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【技术交流】什么是净零能耗建筑?

发表时间: 2020-07-16 09:30:57

作者: 墙板设备

来源: www.haitianjidian.com

浏览: 21

【技术交流】什么是净零能耗建筑?


 ***,净零能耗建筑首先应该是超低能耗建筑。它不应仅仅满足建筑节能墙板设备设计标准要求,而要优于民用建筑能耗标准中的引导值或各地建筑能耗指南中的先进值。因此,实现净零能耗建筑的关键是运行。净零能耗是一个运行目标,必须通过建筑节能管理降低现场能耗。
第二,采用适宜的超低能耗建筑技术。这些技术的能效,不能只靠计算,更需要通过实际运行中的能耗检测来加以证实。因此,这里提及的“能效”,应该指的是“绩效”和“效果”(energy performance)。这些技术包括:1)被动式技术,如昼光照明、围护结构保温、提高气密性、被动式太阳能供暖、自然通风等;2) 高效暖通空调设备和系统、高效照明、高效电器等。
第三,利用可再生能源。1) 现场(on-site)可再生能源:建筑红线之内的可再生能源,如光伏、太阳能热水、屋顶小型风电、桩基地埋管换热器等;建筑场地之内的可再生能源,如光伏、太阳能热水、低影响土壤源/地表水源换热器、风电、现场废弃物生产生物质能源等。2) 非现场(off-site)可再生能源:利用非现场的可再生能源资源在现场产能,如来自外部的生物质、木屑、生物柴油、沼气等,产能装置在建筑现场;通过排放权交易或绿色采购得到的风电、光伏发电和水电。
特别要注意,实施这3条原则,绝不是“有”了某几项技术就可以了,也不是仅靠设计计算值就算数了。而是要在运行过程中通过智能能量表的检测数据进行验证,用实物量结账。这给净零能耗建筑的实施带来很大的挑战。主要有两大挑战:1) 在有一定建筑密度的城区,由于建筑之间的相互影响和干扰,被动式技术难以达到预想效果;2) 在单体建筑红线之内,没有充足的空间供可再生能源的收集和储存。
1.1单体建筑实现净零能耗的挑战
纵观国际上净零能耗和被动式超低能耗建筑的案例,基本上是以独立式住宅和小型公共建筑为主,建筑面积在几百或数千m2,超过1万m2的建筑比较少。Xu等人总结了亚洲太平洋经济合作组织(APEC)***100个超低能耗建筑的案例,超过1万m2的建筑只有17幢,分别为:中国8幢,日本8幢,美国1幢。
这是为什么呢?
在单体建筑(尤其是公共建筑)中实现净零能耗有几个比较难以解决的技术问题:
1) 新风需求。被动式超低能耗建筑的气密性要求很高,需要靠机械通风系统引入新风。夏季在湿热地区需要处理大焓差新风,冬季在严寒地区需要处理大温差新风(可能还需要加湿),这些都需要耗能。解决方法之一是用新风热回收(全热和显热)的方法。目前热回收技术***效率在70%左右。在住宅和小规模办公类公共建筑中应用,由于新风需求不大,比较容易解决。而大型公共建筑的新风需求较大,即使有热回收,还会产生较大的能耗。解决方法之二(主要用于夏季)是用除湿的方法降低新风负荷(desiccant cooling),即实现热湿独立处理。但无论是液体还是固体除湿,都需要除湿剂再生过程。要找到适宜的余热、废热等再生热源并不容易。如果利用太阳能,则需要比较大的集热器面积。用制冷机的冷凝热是比较好的解决方案,但在某些气候条件下,可能会提早开启制冷机。
2) 太阳辐射。冬季太阳辐射是被动供暖的有利因素,需要尽量增加太阳辐射得热;夏季太阳辐射则是增加冷负荷的***不利因素。尽管有低辐射Low-E玻璃窗等围护结构降负荷设施,但为了降低冬季负荷需要将Low-E膜镀在内窗外表面上,为了降低夏季负荷需要将Low-E膜镀在外窗内表面上。二者是相悖的(***能有冬夏内外窗表面翻转的设施)。夏季也可以采用外遮阳措施降低一部分太阳辐射(直射)。夏季太阳辐射作用在不透明围护结构上,也会形成较高的表面温度,增加导热量。
3) 内部负荷。建筑室内的照明、设备、人员都是发热(湿)源,尤其在公共建筑的室内热平衡过程中有非常重要的影响。在冬季,室内发热量是有利因素,可以降低供暖负荷;而在夏季,室内发热(湿)量是不利因素,要从温度较低的室内将热量转移到温度更高的室外,必须消耗能量。
4) 自然通风。有人会说,将热量从室内搬到室外可以靠自然通风。自然通风确实是夏季实现免费供冷和自然冷却的好办法。但它需要有一定的条件:***,需要室外气温有较大的日较差(日平均气温低于25 ),使室外土壤在夜间蓄存一部分冷量,白天近地面处的空气温度较低,通过自然通风引入这部分温度较低的空气,利用热压作用置换室内温度较高的空气,可以起到降温作用;第二,需要室外含湿量低于或略高于室内,这样才能通过自然通风为室内除湿(或至少不会明显地加湿);第三,需要室外空气比较清洁(或至少没有被污染)。这3个条件在目前中国的多数城市中都不能完全具备。自然通风在冬季也与建筑气密性要求相矛盾。因此,自然通风是一项“锦上添花”的措施,在净零能耗建筑中必须有自然通风措施,但不能指望自然通风技术能带来多少节能量,更不能用计算能耗替代实测能耗,夸大自然通风的作用。必须指出,自然通风并不是开窗通风那么简单,而是需要经过设计的,在一些复杂建筑中,还需要作模拟分析。这本应是建筑师的职责。
上述1)和3)是系统效率问题,而2)和4)在一定程度上与建筑的外环境相关。做过城区气候设计、空间布局合理的城区微气候,会扩大太阳辐射和自然通风的正向效应;而没有经过气候分析的城区,会由于建筑物之间的相互干扰,增大太阳辐射和自然通风的负面作用。
1.2 净零能耗建筑的负荷
以假设的夏热冬冷地区办公楼为例,采用多种节能技术控制建筑物的围护结构和设备,概略计算其负荷,结果如表1所示。


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