超低能耗建筑定义初探.docx
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超低能耗建筑定义初探
超低能耗建筑定义初探
中国建筑标准设计研究院有限公司李本强苑翔
【摘要】：
本文结合我国的建筑节能标准战略路线,提出了我国超低能耗建筑的定义及超低能耗建筑的推进路线。
我国超低能耗建筑可以定义为,新建建筑采暖供冷能耗比按照节能标准建造的建筑节能50%以上的建筑,通过分析发现,我国的超低能耗建筑标准可以按照既有建筑节能路线进行推进。
【关键词】：
超低能耗建筑；定义；节能标准
注：
本人为资助项目：
中美超低能耗建筑技术合作研究与示范（2014DFA70660-06）
1.引言
随着我国经济的高速发展、人民生活水平的提高以及城市化进程的加快，城市的能耗量极大地增加，随之而来的是建筑的能耗和碳排放量的增加。
建筑能耗已经占全球总能耗比例的30-40%，世界能源日趋紧张，各国对能源保护、对环境保护的一时也逐渐提高，开始关注建筑能耗。
近些年，随着气候变化和低碳发展的概念深入人心，一些国家提出了“超低能耗建筑”或类似概念的中长期发展目标、技术路线等政策法规文件。
被动房、低能耗、超低能耗、零能耗建筑等一系列概念也随之提出。
同时，探索实现建筑超低能耗、接近零能耗、乃至零能耗的技术途径也在探索和实践中。
目前，欧洲和美国等西方发达国家已经指定处超低能耗建筑的发展路线和标准。
但是，对于被动房、低能耗、超低能耗、零能耗建筑等这些概念，各个国家并没有给出标准的定义。
以上这些概念也没有明确地进行区分，在某些场合甚至表达相同的含义。
在建筑节能的标准中，一些国家采取绝对值法对建筑能耗降低进行要求，一些国家采取提升建筑节能标准目标法对零能耗建筑发展进行规划，部分国家也对零能耗建筑进行补贴和支持。
我国的建筑节能工作经历了近30年的发展，现阶段建筑节能65%的设计标准正在普及，超低能耗建筑无疑已经成为我国下一阶段建筑节能工作关注的重点技术之一，如何定义超低能耗建筑已经成为制定标准和推广工作的首要任务。
本文就超低能耗建筑的定义进行初步探索。
1、国外超低能耗建筑标准
1.1美国
美国能源部建筑技术项目在《建筑技术项目2008-2012规划》中提出，建筑节能发展的战略目标是使“零能耗住宅”（zeroenergyhome）在2020年达到市场可行，使“零能耗建筑”（zeroenergybuilding）在2025年可商业化。
ASHRAE颁布《AdvancedEnergyDesignG》（formediumandsmalloffice），提供比现有标准节能30%-50%的设计导则。
美国通过《能源安全与独立法案》EnergySecurityandIn-depengenceAct，ESIA）提出“净零能耗公共建筑”（zero-net-energycommercialbuilding），在ESIA第422节（a）（3）中其定义为：
良好设计，建造和运行的高性能公共建筑，可以最大限度地降低能源需求，使用不产生温室气体的能源供应即可达到能量供需平衡，不对外界排放温室气体，经济可行。
通过推动“净零能耗公共建筑倡议”（Zero-Net-EnergyCommercialBuildingIni-tiative），到2030年，所有新建公共建筑达到净零能耗状态；到2040年，50%的公共建筑达到零能耗；2050年所有美国公共建筑达到净能耗。
1.2欧洲
1.2.1英国
2006年12月，英国政府宣布所有政府出资的新建建筑应在2016年达到零碳排放标准。
2007年，英国可再生能源建议委员会向英国可再生能源学会提交报告，提出：
真正的“零碳居住建筑”（Zero-CarbonHome）应无需电网输入能源且不对大气排放CO2，其供暖需求应通过建筑设计降至最低且通过可再生燃料和技术满足，其电力需求也应降至最低且通过可再生燃料和技术满足，其电力需求也应降至最低且通过可再生能源发电满足。
2007年，英国政府引入由英国建筑科学研究院（BRE）建立的《可持续家庭评价标准》（CodeforSustainableHomesRating），此评价标准的9个核心指标之一为能源使用与碳排放。
后续版本的《可持续家庭技术导则标准》（CodeforSustainableHomesTechnicalGuide）将“零碳居住建筑”定义为：
居住建筑中所有能源消耗产生的净CO2排放为零或更低，其热损失系数（HeatLossPatameter，综合考虑了墙体。
窗户、气密性和建筑设计等因素）应为0.8W/（m2k）或更低，以年为计量单位下，其家用电器和炊事排放CO2应为零，能源消耗计算应包括供冷供热、热水系统、通风、室内照明、炊事和所有家用电器。
由于英国政府对“零碳居住建筑”有补贴，其土地印花税的文件中也对“零碳居住建筑”进行了更加详细的定义，定义基本和《可持续家庭技术导则标准》一致，但有两条有细微区别：
（1）要求建筑物供暖负荷低于15kWh/（m2a）；
（2）需要计算非建筑影响能耗。
1.2.2德国
德国被动房研究所（PassiveHouseInstitute，PHI）是被动房研究和认证的权威机构，其对被动房的定义为“被动房是一个节能、舒适的建筑节能标准，比既有建筑节能90%以上，比新建建筑节能75%以上；利用高性能围护结构、太阳得热、热回收等技术使建筑不再需要传统的供热系统，并通过通风系统供应持续的新风。
”
德国的节能条例“GremanEnergy-savingOrdinanceEnEv2014”提出在2009版节能条例EnEv2009的基础上，提高建筑节能要求。
分两步工降低建筑一次性能源消耗量25%，进一步提高新建建筑外围护结构综合传热系数要求，降低20%，建筑采暖能耗约在55kWh/（m2a）。
最新发布的条例《EnEv2014》，将建筑的采暖能耗限额规定为30kWh/（m2a），距离被动房的采暖能耗限额15kWh/（m2a）又近了一步。
德国在1991年最早建成世界上的第一个被动式房屋。
在被动式房屋的设计标准中，建筑围护结构U值分别被设定为：
屋顶U≤0.12W/（m2k），窗户U≤0.8W/（m2k），墙体U≤0.15W/（m2k）.另外，建筑合理使用太阳能、地热等清洁能源，从建筑的用能终端降低建筑的一次能源消耗，是的建筑能耗可以进一步降低。
（表1）
住宅类型
采暖能耗
独户住宅
≤70kWh/（m2a
多户住宅
≤55kWh/（m2a
其他情况
≤60kWh/（m2a
1.2.3比利时
比利时《BelgischStaatsblad-MoniteurBelge2009法案》规定：
以建筑物供暖供冷面积为计算基准，全年供暖供冷能耗小于30kWh/m2的建筑成为“低能耗（居住）建筑”（Low-energyhouse）;全年供暖供冷能耗小于15kWh/m2的建筑为“被动式（居住）建筑”（Passivehouse）；全年供暖供冷能耗小于15kWh/m2，即节能50%的目标，且所有能耗都可以由使用现场可再生能源产生的能量满足，称为“零能耗（居住）建筑”（ZeroEnergyHouse）.
1.2.4丹麦
丹麦颁布的建筑标准DanishbuildingRegulation（BR），提出以2006年标准为基础，到2020年，所有新建建筑比2006年标准节能75%，其中，到2010年，节能25%；到2015年，节能50%。
（表2）
表2丹麦建筑节能标准中能耗要求限值
能耗要求【kWh/（m2a）】
标准
BR10
Low-energyclass2015
BuildingClass2020（nZEB
住宅
52.5
30
20
非住宅
71.3
41
25
1.2.5挪威
挪威颁布的建筑标准NorwegianBuildingCode（TEK）,提出2007年至2027年的能耗降低限值。
从表3可以看出，标准以2007年的能耗值为基础，2017年的能耗值比2007年节能50%，2022年标准比2007年减76%，2027年达到零能耗建筑。
表3挪威建筑节能标准中能耗要求限值
能耗要求【kWh/（m2a）】
标准
TEK07
TEK12
TEK17
TEK22
TEK27
住宅
130
100
65
30
0
非住宅
155
110
70
40
0
1.3小结
从国外的建筑节能标准的情况来看，各国的低能耗建筑的标准基本上是以年为计算周期，以终端用能形式作为衡量标准，新建建筑采暖供冷能耗比按照现有节能标准建造的兼职节能50%的建筑，并以此为基准逐步提高节能标准，直至达到零能耗建筑。
表4为部分欧洲国家的低能耗发展目标。
表4部分欧洲国家“近零能耗建筑”发展目标。
国家
时间（年）
“近零能耗建筑”目标
丹麦
2020
建筑能耗比2006年降低75%
芬兰
2015
执行被动房标准
法国
2020
建筑需可对外供能
德国
2020
无需化石燃料可运营
匈牙利
2020
达到零碳排放
爱尔兰
2013
达到净零能耗
荷兰
2020
达到能源中和
2我国建筑节能标准
20世纪80年代末期，我国开始展开建筑节能工作，制定了节能“三步走”的工作计划，用逐级递增的百分比形式体现出我国建筑节能工作的发展进程。
1986年颁布实施的标准《民用建筑节能设计标准（采用居住建筑部分）》JGJ26-86是我国建筑节能起步阶段的标准，节能率在基础建筑上节能30%；1995年颁布实施的《民用建筑节能设计标准》JGJ26-95要求在已有的节能基础上再增加30%，从而达到在基准建筑的基础上节能50%的节能率；在2010年以后，国家先后颁布的《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2010，《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2010，《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75-2012三部标准均已经达到了节能65%，因此说明我国现阶段的建筑节能水平已经在原有的基准建筑商普遍达到了节能65%的水平。
除此之外，某些地区还优先制定了更高的节能标准，如《北京市居住建筑节能设计标准》DB11/891-2012，其节能率已经达到75%。
3、超低能耗建筑意义
3.1节能率定义方法
通过对国际相关的标准和我国建筑节能标准的工作进程，结合我国实际情况，我国超低能耗建筑可以定义为：
以年为计算期，以终端用能形式作为衡量指标，新建建筑采暖供冷能耗比按照节能标准建造的建筑节能50%以上的建筑。
国外在制定建筑节能工作目标时，从超低能耗建筑逐渐提高节能等级，直至做到零能耗建筑，一般首先达到超低能耗建筑，然后做到近零能耗，最后达到零能耗建筑。
我国的建筑节能工作的推进是按照80年代末的建筑能耗为基准，以节能30%为目标逐步提高的，那么现有节能工作步骤与超低能耗建筑的定义方法进行对比分析，如图1所示。
首先看居住建筑，目前我国居住建筑执行的是65%的节能标准，那么按照超低能耗的定义方法，在此基础上节能50%，即达到了83%的节能标准。
按照我国的一贯做法，在65%标准的基础上再节能30%，即达到75%的节能标准，我国很多发达地区已经开始执行75%的节能标准，那么在75%的节能标准基础上在提高30%，即达到了83%（82.5%）的节能标准，和超低能耗的定义相吻合。
也就是沿着我国的节能标准三步走战略路线继续往下走，在进行“第五步”时，即达到了超低能耗的目标。
如果再继续提高30%，达到90%的节能标准，则与按现有标准提高70%的目标相对应，比现有标准节能70%的标准，可以作为通向零能耗建筑的中间步骤，可以定义为近零能耗建筑，这与欧洲各国的节能推进路线相仿。
与君主建筑类似，公共建筑也可以按照此方法进行推进。
目前，我国公共建筑执行的50%的节能标准，那么超低能耗建筑的定义与节能75%的节能标准相对应，也就是我国节能标准战略路线的第四部。
近零能耗建筑节能标准接近90%的目标。
3.2建筑能耗限值定义法
欧洲各国在定义超低能耗建筑时，不仅给出了节能率的目标，也对单体建筑的能耗给出了限定值。
由于欧洲各国国土面积都不叫小，气候类型单一，在提出单体建筑的能耗限值方面相对容易，而我国的气候类型复杂，幅员辽阔，各气候区之间建筑能耗差别很大，提出建筑能耗限值相对困难。
根据我国目前的权威数据，国家标准《建筑能耗标准》（征求意见稿）中的能耗数据，表5-7列出了部分超低能耗建筑的能耗指标。
4某超低能耗居住建筑实例分析
我国国内的超低能耗居住建筑建筑实例较少，不能通过能耗统计进行验证，因此通过模拟软件对超低能耗建筑的节能目标进行模拟验证。
选取DesT-H作为模拟软件，依据北京标准中注明的基准建筑样式选取并建立典型建筑，即1980-1981年住宅通用设计4个单元6层楼，体型系数为0.3左右的建筑物，图2为单个单元的标准层建筑平面图。
表8列出了对应各节能标准的主要围护结构参数，得到超低能耗建筑的节能目标数值是否可行，将建筑的节能部分全部由围护结构的保温性能承担，进行建筑模拟，比对计算得出的节能能耗是否合理。
需要指出的是，在超低能耗建筑（75%以上）至近零能耗建筑的阶段，必须要使用可再生能源进行常规能源的替代才可以实现，在此阶段，提高围护结构性能对减低能耗的贡献作用已经很小。
4、结论
本文在梳理国外超低能耗建筑标准和定义的基础上，结合我国的建筑节能标准战略路线，提出了我国超低能耗建筑的定义，并提出了超低能耗建筑的推进路线。
我国超低能耗建筑可以定义为，新建建筑采暖供冷能耗比按照节能标准建造的建筑节能50%以上的建筑，通过分析发现，我国的超低能耗建筑标准可以按照既有的建筑节能路线进行推进。
通过即将颁布的国家标准《建筑能耗标准》，提出了超低能耗建筑的能耗限值。
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