12项净零能耗建筑典型工程案例研究.pdf

建筑经济CONSTRUCTION ECONOMY第 44 卷第 S1 期2023 年 7 月Vol.44 No.S1Jul.2023摘要：发展净零能耗建筑正逐渐成为我国建筑节能发展的新趋势。基于严寒、寒冷、夏热冬冷三个气候区的12项净零能耗建筑示范工程的建设及运行管理情况，本文从节能降耗技术、可再生能源的产能技术方面提出实现净零能耗目标的“无差异技术曲线”，并总结分析示范工程的技术特点及增量成本。研究认为净零能耗建筑的各类技术和市场逐渐成熟，增量成本正逐渐降低，应在技术经济合理的条件下，发展多元化的净零能耗建筑技术解决方案。关键词：净零能耗建筑；工程案例；技术路径；增量成本中图分类号：TU201.5文献标识码：A文章编号：1002-851X（2023）S1-0384-04DOI：10.14181/ki.1002-851x.2023S1384Research on 12 Net Zero Energy Building Demonstration ProjectsWANG Shanshan，HOU Longshu，DING Hongtao（Center of Science and Technology&Industrialization Development，Ministry of Housing and Urban-Rural Development，Beijing 100835，China）Abstract：The development of net zero energy buildings is gradually becoming a new trend of building energy efficiency in China.Based on construction and operation management of 12 net zero energy building demonstration project from the severe cold climate zone，cold climate zone，hot summer and cold winter climate zone，this paper from energy saving and consumption reduction technology，renewable energy capacity technology put forward the net zero energy building goal“no difference technology curve”，and summarizes the technical characteristics of the demonstration project and the incremental cost.The research shows that all kinds of technologies and markets of net zero energy buildings are gradually mature，and the incremental cost is gradually decreasing.Diversified net zero energy building technology solutions should be developed under the condition of reasonable technology and economy.Keywords：net zero energy building；demonstration projects；technical path；incremental costs1引言净零能耗建筑经过40年的发展已逐渐被广泛接受和认可，正在成为建筑领域应对全球气候变化、空气污染及能源短缺的新举措。欧美许多国家都制定了相应的发展目标、技术路线及政策法规等，将发展净零能耗建筑作为建筑节能的新方向，不断探索净零能耗建筑技术路线，力图依靠各项节能措施及最大可能地利用可再生能源达到建筑用能与产能之间的平衡，并通过相关研究项目、示范工程及评价认证引导推进净零能耗建筑相关工作。与此同时，净零能耗建筑综合解决方案的咨询服务正在萌芽发展，已有成为建筑节能服务行业后起之秀的态势。自上世纪80年代，在建筑节能“三步走”战略的推动下，我国的建筑节能事业取得了长足发展，为净零能耗建筑在我国的发展奠定了基础。继2015年发布被动式超低能耗绿色建筑技术导则（试行）（居住建筑）后，2017年住房和城乡建设部发布 建筑节能与绿*基金项目：国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项“零碳建筑（社区）评价关键技术研究与示范”（2022YF E012268）；住房和城乡建设部2022年科学研究项目“建筑领域电气化路线图设计研究”（2022-R-018）作者简介：王珊珊，高级工程师，主要从事建筑节能与低碳发展研究。12项净零能耗建筑典型工程案例研究*王珊珊，侯隆澍，丁洪涛（住房和城乡建设部科技与产业化发展中心，北京 100835）第 44 卷第 S1 期385色建筑发展“十三五”规划，规划中提出，积极开展超低能耗建筑、近零能耗建筑建设示范，鼓励开展零能耗建筑建设试点。2019年1月，国家标准 近零能耗建筑技术标准（GB/T 51350-2019）发布，进一步明确了零能耗建筑的定义和技术路线。2022年3月印发的 “十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划 提出，京津冀及周边地区、长三角等有条件地区全面推广超低能耗建筑，鼓励政府投资公益性建筑、大型公共建筑、重点功能区内新建建筑执行超低能耗建筑、近零能耗建筑标准。到2025年，建设超低能耗、近零能耗建筑示范项目0.5亿平方米以上。可见，发展净零能耗建筑正逐渐成为我国建筑节能发展的新趋势。本研究梳理了12项净零能耗建筑示范工程，覆盖了严寒、寒冷、夏热冬冷三个气候区，主要以公共建筑为主，从技术路径及增量成本方面进行研究 分析。2净零能耗建筑无差异技术路线及技术路径净零能耗建筑指在满足舒适性的前提下，全年建筑运行能源消耗总量小于或等于建筑场所内可再生能源系统产能总量的单体建筑或建筑群。净零能耗建筑技术路线基本成熟，即被动优先，主动优化，再利用可再生能源，其技术体系主要由高性能围护结构系统、高效设备系统、可再生能源产能系统及能源管理系统等四部分组成。能源管理和能耗监测平台被称为净零能耗建筑的“大脑”，是净零能耗建筑运行的核心。其中，高性能围护结构和高效的设备系统重在降低建筑本身的能源需求，属于“节流”，太阳能等可再生能源的应用重在提供建筑产能，属于“开源”，一方面是降低能源需求，一方面是增加能源产出，在两者达到平衡的情况下，实现建筑的净零能耗。因此，降低建筑本身的能耗强度是实现净零能耗建筑目标不可或缺的基础，可再生能源产能则是在能源上实现自给自足的必要 条件。2.1净零能耗建筑“无差异技术曲线”降低能源需求和增加产能是建筑实现零能耗目标的两条技术路线，在既有的技术和经济条件的约束下，寻找最优的技术路线方案是净零能耗建筑的关键。图1是净零能耗建筑“无差异技术曲线”，纵坐标表示节能降耗技术，横坐标表示产能技术，同一条曲线上不同的技术组合都可以实现净零能耗，故称为“无差异技术曲线”，曲线的斜率代表两种技术的替代率。譬如，无差异技术曲线T1上的A点与B点均可实现建筑的净零能耗目标，相比起来，A点的节能降耗技术投入多，建筑能源需求低，产能技术投入就可以相对少些。无差异技术曲线T2与无差异技术曲线T1相比，T2曲线代表着更多的技术投入、更高的成本以及更好的建筑舒适度。在相应的舒适度要求和经济条件约束下，在对应的曲线上找到最佳的技术经济方案便是实现净零能耗建筑的最佳技术路线。不同的技术成本不一样，且随着技术进步，每项技术的成本都在发生变化，所以最佳技术解决方案也是一直处在动态变化中。譬如，近三年来，多晶硅价格的断崖式下跌使得光伏的装机成本急速下跌，从12元/瓦跌至4元/瓦，使得尽可能多地安装分布式光伏来增加建筑产能在经济上更加划算，此时无差异技术曲线T1上，B点是比A点更经济的 选择。事实上，实现建筑的净零能耗是一个系统工程，从设计、施工到运行各个阶段都需要相应的技术作为支撑，且需要各类技术协同合作，不能是简单的堆砌和叠加，要发挥“1+12”的作用才是技术集成的关键。不仅如此，正如无差异技术曲线所示，净零能耗建筑的解决方案并不唯一，即便在相同的经济、技术约束条件下，个人偏好不同，解决方案也不尽相同，多元化的净零能耗建筑技术方案才是行业蓬勃发展的 源泉。2.2净零能耗建筑技术路径对现有的净零能耗建筑技术体系梳理发现，净零能耗建筑主要采用被动式设计、高性能围护结构、被动式房门窗系统、太阳能光电、太阳能光热、能源管理系图1净零能耗建筑“无差异技术曲线”王珊珊，等12项净零能耗建筑典型工程案例研究建 筑 经 济2023年386统、建筑能耗预测监管平台等技术。对美国已有的净零能耗建筑案例研究发现，高性能的围护结构、高效的HVAC系统、先进的照明和控制系统、尽可能多地使用可再生能源已成为净零能耗建筑的主要技术路线。图2显示了美国温暖湿润地区34栋净零能耗建筑优化设计及围护结构、暖通空调、照明、设备及可再生能源方面节能技术使用情况。我国净零能耗建筑发展的主要技术路线是通过采用被动式建筑节能技术和高效主动式建筑节能技术，最大幅度降低建筑终端用能需求和能耗，充分利用场地内可再生能源产能，替代或抵消建筑对化石能源的需求，合理配置可再生能源和储能系统容量，大幅度降低常规能源峰值负荷，成为电网友好型的建筑负载。12项净零能耗建筑示范工程分布在严寒、寒冷、夏热冬冷三个气候区，因各气候区的气候特点、建筑类型、能源需求不同，导致技术路径的侧重点不同。图3显示了12项净零能耗建筑示范工程所使用的技术情况。可见，高性能墙体、高性能外窗、高效照明、节能电器及光伏发电技术是普遍采用的技术，其他的主被动技术和可再生能源技术则因气候特点、建筑规模和功能存在差异，呈现技术的多样性特点。3净零能耗建筑增量成本单位面积增量成本指在执行当地节能标准的基础图2美国34栋零能耗建筑技术使用情况图312项净零能耗建筑示范工程技术路线第 44 卷第 S1 期387上，为实现净零能耗目标，每平方米建筑面积额外投入的成本，是衡量净零能耗建筑增量成本高低的要素，单位面积增量成本越低，初始投资压力越小，推广可行性越大。可见，增量成本是制约净零能耗建筑市场化发展、规模化发展的重要因素。随着超低能耗建筑的规模化发展，净零能耗建筑技术体系逐渐成熟，从最初借鉴国际经验摸索尝试阶段逐渐向以实际应用转变，示范项目也陆续增多。图4显示了12项净零能耗建筑示范工程为实现净零能耗目标的增量成本情况。由于各示范工程的示范目标、建筑规模、功能差异、技术路线存在差异，导致单位建筑面积增量成本相差较大，分布在555-1755元不等，占单位建筑面积总成本的比例分布在7%至32%。从技术类型上看，不同项目的被动式技术、主动式技术、可再生能源成本占比存在较大差异，平均来看，基本上各占净零能耗增量成本的三分之一，见图5。事实上，随着超低能耗建筑的规模化发展，各类技术和市场逐渐成熟，净零能耗建筑增量成本将逐渐降低。不仅如此，近年来光伏装机成本逐渐下调，为建筑规模化应用光伏提供了良好的条件，显著降低了净零能耗建筑的增量 成本。4结语发展零能耗建筑正逐渐成为我国建筑节能发展的新趋势。实现建筑的零能耗是一个系统工程，且零能耗建筑的解决方案并不唯一，即便在相同的经济、技术约束条件下，偏好不同，解决方案也不尽相同，多元化的净零能耗建筑技术解决方案才是行业蓬勃发展的 源泉。参考文献1 徐伟，孙德宇，路菲，等.近零能耗建筑定义及指标体系研究进展J.建筑科学，2018（4）：1-9.2 梁俊强，刘珊，喻彦喆.国际建筑节能发展目标的比较研究迈向零能耗建筑J.建筑科学，2018（8）：118-123.3 曼昆.经济学原理M.北京：北京大学出版社，2020.4 Wei Feng，Qianning Zhang，Hui Ji，etal.A review of net zero energy buildings in hot and humid climates：Experience learned from 34 case study buildingsJ.Renewable and Sustainable Energy Reviews，114（2019），109303.5 张时聪，吕燕捷，徐伟.64栋超低能耗建筑最佳案例控制指标和技术路径研究J.建筑科学，2020（6）：7-13+135.图412项净零能耗建筑示范工程增量成本的增长成本（元/m2）图512项净零能耗建筑示范工程不同技术类型增量成本占比情况王珊珊，等12项净零能耗建筑典型工程案例研究