零能耗建筑的发展历程及案例研究

刘金凤

（天津国土资源和房屋职业学院）

1 引言

随着经济的飞速发展和工业化进程的加快，能源短缺成为每个国家不容忽视的重要问题。建筑能源消耗约占全球总能耗的三分之一，降低建筑能源消耗成为当下必须要解决的问题。随着我国经济快速增长和城市化进程的加快，能源的需求量也在逐年上升，节能降耗是我国面临的巨大问题，建筑节能将成为减轻能耗压力、满足国民经济可持续增长的最有效途径，在这样的背景下，零能耗建筑被逐渐推广。近年来，我国对绿色建筑的探索还只是刚刚开始，2016年7月27日，中国建筑科学研究院环能院召开了关于国家标准《近零能耗建筑技术标准》编制的第一次会议，该标准由中国建筑科学研究院会同河北省建筑科学研究院主编，这也标志着我国零能耗建筑的发展将进入一个新的阶段。

2 零能耗建筑的历史与发展

早在1976年，工作于丹麦技术大学的Torben V.Esbensen 等研究人员，利用太阳能对丹麦冬季的建筑进行供暖，在供暖期间，这些研究人员做了相关实验研究和理论分析，随后他们提出了“Zero Energy House”(零能耗建筑)一词。自此之后，关于零能耗建筑的研究逐渐兴起。

德国Fraunhofer太阳能研究所的Voss.K，等［2］研究人员，从1922年至1924年三年期间对德国一幢房屋的能耗系统进行了检测研究，通过此项研究Voss.K提出“无源建筑”（Energy Autonomous House，也称Self-sufficient Solar House），Voss. K 等还考虑到建筑物与电网连接的情况，结合太阳能光电技术的发展，进一步提出“零能耗建筑”（Zero-energy building）的定义。

世界首个有影响力的“零能耗建筑”是英国的贝丁顿零能耗社区（见图1）。该项目于2000年动工，由英国著名的生态建筑师比尔·邓斯特（Bill Dun‐ster）设计。整个项目于2002年完成[3]。

图1 贝丁顿零能耗社区实景图

2008年10月，国际能源署（International Energy Agency）发起了“走向净零能耗太阳能建筑”（To‐wards Net Zero Energy Solar Buildings）项目[4]，该项目对零能耗建筑发展过程中出现的各种问题进行了解决，国际能源署在零能耗建筑的发展中起到了重要的推动作用。经过5年的研究，该项目在对近300个零能耗建筑进行分析评价的同时，提出了若干分析评价模型工具，其成果已经汇集成书《Net zero en‐ergy buildings》出版[5]。书中提到的这300 个零能耗建筑，中国入围的零能耗建筑仅有两个，分别是广州珠江城大厦与上海东滩生态城，其余大部分都来自欧洲和美国，也间接说明在零能耗建筑的实践过程中，中国与欧美等国的差距还很大。

我国建筑节能的兴起从20 世纪80年代开始。1986年原建设部颁布的《民用建筑节能设计标准》开启了我国建筑节能新阶段，该标准要求在1980年当地通用设计能耗水平基础上，新建居住建筑要节能30%。

2011年中德两国进行合作，合作的重要内容是建造被动式低能耗建筑。同年6月28 日，住房和城乡建设部与德国交通建设和城市发展部共同签署了《关于建筑节能与低碳生态城市建设技术合作谅解备忘录》[6]。2014年7月7日，在我国总理李克强、德国总理默克尔的共同见证下，中德生态园被动房项目在北京正式签约[9]。

2014年全国住房城乡建设工作会议提出：大力推广被动式超低能耗绿色建筑，进一步提高建筑节能水平。2015年11月，住房城乡建设部为实行技术引领，制定并下发了《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》。

2016年2月，中共中央、国务院印发的《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》明确提出发展被动式房屋等绿色节能建筑。这是首次在国家文件中明确发展被动式建筑。

3 国外零能耗建筑典型案例

3.1 丹麦葛罗恩达斯零能源办公建筑

该建筑属于丹麦的首例零能耗建筑[7-8]。该项目的主要原动力来自于奥尔胡斯市政当局希望给城市制造一个绿色典范的标志。项目采用综合节能设计（IED）程序，在建造过程中与主办方、工程师和其他专家紧密合作。在综合节能设计方面，该建筑注重生态、经济和社会文化的可持续发展能力，节能方案从整体上对建筑进行最优化设计，即达到了低能耗建筑的要求水平，创造了零能耗建筑（见图2）。

图2 丹麦葛罗恩达斯零能源办公建筑剖面图解

3.2 德国弗赖堡的太阳能系统研究所

位于德国弗赖堡Christaweg街40号的德国弗赖堡的太阳能系统研究所[9]是一所零能耗的建筑，该建筑于1992年竣工，建筑面积332m²，采用被动式蓄热墙体，维护结构用40mm石膏砌块、240mm纤维素保温层、透明保温（TWD）墙体系统、夹芯保温墙、夹芯保温墙。通风空调系统采用大直径风管被动进风。该项目的实验性技术在当时的德国太阳能研究领域都是一流的。其中，氢/氧电池系统是突出特点。这个系统太阳能的储存可以在不同季节、不同气候条件下实现，单这项技术就使用了超过一半的预算[10]。

4 国内零能耗建筑典型案例

4.1 广州珠江城大厦

广州珠江城大厦位于广州珠江大道西与金穗路的交汇处，由SOM建筑设计事务所与广州市设计院共同设计（见图3）。建筑高度309m，总建筑面积达171379m2，地上71 层，地下5 层，耗资18 亿元，2012年竣工。该建筑综合运用风力发电、太阳能发电、辐射制冷带置换通风、高性能幕墙、日光感应及人员感应控制等11 项先进技术。珠江城大厦在高度上虽然不能与上海中心、迪拜塔等摩天大楼相比，但它在建筑设计和节能技术手段上都体现了零能耗建筑的特点，包含了节能环保的设计理念，通过设计和技术手段实现了真正的零能耗[11]。

图3 广州珠江城大厦外景图

4.2 万通新新家园会所

位于天津生态城的万通新新家园会所是中国第一个零能耗的公共建筑，该建筑于2011年10月竣工并投入使用，占地面积543.08m2，建筑面积1245m2。设计者对建筑外观、结构等方面进行了巧妙设计，大幅降低了建筑运行能耗，同时使用可再生清洁能源（风能、太阳能、地热能等）替代常规能源的使用，用以满足建筑所需，从而达到使建筑自身产能就能满足自身运行的理想状态，而不需要市政供电、供热。该设计的目标定位为零能耗建筑，是进行低能耗建筑设计的全面实践（见图4）。

图4 万通新新家园会所

5 结语

如何降低建筑能耗成为当今热议的话题，节能建筑逐渐兴起，随着科技的发展和进步，建筑能源的使用逐渐从不可再生资源过渡到可再生资源，世界各地的零能耗建筑层出不穷，由此可见零能耗建筑是未来建筑的发展方向。我国零能耗建筑的发展与国外部分国家相比较为缓慢，在理论基础、设计、分析、运行等方面也都有较大差异。因此，应以国外成熟的理论和成功案例为基础，总结出适合我国零能耗建筑的研究理论及技术，从而加速我国零能耗建筑的发展。