圖1 部分省市“十四五”期間內實(shí)現超低能耗建筑的面積目標完成情況
《國家科學(xué)進(jìn)展》(National Science Open, NSO)是由中國科學(xué)院主管,中國科技出版傳媒股份有限公司主辦的自然科學(xué)綜合性英文期刊。近期,該期刊在線(xiàn)發(fā)表了中國建筑科學(xué)研究院有限公司于震、高彩鳳、楊佳鑫、吳劍林與張歡發(fā)表的綜述文章《中國近零能耗建筑研究與發(fā)展綜述》。該綜述歸納了我國近零能耗建筑(NZEB)發(fā)展十余年來(lái)關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展、標準研編、政策發(fā)展、工程實(shí)施現狀和產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況,并對行業(yè)未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。文章收錄于NSO“低碳建筑能源系統”專(zhuān)題(Special Topic: Energy Systems of Low Carbon Buildings)。
建筑行業(yè)在全球能源消耗和碳排放中扮演重要角色。根據國際能源署數據,2019年,我國建筑運行階段產(chǎn)生的碳排放約為21億tCO2,約占全國碳排放總量的20%,隨著(zhù)我國社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展,建筑碳排放總量和占比均存在較大的增長(cháng)壓力?!敖隳芎慕ㄖ笔亲鳛槲覈ㄖ澞馨l(fā)展歷程中的一個(gè)跨越式發(fā)展節點(diǎn)出現的,在國家“2030碳達峰”和“2060碳中和”的新形勢下,發(fā)展近零能耗建筑,是助力我國建筑領(lǐng)域實(shí)現“雙碳”目標的有效舉措,也是我國建筑節能工作與世界接軌重要體現。
“近零能耗建筑”在國際上普遍被認可為能效高于常規建筑的建筑形式,然而受氣候條件與經(jīng)濟發(fā)展水平影響,各國實(shí)現高能效建筑目標及時(shí)間計劃各不相同,近零能耗建筑的定義及計算方法也存在差異??傮w來(lái)看,發(fā)達國家發(fā)展近零能耗建筑起步及提出明確實(shí)施比例的時(shí)間普遍早于我國,且更多關(guān)注于既有建筑的改造環(huán)節,而我國雖起步略晚,但發(fā)展速度快,更多聚焦在新建建筑實(shí)施,對能耗限值的要求與國際同類(lèi)建筑相比屬于較為嚴格的水平。02 中國近零能耗建筑關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展
近零能耗建筑在中國的研究歷程大致可以分為3個(gè)階段,2010-2015年,處于起步階段,研究主要集中在超低能耗建筑定義、關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)集成等領(lǐng)域。2015年住建部《被動(dòng)式超低能耗綠色建筑技術(shù)導則(居?。钒l(fā)布,支撐了當時(shí)工程實(shí)踐的開(kāi)展。2016~2019年是技術(shù)研究快速發(fā)展的階段,研究工作主要集中在關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品工具研發(fā)及工程示范。其標志為2019年國家標準《近零能耗建筑技術(shù)標準》GB/T 51350發(fā)布,規范了近零能耗建筑定義、指標、技術(shù)措施和評價(jià)方法。2020年至今,研究處于細節完善階段,主要集中在軟件工具升級,產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及完善,不同氣候區技術(shù)體系細化,以及規?;茝V等。
過(guò)去十余年來(lái),近零能耗建筑相關(guān)研究主要集中在核心指標與技術(shù)體系、性能化設計方法與工具開(kāi)發(fā)、建筑圍護結構性能提升、機電系統型式及能效提升、可再生能源利用技術(shù)等方面。目前近零能耗建筑核心指標與關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)明確,技術(shù)體系相對成熟,各項技術(shù)在不同氣候區實(shí)施時(shí)的具體做法不同?;谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò )算法的性能化設計優(yōu)化工具,可利用機器學(xué)習訓練的快速能耗計算模型,結合眾多影響因素的經(jīng)濟性模型,采用算法針對所有影響最終能耗的因素組合出來(lái)的海量技術(shù)方案實(shí)現分鐘級的比選尋優(yōu)。大幅提高了近零能耗建筑設計效率及精準程度,同時(shí)可為工程項目選取最有效的技術(shù)組合方案,節約成本。面向中國近零能耗建筑的規?;茝V階段,如何開(kāi)發(fā)或尋找更輕薄、滿(mǎn)足防火性能要求的新型保溫材料,應用于嚴寒及寒冷地區近零能耗建筑,以及研發(fā)適用于南方高熱高濕地區的高效隔熱材料將是近零能耗建筑未來(lái)研發(fā)工作的重點(diǎn)。能源設備系統方面,主要集中于小規模戶(hù)式設備系統的應用研究,除近零能耗居住建筑常用的新風(fēng)熱泵一體機外,毛細管頂棚輻射、戶(hù)式VRF等高效設備系統也逐漸研發(fā)出廠(chǎng)并在近零能耗工程項目中得以應用。目前主要面臨問(wèn)題在于適用于近零能耗建筑的小規模機組可選設備較少,一定程度上影響了近零能耗建筑運行效果、初投資及工程規?;茝V。2015年至今,國家頒布多項政策文件,從試點(diǎn)實(shí)施到規?;茝V,積極倡導發(fā)展近零能耗建筑。與此同時(shí),地方政府發(fā)出了百余項政策,支持力度更大,落地性更強,包括經(jīng)濟獎勵和容積率獎補等。然而,個(gè)人業(yè)主和相關(guān)產(chǎn)業(yè)企業(yè)的獎勵支持相對不足。全球近零能耗建筑市場(chǎng)迅速增長(cháng),在歐洲,2012年至2016年間,近零能耗建筑數量大幅增加,其中22% 建于2014年。我國近零能耗建筑在過(guò)去十年快速發(fā)展,覆蓋多個(gè)氣候區和建筑類(lèi)型。圖1展示了部分省市“十四五”期間內計劃實(shí)施的超低能耗建筑的面積目標,和截止2022年底已實(shí)施的超低能耗建筑面積??梢?jiàn),未來(lái)兩年內,仍有約2000萬(wàn)㎡待建缺口。
05 中國近零能耗建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展
近零能耗建筑對建筑保溫隔熱、門(mén)窗、氣密性及冷熱源效率均有較高要求,在標準的引領(lǐng)下,近零能耗建筑適用的高性能建筑部品、保溫材料、門(mén)窗產(chǎn)品、建筑氣密性材料、防水材料、高能效冷熱源與新風(fēng)系統等產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展。這些產(chǎn)業(yè)涉及細分行業(yè)多,產(chǎn)業(yè)鏈條長(cháng)、產(chǎn)品附加值高。過(guò)去十年來(lái)規模不斷壯大,產(chǎn)品及系統形式日益多樣,性能及技術(shù)不斷升級,成本逐漸降低。文章對近零能耗建筑未來(lái)發(fā)展方向做了以下展望:(1)近零能耗建筑的研究工作將逐步延伸到“能碳雙控”,建筑運行期間碳排放控制將是下一階段研究重點(diǎn)。(2)中國既有建筑存量龐大,既有建筑近零能耗改造相關(guān)研究和工程實(shí)踐有待全面開(kāi)展。(3)如何通過(guò)技術(shù)優(yōu)化、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、政策支持等手段進(jìn)一步降低近零能耗建筑增量成本,仍將是近零能耗建筑發(fā)展的需要解決的主要問(wèn)題。該研究得到了中國建筑科學(xué)研究院有限公司“社區低碳、碳中和規劃設計技術(shù)研究與工程示范”(20220109330730002)與住建部科學(xué)技術(shù)計劃項目“零碳建筑技術(shù)體系及關(guān)鍵技術(shù)研究”(K20221412)的支持。