前言：

零碳建筑是指充分利用建筑本体节能措施和可再生能源，使年减碳量大于等于建筑全年碳排放量的建筑。

近日，河北雄安新区印发了《雄安新区城乡建设领域碳达峰实施方案》，提出大力推进绿色建筑与近零能耗建筑、零碳建筑融合发展，聚焦零碳建筑关键技术！

为什么要发展零碳建筑，如何发展，目前有哪些技术路径，有没有可以参考的项目案例？本文将对以上问题进行详细梳理

1、什么是零碳建筑？

在“能源、碳排放”的双重约束下，我国推动了建筑领域的低碳转型，在零能耗建筑的基础上，结合建筑全生命周期，提出了近零碳建筑、零碳建筑。

零碳建筑考虑的不仅仅是建筑运行阶段的碳排放，更是全面考虑建筑建造过程中的隐含碳排放，目标是在建筑的全生命周期中实现碳的零排放。

零碳建筑是指充分利用建筑本体节能措施和可再生能源，使可再生能源二氧化碳年减碳量大于等于建筑全年全部二氧化碳排放量的建筑。

它除了采用被动式建筑设计中的高效保温、高效节能窗等被动式节能技术外，更多的是通过主动技术措施提高能源设备与系统的效率，引入更多的智能控制技术，充分利用可再生能源，例如光伏。

同时注重实现材料和产品的循环利用，有效的减少建筑全生命周期的减少碳排放。

2、为什么要发展零碳建筑？

根据《2022中国建筑能耗与碳排放研究报告》统计结果，2020年全国建筑全过程碳排放总量为50.8亿tCO2，其中建筑运行阶段碳排放量为21.6亿tCO2，占全国碳排放比重高达21.7%。

可见降低建筑运行阶段碳排放，大力发展零碳建筑，将大幅降低我国碳排放总量，有利于我国碳达峰、碳中和目标顺利实现。

零碳建筑通过主动式建筑理念与被动式设计理念相结合，最大幅度地降低建筑对能源的依赖，使建筑排放的碳量处于较低水平。

1、主动式建筑设计

（1）太阳能系统

太阳能系统在建筑中的利用主要有附加光伏系统（BAPV）和光伏一体化建筑（BIPV）两种形式。

BAPV是最早且最常用的一种形式，它与建筑结构常见的安装形式，主要是屋顶光伏电站；

BIPV是将光伏建材与建筑融为一体，直接替代原有建筑结构，BIPV采用的光伏技术目前主要可分为晶硅光伏组件和薄膜光伏组件，晶硅组件是目前市场的主流产品，单位装机功率高，转化效率可达16%至22%，同样装机面积下发电量优于薄膜组件。

我在《万亿BIPV大爆发！一文梳理项目方案、应用设计与投资收益》一文中对相关内容进行了非常详细的梳理，感兴趣的朋友可以点击题目跳转阅读。

（2）地道风技术

利用土壤夏冷冬热的特点为建筑提供热（冷）能，通过设计阶段对管道冷却能力的计算，确定管道的尺寸、长度、埋深及间距等，利用地道风技术，可以有效的缩短空调开启时间，极大限度的降低建筑的使用能耗。

（3）地源热泵技术

地源热泵指所有使用大地作为冷热源的热泵全部称为地源热泵，是利用地球表面浅层地热资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统，是一种既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。

通过输入少量的电能，即可实现较多的能量从低温热源向高温热源的转移，利用地源热泵技术制冷，与传统中央空调技术相比能耗可降低20%以上，是一种清洁高效的能源利用形式。

2、被动式建筑设计

以气候特征为引导，通过建筑物本身来收集、储蓄能量（而非利用耗能的机械设备）使得与周围环境形成自循环的系统。

这样能够充分利用自然资源，达到节约能源的作用。在寒冷地区冬季以保温和获得太阳能为主，夏季兼顾隔热和遮阳作用。

当前，行业内外正在积极开展零碳建筑创新，重点围绕以下几个方面推进了探索与实践：

1、智能可调围护结构

现有围护结构通常采用被动式保温隔热实现节能，然而室外气象条件不是一成不变的，被动式围护结构的单一热物性无法保证所有气象条件下建筑能耗需求最低，

比如夏季为降低室内空调负荷，应阻止太阳辐射热量透过窗户进入室内，而冬季应尽可能多的使太阳辐射透过窗户，这要求窗户能够主动适应气候变化，目前常用的被动式中空Low-E玻璃技术无法满足以上需求，出现了电致变色、热致变色以及其他动态遮阳技术研究，以期进一步挖掘围护结构的节能潜力。

2、精准热服务

传统的室内冷热环境营造手段通常是采用空气对流的方式对整个室内空间进行加热或冷却，当室内空间较大、人员较少或人员位于封闭性较差的空间时将造成不必要的能量浪费，为此探索精准热服务，出现了工位送风、座椅加热、辐射采暖等技术，为人员局部活动空间进行舒适度营造，有利于降低空调或供暖设备容量配置，从而节约设备运行能耗。

3、建筑产能+储能一体化

建筑一直以来都是耗能大户，然而建筑光伏一体化技术的发展赋予了建筑产能功能。由于光伏产能无法稳定输出，需配合储能技术使用，目前建筑采用的储能方式是设置独立的电化学电池储能站，这需要占用专门的场地空间。

如果借鉴建筑光伏一体化的思路，将建筑本体作为储能装置，研发具备储能功能的建筑围护结构，既能弥补光伏技术的不足，有效消纳波动的光伏发电，又能提升建材附加值，为绿色建筑升级提供新思路，目前已形成了储能砖等相关探索，以期拓展建筑的储能功能。

4、跨季节储热

太阳辐射热量可为建筑供暖及生活热水提供重要的零碳热源，然而太阳辐射强度与建筑的热能需求并不能完全匹配，比如夏季太阳辐射强度大而建筑无供暖需求，冬季太阳辐射强度小而建筑供暖需求大，为解决以上矛盾，国内外开展了很多跨季节储热研究。

丹麦等北欧国家较早开展跨季节储热技术研究及应用，主要采用大型蓄热水池、地下水体或土壤源等介质实现热量存储，国内也出现了三相吸收式化学储热方面的探索，以期实现“夏热冬用”。

以济南起步区零碳智慧创新运营中心项目为例，梳理零碳建筑建设运行方式。

2022年12月15日至16日，作为世界上聚焦可持续城市与人居环境最重要的会议之一，第十七届全球人居环境论坛年会(GFHS 2022)成功举办，济南起步区零碳智慧创新运营中心项目荣获“全球人居环境规划设计奖”。这是起步区在绿色低碳高质量发展方面获得国际认可的重要成果之一。

1、十余项技术创新助力零碳排放

为了实现零碳智慧创新运营中心项目的零碳运行，项目在合理选择能源体系、提高自身保温系统和气密性的同时充分考虑了屋顶结构、光照角度和周边环境，通过太阳得热强度模拟，设置了BIPV建筑光伏一体化系统、屋顶晶硅光伏发电系统和地块外太阳能光伏发电系统。

在运行过程中，建筑能源来源于可再生能源发电，每年的发电量可以满足项目全部能源消耗，实现运行过程中零能耗运行和零碳运行，同时可实现余电上网，成为区域分布式能源站。

除此之外，项目将可持续低碳理念贯穿于规划设计、建筑设计、建材选择、施工及运营管理全过程。

采用了高性能钢结构体系，可再生低碳建材，新型保温防水材料，低挥发、低散逸性材料选用，光储直流供电示范，多元耦合能源体系，舒适节能空调系统，健康室内环境保障技术，健康饮水水质提升技术，地道风和水喷雾集成降温系统，海绵型绿地和节水系统，室内高固碳植物种植，地下空间采光改善技术，碳排放监测平台，最大限度的降低建筑能源消耗和碳排放，达到节能降碳的目的。

2、打造可感知的智慧能源碳排放监控平台

在智慧创新方面，零碳智慧创新运营中心项目围绕建筑全生命周期内的“可溯源、可监管、可预测”理念，建设智慧能源碳排放监控平台。

该平台采用“1+N”模式，即“1个平台，N个应用”，实现对零碳智慧创新运营中心的设计、施工、设备、材料、能源、碳排放等内容可溯源，运营时具备对气象参数、室内舒适度、建筑设备、能源消耗、碳排放等内容的可感知、可视化、可监管，并基于数据驱动具备一定的智慧预测、智慧决策和运行优化的能力。

此外，该项目还采用了机器人智能停车系统、智慧办公系统、智慧照明系统、以及智慧安防系统等，切实将零碳智慧创新运营中心打造成为高质量、高标准的新一代“AI+绿色低碳智慧建筑”。

未来，该平台可通过片区数据接入和软件模块拓展，作为庙廊片区乃至更大片区智慧能源、碳排放、智慧城市建设等内容的控制展示平台，切实将起步区打造成为高质量、高标准的绿色生态智慧之城。

[1] 张时聪, 刘常平, 王珂, 等. 零碳建筑定义及碳排放计算边界研究

[2] 中国建筑节能协会建筑能耗与碳排放数据专委会：2022中国建筑能耗与碳排放研究报告

[3] 余楠, 王如竹, 陆紫生, 等. 三相吸收跨季节储能循环的理论分析

[4] 中国节能协会城市节能服务专委会：三个零碳建筑项目分享

[5] 暖通空调：零碳建筑实现的技术路径和相关政策

来源：碳中和资料库