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科普 | 关于零碳建筑你知道多少?
发布时间: 2023-06-14 17:38:59 关注度: 608

建筑业碳中和的背景

建筑是全球能源需求不断增长的关键驱动因素,根据国际能源署核算,2020年全球建筑运行能耗约占社会总能耗的36%,二氧化碳排放占总排放的 37%。未来,新建建筑数量或将保持高速增长,这将对建筑行业实现“截至 2030 年,建筑业能源强度改善 30%” 的目标带来挑战,从而为兑现《巴黎协定》目标设置障碍。因此,追求更高能效的建筑一直是世界各国降低能耗,应对气候变化的重要手段之一。           

     

建筑节能设计标准

我国建筑节能是以1980-1981的建筑能耗为基础,按每步在上一阶段的基础上提高能效30%为一个阶段。因此通常说的第一步节能是在1980-1981的基础上节约30%,通称为节能30%的标准。第二步节能是在第一步节能的基础上再节约30%,即30%+70%×30%=51%,简称为节能50%的标准。第三步节能是在第二步节能的基础上再节约30%,即50%+50%×30%=65%,简称为节能65%的标准。目前我国住宅和公共建筑普遍执行的是节能50%的标准。

2021年,我国新颁布了《建筑节能与可再生能源通用技术规范》GB55015-2021标准,把严寒和寒冷地区居住建筑评级节能率提升至75%, 公共建筑平均节能率提升至72%,与此同时,《零碳建筑技术标准》也正在编制当中, 2030年新建建筑能效逐步提升至超低/近零碳建筑水平。

零碳建筑的概念

在“能源、碳排放”的双重约束下,我国推动了建筑领域的低碳转型,在零能耗建筑的基础上,结合建筑全生命周期,提出了近零碳建筑、零碳建筑。

零碳建筑考虑的不仅仅是建筑运行阶段的碳排放,更是全面考虑建筑建造过程中的隐含碳排放,目标是在建筑的全生命周期中实现碳的零排放。



零碳建筑是指充分利用建筑本体节能措施和可再生能源,使可再生能源二氧化碳年减碳量大于等于建筑全年全部二氧化碳排放量的建筑。
它除了采用被动式建筑设计中的高效保温、高效节能窗等被动式节能技术外,更多的是通过主动技术措施提高能源设备与系统的效率,引入更多的智能控制技术,充分利用可再生能源,例如光伏。
同时注重实现材料和产品的循环利用,有效的减少建筑全生命周期的减少碳排放。


零碳建筑与零能耗建筑


一说起零碳建筑,往往会联想到零能耗建筑。零碳建筑和零能耗建筑是很相近甚至被经常混用的两种绿色建筑,但它们是两个不同的概念。
零碳建筑是指在全生命周期内,综合碳排放为零的建筑,近零碳建筑即最大限度地接近零碳建筑水平。而零能耗建筑是建筑运行不消耗常规能源,完全依靠太阳能或者其他可再生能源。
相比于零能耗建筑,零碳建筑直接衡量建筑碳排放的指标。可以预见的是,将近零碳作为考核指标有利于推动建筑业更好的融入到“双碳”目标当中。


零碳建筑技术路径


零碳建筑通过主动式建筑理念与被动式设计理念相结合,最大幅度地降低建筑对能源的依赖,使建筑排放的碳量处于较低水平。
1、主动式建筑设计
(1)太阳能系统
太阳能系统在建筑中的利用主要有附加光伏系统(BAPV)和光伏一体化建筑(BIPV)两种形式。
BAPV是最早且最常用的一种形式,它与建筑结构常见的安装形式,主要是屋顶光伏电站;
BIPV是将光伏建材与建筑融为一体,直接替代原有建筑结构,BIPV采用的光伏技术目前主要可分为晶硅光伏组件和薄膜光伏组件,晶硅组件是目前市场的主流产品,单位装机功率高,转化效率可达16%至22%,同样装机面积下发电量优于薄膜组件。
(2)地道风技术
利用土壤夏冷冬热的特点为建筑提供热(冷)能,通过设计阶段对管道冷却能力的计算,确定管道的尺寸、长度、埋深及间距等,利用地道风技术,可以有效的缩短空调开启时间,极大限度的降低建筑的使用能耗。


地道风技术


(3)地源热泵技术

地源热泵指所有使用大地作为冷热源的热泵全部称为地源热泵,是利用地球表面浅层地热资源作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统,是一种既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。
通过输入少量的电能,即可实现较多的能量从低温热源向高温热源的转移,利用地源热泵技术制冷,与传统中央空调技术相比能耗可降低20%以上,是一种清洁高效的能源利用形式。


地源热泵技术


2、被动式建筑设计
以气候特征为引导,通过建筑物本身来收集、储蓄能量(而非利用耗能的机械设备)使得与周围环境形成自循环的系统。
这样能够充分利用自然资源,达到节约能源的作用。在寒冷地区冬季以保温和获得太阳能为主,夏季兼顾隔热和遮阳作用。


被动式建筑设计


零碳建筑技术体系


迈向零碳建筑的过程中,根据碳排放目标实现的难易程度表现为三种形式,即超低排放、近零排放建筑及零碳建筑,属于同一技术体系。其中,超低排放建筑节能水平略低于近零排放建筑,是近零排放建筑的初级表现形式。零碳建筑能够达到碳排放为零,是近零排放建筑的高级表现形式。目前我国的《零碳建筑技术标准》正在编制过程中,主要通过以下几个方面来实现:      


降需求:为了降低建筑用能需求,可以采取被动式技术手段,如被动式建筑设计、自然通风、自然采光、建筑遮阳隔热措施、围护结构热工性能提升等,同时结合国家正在大力推广的《近零能耗技术标准》GB51350-2019的最新应用技术。


提效率:通过提升主动式能源系统和设备单体的能效,如提高冷热源系统性能系数、新风热回收效率、地道风、照明系统及电器等设备的单体能效,并结合智能优化控制算法,可以进一步降低建筑能源消耗。


拓应用:通过最大化利用太阳能、风能、地热能等可再生能源替代常规能源,也可以减少建筑的电力使用。


增碳汇:在设计阶段应考虑到项目周边地势特点,增加可绿化面积,增加后山绿化土壤保持率,从而增加碳汇。


促行为:在促进人员的行为方面,可以引导来馆人员绿色出行、低碳生活方式,建立个人生活排碳计算机制,提高个人行为减排责任意识。


可监控:在能源监测与碳排放核算方面,应设置能源监测与碳排放核算管理平台,以方便管理和监控。


建筑碳排放计算


建筑全生命周期的碳排放是指建筑物在与其有关的建材生产及运输、建造及拆除、运行阶段产生的温室气体排放的总和,以二氧化碳当量表示:     

建材碳排放应包含建材生产阶段及运输阶段的碳放。建筑材料的生产需要消耗大量的能源和产生大量的温室气体排放;

建筑建造阶段的碳排放应包括完成各分部分项工程施工产生的碳排放和各项措施项目实施过程产生的碳排放;



建筑拆除阶段的碳排放应包括人工拆除和使用小型机具机械拆除使用的机械设备消耗的各种能源动力产生的碳排放;
建筑运行阶段碳排放计算范围应包括暖通空调、生活热水、照明及电梯、可再生能源、建筑碳汇系统在建筑运行期间的碳排放量。建筑的运用阶段是整个生命周期中碳排放量最长的阶段。
零碳建筑是指在运行阶段实现了碳中和的建筑。运行阶段的碳排放采用如下公式计算:

     



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