零能耗建筑实例调研论文

课程设计（学年论文）
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课题工作时间：2013.12.30 至2014.01.08
零能耗建筑实例调研
XX
摘要：随着世界能源资源的愈发紧张，以及人们对居住环境日渐提高的要求，零能耗建筑的发展已蔚然成风，本文结合国内外多处典型案例，简要说明
目前零能耗建筑的技术方案。

关键字：零能耗建筑，被动式采暖，光伏发电，地源热泵，弗莱堡，贝丁顿零能耗发展项目，“太阳谷”
Abstract:As the world energy resources increasingly tense and people are to improve the living environment, the development of zero energy
consumption construction has become a common practice,based on
the domestic and foreign many typical cases, a brief description of
the technical scheme of zero energy buildings.
Keywords：Zero energy buildings,Passive heating, Photovoltaic power generation, Ground source heat pump, Freiburg, Beddington zero energy development,
"Sun valley"
1.何为零能耗建筑
零能耗建筑，是指不消耗常规能源的建筑，完全依靠太阳能或者其它可再生能源。

建筑运行所需的能量来源于建筑上安装的可再生能源系统，与建筑一体化的可再生能源系统产生的能量与建筑运行所消耗的能量相抵为零。

这种建筑基本不消耗煤炭、石油、电力等不可再生能源，就能维持建筑的正常运转需要。

零能耗建筑根据具体的设计目标还有几个派生概念。

如果以降低温室气体排放为设计目标，则此零能耗建筑也可称为零碳排放建筑(Net Zero Emissions Building)。

如果从用户角度讲，其最关心的可能是所缴的电费和煤气费等能耗费用。

如果一年之中，建筑的可再生能源输回电网所得收入正好抵消该建筑从城市能源供应系统购买能源的费用，那么该建筑又可以称为零能耗费用建筑(Net Zero Cost Building)。

零能源建筑的主要特点是除了强调建筑围护结构被动式节能设计外，将建筑能源需求转向太阳能、风能、浅层地热能、生物质能等可再生能源，为人们的建筑行为，为人类、建筑与环境和谐共生寻找到最佳的解决方案。

2.发展零能耗建筑的意义
一个国家或地区建筑能耗在总能耗中的比例，反映了这个国家或地区的经济发展水平、气候条件、生活质量，以及建筑技术水准。

现代建筑的能耗大致体现在两个部分，一个部分包括制造建筑材料和建筑产品时的能源消耗、将其从产地运往工地的运输能耗，以及建造过程中的能耗。

另一个部分是建筑在运行过程中的采暖、空调、用能设备、热水、烹饪等消耗的能源。

根据统计，美国的建筑能耗占到总能耗的近40％，建筑用电则占全国总用电量的70％，与建筑相关的温室气体排放量占38％。

零能耗建筑发展背景是从
发达国家过来的。

全球由于建筑消耗全球能源的40%，给能源安全、能源可持续发展带来挑战。

随着城市建设的高速发展,我国的建筑能耗逐年大幅度上升,已达全社会能源消耗量的32%,加上每年房屋建筑材料生产能耗约13%,建筑总能耗已达全国能源总消耗量的45%。

我国现有建筑面积为400多亿m2,绝大部分为高能耗建筑, 且每年新建建筑近20亿m2,其中95%以上仍是高能耗建筑。

占全世界每年新建筑的近50％。

由于中国目前80％的能耗还是源于燃煤，能耗的增加直接加深了对环境的破坏并增加了温室气体的排放。

如果继续执行节能水平较低的设计标准,将留下很重的能耗负担和治理困难。

庞大的建筑能耗,已经成为国民经济的巨大负担。

由此可见，发展零（微）能耗建筑对世界能源与生态的保护有着重要的意义。

发展零（微）能建筑，并不是将节能建筑材料及设备在建筑中简单组合，而应从建筑物的设计上着手，将相关节能科技、设备及材料进行有机的结合，使单幢建筑的节能发挥到最大限度，直至达到对不可再生能源的零能耗目标。

3.零能耗建筑的现状
零能耗建筑的概念其实并不新，许多欧美国家如瑞士、加拿大及德国都已发展零能源建筑。

一些区域国家如日本、泰国和马来西亚也开始零能耗建筑工程。

比如欧盟规定到2020年成员国要达到新建建筑零能耗的基本目标。

美国提出到2030年新建建筑要达到零能耗。

日本、韩国、澳大利亚都有类似目标。

在目前零能耗建筑的发展项目中，最具影响力的项目就是美国近十年建设的美国国家可再生能源实验室。

这个零能耗建筑外形很大，它有能源的目标，就是和我们现在建筑能源消耗可以用一句话来表达就是可能的最小，也就是说现有的技术手段它能够达到建筑的能源消耗是尽可能的最小。

对于已经应用于生活中的零能耗建筑的典型则非贝丁顿零能耗发展项目（BeddingtonZero Energy Development）莫属。

其理念便是展示如何既能将住宅区域工作区相结合，又能与周边郊外住宅区的居住密度相匹配，从而切实提供啊小区整体的宜人性。

在我国，零能耗建筑的发展也是蒸蒸日上。

中国建筑科学研究院在中美节能项目合作框架下，建设了一个节能办公楼——当今建筑节能最先技术和最实用的技术在这个楼里都有示范和展示。

建筑中集成的技术有很多，太阳能技术、辐射供冷技术，二层三层用不同的辐射供冷技术，既有意大利辐射板，又有国内滤网，包括空气处理解决PM2.5的一系列，光这个楼传感器达到一千多个传感器。

这是外形，光伏体系，可再生能源技术等。

4.零能耗建筑技术
零能耗建筑的设计理念和技术核心是尽可能利用自然条件和环境，减少或不用化石能源，通过采取高效的节能措施，提高建筑物的保温性和气密性，减少室内热(冷)量的散失，并利用可再生能源实行采暖和制冷。

零能耗建筑的设计需要综台考虑规划、建筑、结构、能源系统、暖通等各方面因素，提出初步的生态节能方案并在后续的设计中综台建筑、规划、景观、结构、暖通空调、给排水、建筑电气与楼宇控制、室内设计等各个专业通过各专业
密切协作，对建筑自身特点及区域自然资源、环境进行深入分析，根据气候特点和产品需求，综合采用成熟的高新技术及产品，才能形成整套可行的、适台的、内部有机相连的生态节能体系。

在实现建筑零能耗的诸多技术当中，太阳能的诸多利用技术占有绝大的比例。

如在结构设计中，设置被动式阳光间，它既可以向房间输送太阳热能，又可以作为一个热缓冲区，减少房间的热损失，使建筑物与阳光间相邻的部分获得一个温和的环境。

白天当阳光间内空气温度大于相邻房间温度时，通过门窗的通风，将阳光间的热量通过对流窜入相邻的房间，其余时间关闭。

当然，在零能耗建筑的设计中，对于太阳能的利用还远不止于此。

对于太阳能最为充足的屋顶，还有以下三种利用方式：
第一种是太阳能被动制冷屋顶，在夏季以空气或水为媒介，夜间利用屋顶的辐射冷却板冷却室外空气，然后送入室内，或通过屋顶设水池，夜间通过向空中散发辐射制冷，白天关闭水池盖板，水吸收室内热量，从而达到制冷作用。

第二种为太阳能热水器屋顶，利用集热器吸收太阳光，将光能转化为热能，并通过储水箱将热水储存，这类屋顶集热效率高、保温性能好、使用寿命长，较适合日照丰富的地区。

第三种为太阳能光电屋顶，利用太阳能组件将太阳能转变为电能，其光电电池可以与外装饰材料结合使用，运行时不产生噪音和废气，目前，已经实现了将光伏发电元件与建筑材料或建筑结构一体化，具备发电、建筑、装饰三位一体的太阳能光电屋顶。

除去取之不尽的太阳能资源之外，在零能耗建筑的设计中，对地热能源的利用也是极为高效的。

地源热泵是一种利用浅层地热资源（也称地热能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效无污染节能型空调设备。

地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现由低温位热能向高温位热能转移。

地热能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地热能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地热能中去。

在零能耗建筑的设计当中还有许多先进的结构设计、材料应用、暖通空调系统的优化，以及先进的自动控制设计等等。

5.零能耗建筑的实例分析
弗莱堡案例
本项目为1992年，德国于弗莱堡落成的实验项目——全零能耗建筑。

这个设计方案使用了很多实验性技术，都是当时太阳能研究的第一流技术。

而最精妙的部分要算是氢/氧系统，它可以根据季节不同对太阳电能进行储存。

本建筑设计时想要证明，在中欧气候条件下，太阳能能提供足够的能源，也能满足一个居住单元中全年的能源需要。

不仅采暖能源不需要由建筑外部系统提供，生活所需要的全部能源都能由建筑自身的系统从太阳能和地热等资源中取得，所以也叫能源全自给太阳能建筑（das energieautarkeSolarhaus）。

案例分析
本建筑在利用太阳能方面运用了多种技术措施。

建筑北外墙由240mm石膏砂砌块和240mm普通保温材料Isofloc层（纤维素纤维保温材料，由旧报纸及废
木材组成），表面由木质板覆盖。

在建筑结构初步完成时，通过压缩空气吹入预留空腔中。

在一定的气压作用下，形成一个无缝均匀保温层，具有很好所密性。

将建筑南向外墙改为东南和西南向，并在此上用透明保温材料。

这种平面形式在最大程度争取太阳辐射的同时，尽可能减少了建筑外表面的散热面积。

南外墙TWD（TransparentenWarmedaemmun）系统：南面墙壁内侧采用300mm硅酸钙砖，隔热层由透明聚碳酸酯蜂窝状隔热材料构成(透明毛细管状合成纤维保温材料)，外侧有木质结构层。

透明保温材料和安装在铝制框架中的外层单甚玻璃窗之间的空间内装有编织百叶窗帘。

将透明保温材料与外墙结合时，将微细管方向与墙体垂直，便形成一个类似普通集热墙的系统。

与普通集热墙相比，透明的部分，也就是太阳能保温性能明显改善，因而整个系统的效率得到相应的提高。

建筑的其他供热来源为安装在屋顶的高效太阳能集热器(14m²)它负责向l000升的储水箱提供热水。

这种新型的集热器采取任太阳能板后安装双抛面反射器，将太阳光反射到每一个侧面上，而每一面部采用透明保温材料进行保温处理。

为了不让建筑受到过度加热，自动控制的升降窗帘可以盖在集热器上起到保护作用。

为了在没有阳光的情况下满足能源需求，设计者为建筑安装了氢/氧储存系统。

在夏天，这个装置可以靠光电管所提供的电量，通过电解的方法将水分解成氧气和氢气。

产生的气体被加压存放在储箱内。

日后可以利用这些气体做成燃料电池重新转化为电能，也可以为厨房提供无火燃料或作为备用的取暖资源。

如果太阳能发电出现短缺，依靠氢氧燃料的1kW膜燃料电池可以进行补充发电。

贝丁顿案例
贝丁顿零能耗发展项目位于伦敦附近的萨顿市（Sutton）。

由英国著名的建筑师比尔.邓斯特（Bill Dunster）设计。

该项目被誉为英国最具创新性的住宅项目，其先进的可持续发展理念和环保技术的综合利用，使这个项目当之无愧的成为目前英国最先进的环保住宅小区。

案例分析
整个贝丁顿零能耗发展项目占地1.65hm2，包括82套公寓和2500m2的办公和商住面积，项目于2002年完成。

贝丁顿“零能耗发展”社区的“零能耗”得益于两大特色：其一是按照节能原则设计的建筑物；其二，社区能耗来源于内部的可再生能源。

在建筑设计方面，设计者探索了一种令采暖（Zero-heading）的住宅模式。

英国为高纬度地区岛国，气候温和潮湿，夏季温度适宜，但冬季寒冷漫长，有大约半年位采暖期。

针对这一点，建筑师通过选用紧凑的建筑形体和保温性能良好的围护结构设计，尽量减少建筑热损失并充分利用太阳能，以实现不用传统采暖系统的目标。

而且配合优秀的自然通风系统，经过特殊设计的“风帽”（Wind Cowl）可随风向的改变而转动，利用风压给建筑内部提供新鲜空气，同时排除室内的污浊空气。

并利用“风帽”中的热交换模块充分利用废气中的热量来预热室外寒冷的新鲜空气。

从而减少通风热损失。

而对不可避免的能源需求，小区采用了两种清洁能源方案。

首先整个小区的生活用电和热水的供应由一台130KW的高效燃木锅炉来提供，木材的稳定来源为其邻接的生态公园智能光的良好管理的速生林。

其次交通工具的能源需求由太阳能电力来满足。

电力来源由小区内的777m2太阳能光电板产生。

明皇“太阳谷”案例
皇明太阳能集团是中国太阳能产业诞生以来已建成的规模最大、现代化程度最高的大型民营股份制企业集团之一。

经过1 O年艰苦奋斗，皇明集团从无到有、从小到大，在德州这片神奇的土地上建起了令世人瞩目的太阳能圣地——太阳谷。

作为全国乃至全世界规模最大、建设最完善的太阳能示范区之一，这里有节能率达到1 00％的“零能耗别墅”，有世界最长的太阳能光电大道之一，有2005年刚落成的太阳能博物科技馆，有规划之中的可再生能源大学和太阳能未来世界。

案例分析
太阳谷位于山东省德州市，占地面积3000亩，是国内太阳能综合利用程度最高、节能最多的零排放示范建筑之一，是目前全球最大的集产、学、研、游为一体的太阳能产业平台，承载了人类的未来可持续发展战略，汇聚了世界前沿的低碳科技。

太阳能为热水、光伏发电、蓄热采暖、空调提供能量，解决了家居热水、生活用电、制冷采暖、空气调节的耗能问题。

除电讯信号外，不需要任何常规能源。

太阳能利用率达到100％，节能75％以上。

实现全智能控制，241]~时生活热水即开即用，室内空气保持清新，温度、湿度、含氧量适宜，是具有零排放、高舒适性特性的智能化健康住宅。

技术应用：太阳能集热技术、太阳能空调技术、太阳能蓄热采暖技术、太阳能遮阳技术、太阳能光伏发电技术、太阳墙、智能控制技术和新风换能技术、高性能围护节能技术——陶粒砌块、墙体外保温、高性能温屏玻璃窗。

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