量。3.4材料与循环利用可持续材料选择是确保建筑材料的环保性和资源可再生性的重要一环。在零能耗建筑中,选择符合环保标准的材料可以减小对环境的影响,减少资源消耗。可持续材料通常具有较低的能源消耗和排放，以及循环利用能力。例如,采用经过认证的再生材料、可生物降解材料和低VOC（挥发性有机化合物）的涂料可以减少室内污染和对环境的负担。可持续材料的可持续性与应用范围见表1。表1 可持续材料的可持续性与应用范围材料类型可持续特性来源于再生林地，再生木材减少森林砍伐玻璃窗与隔热材料?高效的隔热和采光性能低VOC涂料洞减少室内有害挥发物的释放生物降解材料可降解、对环境友好可循环材料容易回收和再利用零能耗建筑强调循环利用和减少废弃物的产生。建筑废弃物管理包括从设计到施工和拆除阶段的废弃物规划和240|中国厨卫处理。有效的废弃物管理可以最大限度地减小对环境的影响。建筑材料的选择应考虑可拆卸性和可回收性，以便在建筑终止使用后能够更容易地进行回收利用。拆除时,应尽量分类废弃物,将可再生材料送往再生中心，减少填埋和楚烧。4评估与优化4.1实际能耗数据收集与分析面向零能耗建筑的再生设计需要持续的评估与优化，其中实际能耗数据的收集与分析是不可或缺的步骤。下面以零能耗办公楼项目为例进行分析，包括实际收集到的能耗数据以及数据分析的结果。在一个零能耗办公楼项目中,收集了一年的能耗数据,包括电力和热能的消耗。以下是该项目的实际能耗数据的一部分。年度总用电量为180000kWh、年度总热能消耗1 5 0 0 0 0 MJ、年度太阳能发电量为7 0 0 0 0 kWh、年度风力发电量为1 2 0 0 0 kWh、年度生物质能源使用量为8 0 0 0 kg、年度建筑总面积为2500m。通过分析实际能耗数据，可以得出以下结论。（1)能源供需平衡。从太阳能和风力发电的数据来看，项目年度可再生能源产量为8 2 0 0 0 kWh。这意味着总能源供应超过总能源需求，从而支持了零能耗建筑的设计理念。(2主要能耗来源。总用电量和热能消耗的数据显示，电力消耗在能源消耗中占较大比例。这可能是因为设备的高电耗性质，因此需要优化电力使用和设备能效。（3)季节性变化。能耗数据分析还显示出季节性的能耗变化。冬季的热能消耗较高，说明需要进一步优化供暖系统在寒冷季节的能效性。（4)再生能源利用。虽然太阳能和风力发电有所贡献，但在整个能耗中所占比例较低。可以继续优化可再生能源系统,以更大程度地减少非可再生能源的使用。4.2建筑性能持续改进策略为了实现建筑性能的持续改进，建筑必须进行持续的监测和数据分析。这意味着在运营阶段，要定期收集能耗数据、室内环境参数等信息，并进行深人的数据分析。通过应用范围这些数据，可以识别出能耗的变化趋势、热点区域、异常情况等。监测和数据分析的结果为决策者提供了优化建筑运地板、家具、隔板等行、改善能源效率的依据。例如,如果发现某个区域的能耗窗户、立面材料、升高，可以进一步检查设备运行是否正常，是否需要进行调屋顶保温层等整或维护。文墙面涂料、地板涂料等建筑的各种设备和系统在使用过程中需要定期的维护生物质隔热材料、和保养，以确保其正常运行和高效工作。定期维护可以帮可生物降解塑料等助防止设备的能效下降,避免能耗的不必要增加。此外，随钢材、铝材、再生混凝土等着技术的发展,新的节能技术和设备可能会出现。因此,在建筑的使用寿命内,定期的设备更新和技术升级也非常重要，以确保建筑一直处于能源效率的前沿。参考文献参考文献环境保护与节能中国厨卫建筑的性能持续改进需要相关人员的积极参与和合会和环境带来积极的影响。作。因此,持续的培训与教育对建筑性能的提升至关重要。建筑的使用者、维护人员以及管理人员都应了解建筑的设计原则和节能策略，以及如何操作设备以确保最佳性能。培训可以帮助相关人员更好地理解和利用建筑的能源系统,最大程度地发挥其性能优势。5结语再生设计不仅是一种策略,更是一种思维方式,是将建筑与环境融为一体，寻求生态平衡和可持续发展的理念。通过应用可再生能源、最优化建筑布局、推进材料循环利用等方法，可以减少对有限资源的依赖，减少能源消耗，创造更加宜人的生活和工作环境。通过采用再生设计与实施策略,能够将零能耗建筑的理念转化为切实可行的实践,为社(上接第 2 3 7 页)5结语在当前国家大力倡导可持续发展理念的背景下，城市建设越来越重视生态环境的保护，而将海绵城市理念融人城市给排水工程的设计中，可以有效实现水资源的充分利用,在一定程度上可以缓解我国水资源紧张的问题。因此，在市政给排水工程的建设过程中，工作人员需对海绵城市理念的内涵形成一个清晰的认识,并对给排水系统在设计和规划中存在的问题进行科学的处理,提高城市给排水工程的建设质量。这样，既能有效地提高城市水资源的使用效率，又能够实现对水资源的合理控制，满足城市居民用水和排水的需求，从而推动城市的可持续发展。1孙瑞瑞,鲁月红,季海霞,等.光伏并网零能耗社区的奖惩成本设计 J.建筑节能（中英文）,2 0 2 1,4 9（8）：7 9-8 4,1 0 3.2王方园,陈玫.生态技术在绿色建筑中的应用探索 J.内蒙古煤炭经济,2 0 2 1(5)：1 7 5-1 7 6.3董晓亚.夏热冬冷地区净零能耗办公建筑节能设计研究D.北京：北京建筑大学,2 0 2 0.4褚英男，宋皓,孙菁芬,等.近零能耗导向的光伏建筑一体化设计路径初探 J.建筑学报,2 0 1 9（S2)：3 5-3 9.5魏蒙蒙，鲁月红,王金芝，等.零能耗建筑可再生能源系统优化设计 J.安徽工业大学学报（自然科学版）,2 0 1 8,3 5（3)：266-273.1张瀚月，罗浩，王媛.海绵城市理念在建筑给排水设计中的渗透分析 J.中国房地产业,2 0 2 1(1 1)：3 6.2赵绪兰.海绵城市理念在市政给排水设计中的渗透研究 J.华东科技（综合）,2 0 2 1(2)：1.3王文政.海绵城市理念在市政给排水设计中的运用分析 J.建材发展导向,2 0 2 1,1 9(1 2)：1 9 5-1 9 6.4曾汉营.海绵城市在市政给排水设计中的运用研究 J.砖瓦,2 0 2 1(9):1 4 6-1 4 7.5袁波.海绵城市理念在市政道路给排水设计中的应用J.高铁速递,2 0 2 2(5):1 6 2-1 6 4.2024 年|1 期2 4 1