欧洲零碳建筑发展情况

2021-11-17

随着全球气候变暖及极端气候威胁等问题日益严重,为维护环境可持续发展,许多西方国家如欧盟各国、美国、日本等,都提出了大量的近(净)零能源建筑倡 议和政策,通过导入建筑节能技术和可再生能源,提出有效降低建 筑总体耗能的技术解决方案。


1、国际间对近零耗能建筑的相关定义

建筑物的生命周期可达40至120年,系统中还包含各种设备运转,因此任何建筑节能措施的效果,远比其他产业贡献大且具体,是减碳最需积极推动的重点产业。据国际能源总署(IEA)统计,预计至2030年,建筑部门耗能约占全球温室气体排放总量的30%。因此,降低建筑产业耗能已是全球节能减碳趋势下,各国积极发展技术的方向。可见,节能是建筑发展的主轴,而建筑则是全球节能减碳的核心。建筑物是全球对生产副产品温室气体(GHG)的能源和材料需求的主要来源。为降低全球暖化以及面对极端严峻的气候变迁挑战,建筑业必须导入零能源建筑技术与相关制度策略目标。

零能源建ZEB的各种定义在2008 年首次在国际上被讨论和提出。这些定义中的主要要求是在一定时间间(例如一年或一个月内使用和产生的能(或从电网导入并导出到电网)之间的零能量平衡。目前国际间对于零能源建筑的说法与定义大致可分为两种,净零能源建筑(Net Zero Energy Building, NZEB)近零能源建筑(Nearly Zero Energy Building, nZEB)。净零(net zero)与近零(nearly zero)的差别在于平衡状态定义上些微的不同,尤其是”近零“程度到底要多少,没有明确的定义。但两者都是指建筑能源的平衡状态,希望建筑物每年产生的能源(如可再生能源) 相等于自身所消耗的能源。零耗能建筑需要仰赖可再生能源来抵销自身耗能, 故进一步分类还能再区分为“场内零能源建筑(Site ZEB)“与”场外零能源建筑(Off-Site ZEB)“。

图1.净零能源建筑(Net Zero Energy Building, NZEB)与近零能源建筑

图2近零能源建筑中可再生能源应用路径Source [Marszal 2011]


整体而言,“净零能源建筑”的说法定义以美国为主,“近零能源建筑”的说法定义则以欧盟为主,世界上许多国家各有不同倾向的定义类型。两者意义相近,首先要求建筑物本身,包含使用耗能设备必需高效节能,其次是建筑物消耗能源,必须能与经由场地自身产出或邻近供应的可再生能源相抵销,使整体耗能接近或达到能源消耗与产出的平衡。设计过程要领与方法原则如下: (一)通过优化和整合加热及冷却技术,减少供热冷却的能源需求。 (二)提升主动建筑设备系统的能源效率。 (三)导入可再生能源,平衡建筑能源消耗。

在政策面的实施情况,欧盟、美国及部分亚洲国家已经将建筑零耗能纳入国家减碳目标期程。零耗能建筑设计的情况,过去著名的零碳建筑/零耗能建筑设计均出现在欧美国家,尤以英国、德国为主。欧美国家的气候干燥凉爽为主,夏季冷房的需求较少,冬季可透过良好的建筑隔热设计与太阳能的运用,能大幅降低建筑物的日常耗能。近年来在亚洲地区也陆续出现零耗能建筑/近零耗能建筑设计。由于亚洲大部分地区处于亚热带热湿气候区,只有有运用空调才能除湿排热达成室内环境的舒适,这是亚热带地区建筑日常零耗能的最大挑战。


2、欧洲近零能源建筑政策发展

在欧洲建筑业向能源效率高、近零能源建筑(nZEB)转型的时代,定性和定量指标有助于实践目前欧盟2020年零能源建筑目标。为了在建筑物中实现高效率指标,对nZEB需要进行积极的建筑节能和碳减排。在2020年以后,所有新建筑都必须表现出高能源效率,再佐以导入可再生能源来实现建筑减碳的需求。

图3.欧盟EN标准的住宅建筑能源使用架构

Overview and future challenges of nearly zero energy buildings (nZEB) design in Southern Europe - ScienceDirect


图4.近零能耗建筑净输送能量的详细能量边界(Source [REHVA 2012])

ec.europa.eu/...


2002年,欧盟首度制订能源效率建筑指令(Energy Performance of Buildings Directive, EPBD),并导入“建筑能源护照”(Energy Performance Certificate, EPC)制度,成为世界各国学习建筑节能的立法典范。

2007年,欧洲标准化委员会(CEN)引入了欧洲标准EN15251,该标准建议采用Fanger的PMV/PPD机械加热和冷却建筑模型,以及Humfreys与Nicol的无机械冷却系统建筑的适应性模型。对于nZEB,除了能源效率指标外,还应根据EN15251计算短期和长期舒适指标。各会员国已经提出了自己的舒适度目标建议。法国法规要求在空调建筑中夏季的设定温度不应低于26°C;PH(Passive House)标准则要求作为夏季舒适标准,“超过25℃的小时数不得超过工作时间的5%”,该标准必须藉由使用动态仿真来验证。

2010年EPBD修正时,提出“近零耗能”建筑(Nearly Zero-Energy Buildings, nZEB)的落实时程,要求2019年起所有新建公有建物达到近零耗能,2021年起,则是所有的新建物(包括民间)都要达到这个标准,借以改造能源绩效,为欧洲新建和翻修的建筑物设定标准。EPBD要求欧盟会员国首先降低供暖和制冷的能源需求,使用建筑基地内或附近可再生能源做为主要的能源提供。另外,nZEB要求施工质量必须达到一定的水平,施工过程中需要通过使用新的施工技术、高科技材料等节能技术来达到要求。

图5.EPBD历来修正均不断拉高能耗标准,务求在本世纪中达到建筑部门零排放

EUR-Lex - 02010L0031-20210101 - EN - EUR-Lex


随着EPBD的推行,欧盟大多数成员国修订了现有的法规和准则,并开始在国家层面上制定与近零能源建筑等相关规范,做为高性能建筑发展的指向性策略。然而,各成员国中,nZEB的进展和实施有显著差异。北欧一方面设法开发或调整了nZEB的概念、定义和施工技术,其中诱导式建筑或被动房(PH,Passive House)标准就是典型例子。欧盟在建筑隔热、主动建筑设备系统的效率、可再生能源的地方转换越来越严格,下一个目标是将能源永续性从设计时间延伸到整个建筑的整个生命周期。

图6.PHI 被动房分级标准(passipedia.org/...


2018年欧盟通过新一版的EPBD,要求从2021年1月1日起,所有新建筑物(以及进行重大翻新的建筑物)必须为近乎零能耗的建筑物(NZEBs)。诸如加强能源管理与监测系统、建立“建筑智慧指标”(smart readiness indicator)、规定建筑得配置电动车充电设备或管线等内容,都是最新加入的内容之一。这次修法最大影响在于明确要求欧盟会员国必须在2020年3月10日前,制定或修正国内法规、并提出明确的政策实施路径,以符合2050年前全部建筑达到低排放或零排放(low and zero-emission)温室气体的标准。

2019年,欧盟委员会近日了旨在提高存量建筑能源效率的建筑翻新计划(Building and Renovation)。根据计划,未来10年欧盟将资助改造3500万栋建筑,将翻新率提高至少一倍,有望创造16万个绿色建筑岗位。每个欧盟国家还需要通过其综合国家能源和气候计划(NECPs)提出其2021-2030年期间解决建筑能源问题的战略,最终助力欧盟实现2030年提高32.5%能源效率的目标。EUR-Lex - 32019H0786 - EN - EUR-Lex


图7.综合国家能源和气候计划


3、欧洲零碳建筑政策进展

EPBD 要求从2019年1月1日起所有新的公共建筑物都为 nZEB,大多数成员国都满足了这个日期,尽管在某些情况下无法确定确切的实施日期。四个国家错过了最后期限。自 2021年1月1日起,整个欧盟的所有新建筑,无论是住宅还是非住宅、公有或私有,都必须按照国家 nZEB 标准建造。 希腊、匈牙利和保加利亚最后期限前未达成要求。

图8.欧盟成员国EPBD实施情况

globalabc.org/...


欧盟推动净零能源建筑不只为了环保,也有促进经济的考量。建筑占欧盟能源消耗的40%和温室气体排放量的36%。目前,欧盟约35%的建筑超过50年,近75%的建筑存量是能源低效的。同时,每年只有大约1%的建筑存量得到翻新。对现有建筑进行翻新可显著节省能源,因为它可将欧盟的总能耗降低 5-6%,将二氧化碳排放量降低约 5%。另外能源效率投资刺激经济,特别是建筑业,建筑业占欧洲GDP的9%左右,直接就业岗位达1800万个。特别是贡献了欧盟建筑行业70%以上附加值的中小企业将受益于建筑翻新市场的提振。(Energy performance of buildings directive  Energy


图9.欧盟委员会节能建筑相关项目及举措

ec.europa.eu/...


欧盟零碳建筑项目实施相关措施还包括装修浪潮、长期翻新策略、建筑智能指标等关键举措,后续计划将对这些项目的实施进展和最新成果进行解读,敬请期待。


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