“近零能耗建筑”的跨越發展對宅配機電產業的意義
《國家科學進展》(National Science Open, NSO)是由中國科學院主管,中國科技出版傳媒股份有限公司主辦的自然科學綜合性英文期刊。近期,該期刊在線發表了中國建筑科學研究院有限公司于震、高彩鳳、楊佳鑫、吳劍林與張歡發表的綜述文章《中國近零能耗建筑研究與發展綜述》(Overview of Research and Development of Nearly Zero Energy Buildings in China)[1]。該綜述歸納了我國近零能耗建筑(NZEB)發展十余年來關鍵技術研究進展、標準研編、政策發展、工程實施現狀和產業發展狀況,并對行業未來發展進行了展望。文章收錄于NSO“低碳建筑能源系統”專題(Special Topic: Energy Systems of Low Carbon Buildings)。
建筑行業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生的碳排放約為21億tCO?,約占全國碳排放總量的20%,隨著我國社會經濟的發展,建筑碳排放總量和占比均存在較大的增長壓力。“近零能耗建筑”是作為我國建筑節能發展歷程中的一個跨越式發展節點出現的,在國家“2030碳達峰”和“2060碳中和”的新形勢下,發展近零能耗建筑,是助力我國建筑領域實現“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。
01、中國近零能耗建筑產業發展
近零能耗建筑對建筑保溫隔熱、門窗、氣密性及冷熱源效率均有較高要求,在標準的引領下,近零能耗建筑適用的高性能建筑部品、保溫材料、門窗產品、建筑氣密性材料、防水材料、高能效冷熱源與新風系統等產業得到了快速發展。這些產業涉及細分行業多,產業鏈條長、產品附加值高。過去十年來規模不斷壯大,產品及系統形式日益多樣,性能及技術不斷升級,成本逐漸降低。
02、國際高能效建筑發展現狀
“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濟發展水平影響,各國實現高能效建筑目標及時間計劃各不相同,近零能耗建筑的定義及計算方法也存在差異。總體來看,發達國家發展近零能耗建筑起步及提出明確實施比例的時間普遍早于我國,且更多關注于既有建筑的改造環節,而我國雖起步略晚,但發展速度快,更多聚焦在新建建筑實施,對能耗限值的要求與國際同類建筑相比屬于較為嚴格的水平。
03、中國近零能耗建筑關鍵技術研究進展
近零能耗建筑在中國的研究歷程大致可以分為3個階段,2010-2015年,處于起步階段,研究主要集中在超低能耗建筑定義、關鍵技術及技術集成等領域。2015年住建部《被動式超低能耗綠色建筑技術導則(居住)》發布,支撐了當時工程實踐的開展。2016~2019年是技術研究快速發展的階段,研究工作主要集中在關鍵技術、產品工具研發及工程示范。其標志為2019年國家標準《近零能耗建筑技術標準》GB/T 51350發布,規范了近零能耗建筑定義、指標、技術措施和評價方法。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,產品開發及完善,不同氣候區技術體系細化,以及規模化推廣等。
過去十余年來,近零能耗建筑相關研究主要集中在核心指標與技術體系、性能化設計方法與工具開發、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等方面。目前近零能耗建筑核心指標與關鍵技術已經明確,技術體系相對成熟,各項技術在不同氣候區實施時的具體做法不同。基于神經網絡算法的性能化設計優化工具,可利用機器學習訓練的快速能耗計算模型,結合眾多影響因素的經濟性模型,采用算法針對所有影響最終能耗的因素組合出來的海量技術方案實現分鐘級的比選尋優。大幅提高了近零能耗建筑設計效率及精準程度,同時可為工程項目選取最有效的技術組合方案,節約成本。
面向中國近零能耗建筑的規模化推廣階段,如何開發或尋找更輕薄、滿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研發工作的重點。
能源設備系統方面,主要集中于小規模戶式設備系統的應用研究,除近零能耗居住建筑常用的新風熱泵一體機外,毛細管頂棚輻射、戶式VRF等高效設備系統也逐漸研發出廠并在近零能耗工程項目中得以應用。目前主要面臨問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、初投資及工程規模化推廣。
04、中國近零能耗建筑政策支持
2015年至今,國家頒布多項政策文件,從試點實施到規模化推廣,積極倡導發展近零能耗建筑。與此同時,地方政府發出了百余項政策,支持力度更大,落地性更強,包括經濟獎勵和容積率獎補等。然而,個人業主和相關產業企業的獎勵支持相對不足。
05、中國近零能耗建筑工程實踐
全球近零能耗建筑市場迅速增長,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去十年快速發展,覆蓋多個氣候區和建筑類型。圖1展示了部分省市“十四五”期間內計劃實施的超低能耗建筑的面積目標,和截止2022年底已實施的超低能耗建筑面積。可見,未來兩年內,仍有約2000萬㎡待建缺口。
06、未來展望
文章對近零能耗建筑未來發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。
(2)中國既有建筑存量龐大,既有建筑近零能耗改造相關研究和工程實踐有待全面開展。
(3)如何通過技術優化、產業發展、政策支持等手段進一步降低近零能耗建筑增量成本,仍將是近零能耗建筑發展的需要解決的主要問題。
該研究得到了中國建筑科學研究院有限公司“社區低碳、碳中和規劃設計技術研究與工程示范”(20220109330730002)與住建部科學技術計劃項目“零碳建筑技術體系及關鍵技術研究”(K20221412)的支持。