前言
中华人民共和国国家标准
近零能耗建筑技术标准
Technical standard for nearly zero energy buildings
GB/T 51350-2019
主编部门:中华人民共和国住房和城乡建设部
批准部门:中华人民共和国住房和城乡建设部
施行日期:2019年9月1日
中华人民共和国住房和城乡建设部公告
2019年第22号
住房和城乡建设部关于发布国家标准《近零能耗建筑技术标准》的公告
现批准《近零能耗建筑技术标准》为国家标准,编号为GB/T 51350-2019,自2019年9月1日起实施。
本标准在住房和城乡建设部门户网站公开,并由住房和城乡建设部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。
中华人民共和国住房和城乡建设部
2019年1月24日
前言
根据住房和城乡建设部《关于印发〈2016年工程建设标准规范制订、修订计划〉的通知》(建标函[2015] 274号)的要求,标准编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考有关国际标准和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上,编制了本标准。
本标准的主要技术内容是:1.总则;2.术语;3.基本规定;4.室内环境参数;5.能效指标;6.技术参数;7.技术措施:8.评价。
本标准由住房和城乡建设部负责管理,由中国建筑科学研究院有限公司负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见和建议,请寄送中国建筑科学研究院有限公司(地址:北京市北三环东路30号,邮政编码:100013)。
本标准主编单位:中国建筑科学研究院有限公司
河北省建筑科学研究院
本标准参编单位:荣华建设集团有限公司
北京市建筑设计研究院有限公司
清华大学
哈尔滨工业大学
西安建筑科技大学
华南理工大学
中建科技有限公司
中国建筑西南设计研究院有限公司
北京住总集团有限责任公司建筑设计研究院
新疆建筑设计研究院
北京五合国际工程设计顾问有限公司
天津市建筑设计院
上海市建筑科学研究院
华东建筑设计研究院有限公司
山东省建筑科学研究院
河南五方合创建筑设计有限公司
深圳市建筑科学研究院股份有限公司
大连理工大学
北京科技大学
青岛被动屋工程技术有限公司
秦皇岛五兴房地产有限公司
江苏南通三建集团股份有限公司
中国葛洲坝集团房地产开发有限公司
河北奥润顺达窗业有限公司
北京天正软件股份有限公司
曼瑞德集团有限公司
西门子(中国)有限公司
青岛科瑞新型环保材料有限公司
北京东邦绿建科技有限公司
北京科尔建筑节能技术有限公司
3M中国有限公司
望瑞门遮阳系统设备(上海)有限公司
珠海格力电器股份有限公司
广东美的暖通设备有限公司
大金(中国)投资有限公司
开利空调销售服务(上海)有限公司
森德(中国)暖通设备有限公司
安徽安泽电工有限公司
江苏风神空调集团股份有限公司
兰舍通风系统有限公司
际高贝卡科技有限公司
日本矢崎能源系统株式会社北京代表处
同方泰德国际科技(北京)有限公司
易能环能科技(上海)股份有限公司
日出东方太阳能股份有限公司
国安瑞(北京)科技有限公司
本标准主要起草人员:徐伟 邹瑜 于震 孙德宇 强万明 张行良 徐宏庆 张时聪 吴剑林 郝翠彩 宋晔皓 方修睦 陈曦 孙峙峰 刘艳峰 赵立华 李丛笑 杨玉忠 万成龙 冯雅 胡颐蘅 刘鸣 卢求 伍小亭 杨建荣 于正杰 邵康文 夏麟 王昭 崔国游 郝斌 端木琳 曲世琳 王臻 周炳高 焦家海 魏贺东 窦春伦 陈立楠 李壮贤 霍雨佳 吴亚洲 王新 金国祥 胡余生 黄国强 钟鸣 杨利明 郭占庚 张俊业 陆辉 金春林 丛旭日 郑伟 赵晓宇 李光宇 焦青太 宋波 杨芯岩
本标准主要审查人员:刘加平 王崇杰 仲继寿 李德英 冯国会 沈景华 彭梦月 薛峰 陈琪 栾景阳 赵士怀
1总则
1 总 则
1.0.1 为贯彻国家有关法律法规和方针政策,提升建筑室内环境品质和建筑质量,降低用能需求,提高能源利用效率,推动可再生能源建筑应用,引导建筑逐步实现近零能耗,制定本标准。
▼ 展开条文说明
1.0.1 我国正处在城镇化快速发展时期,经济社会快速发展和人民生活水平不断提高,导致能源和环境矛盾日益突出,建筑能耗总量和能耗强度上行压力不断加大。实施能源资源消费革命发展战略,推进城乡发展从粗放型向绿色低碳型转变,对实现新型城镇化,建设生态文明具有重要意义。
自1980年以来,我国建筑节能工作以建筑节能标准为先导取得了举世瞩目的成果,尤其在降低严寒和寒冷地区居住建筑供暖能耗、公共建筑能耗和提高可再生能源建筑应用比例等领域取得了显著的成效。我国的建筑节能工作经历了30年的发展,现阶段建筑节能65%的设计标准已经基本普及,建筑节能工作减缓了我国建筑能耗随城镇建设发展而持续高速增长的趋势,并提高了人们居住、工作和生活环境的质量。从世界范围看,美国、日本、韩国等发达国家和欧盟盟国为应对气候变化和极端天气、实现可持续发展战略,都积极制定建筑迈向更低能耗的中长期(2020、2030、2050)政策和发展目标,并建立适合本国特点的技术标准及技术体系,推动建筑迈向更低能耗正在成为全球建筑节能的发展趋势。
在全球齐力推动建筑节能工作迈向下一阶段中,很多国家提出了相似但不同的定义,主要有超低能耗建筑、近零能耗建筑、(净)零能耗建筑,也相应出现了一些具有专属技术品牌的技术体系,如德国“被动房”(Passive House)技术体系等。
2002年开始的中瑞超低能耗建筑合作,2010年上海世博会的英国零碳馆和德国汉堡之家是我国建筑迈向更低能耗的初步探索。2011年起,在中国住房城乡建设部和德国联邦交通、建设及城市发展部的支持下,住房城乡建设部科技发展促进中心与德国能源署共同推广德国建筑节能技术,建设了河北秦皇岛在水一方、黑龙江哈尔滨溪树庭院、河北省建筑科技研发中心科研办公楼等建筑节能示范工程。2013年起,中美清洁能源联合研究中心建筑节能工作组开展了近零能耗建筑、零能耗建筑节能技术领域的研究与合作,建造完成中国建筑科学研究院近零能耗建筑、珠海兴业近零能耗示范建筑等示范工程,取得了非常好的节能效果和广泛的社会影响。2015年11月,住房城乡建设部颁布《被动式超低能耗绿色建筑技术导则(居住建筑)》,极大地推动了我国超低能耗、近零能耗建筑的发展。
2015年12月,第21次联合国气候变化大会(COP21)在巴黎召开,大会首次将建筑节能单独列为会议议题,来自相关机构的200位代表参加会议“建筑日”研讨会。会议主办方联合国环境署表示,建筑全寿命期产生的碳排放占全球碳排放总量的30%,如按现有速度继续增长,到2050年,建筑相关碳排放将翻倍,因此,通过建筑节能标准不断提升,引导新建建筑和既有建筑逐步提高节能减排性能,使其在规划设计阶段较原有水平大幅降低能源需求,再通过可再生能源满足剩余能源供给,最终使建筑达到零能耗和碳中和是建筑节能工作发展方向。
2017年2月,住房和城乡建设部发布《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》提出:积极开展超低能耗建筑、近零能耗建筑建设示范,提炼规划、设计、施工、运行维护等环节共性关键技术,引领节能标准提升进程,在具备条件的园区、街区推动超低能耗建筑集中连片建设。鼓励开展零能耗建筑建设试点。到2020年,建设超低能耗、近零能耗建筑示范项目1000万m2以上。
我国近零能耗建筑标准体系的建立,既要和我国1986年~2016年的建筑节能30%、50%、65%的三步走进行合理衔接,又要和我国2025、2035、2050中长期建筑能效提升目标有效关联;既要和主要国际组织和发达国家的名词保持基本一致,为今后从并跑走向领跑奠定基础,也要形成我国自有技术体系,指导建筑节能相关行业发展。
1.0.2 本标准适用于近零能耗建筑的设计、施工、运行和评价。
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1.0.2 迈向零能耗建筑的过程中,根据能耗目标实现的难易程度表现为三种形式,即超低能耗建筑、近零能耗建筑及零能耗建筑,属于同一技术体系。其中,超低能耗建筑节能水平略低于近零能耗建筑,是近零能耗建筑的初级表现形式;零能耗建筑能够达到能源产需平衡,是近零能耗建筑的高级表现形式。超低能耗建筑、近零能耗建筑、零能耗建筑三者之间在控制指标上相互关联,在技术路径上具有共性要求,因此,本标准除控制指标及特殊说明外,近零能耗建筑设计、施工质量控制与验收及运行管理的技术措施和评价相关条文均适用于超低能耗建筑和零能耗建筑。同时,本标准还给出了“超低能耗建筑”和“零能耗建筑”的定义和能效指标。
本标准是民用建筑的统一要求,适用于新建居住建筑和公共建筑,也适用于改造的居住建筑和公共建筑。新建建筑包括扩建和改建。扩建是指保留原有建筑,在其基础上增加另外的功能、形式、规模,使得新建部分成为与原有建筑相关的新建建筑;改建是指对原有建筑的功能或者形式进行改变,而建筑的规模和建筑的占地面积均不改变的新建建筑。
我国地域广阔,各地区气候差异大,室内环境标准偏低,建筑特点以及人们生活习惯,都与发达国家相比存在差异。本标准通过借鉴国外经验,结合我国已有工程实践,提炼示范建筑在设计、施工、运行等环节的共性关键技术要点,指导我国超低、近零和零能耗建筑推广,为我国中长期建筑节能工作提供支撑和引导。
1.0.3 近零能耗建筑的设计、施工、运行和评价除应符合本标准的规定外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
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1.0.3 本标准对近零能耗建筑的技术指标和应采取的节能措施作出了规定,但建筑节能涉及的专业较多,相关专业均制定了相应的标准,并作出了节能规定,因此,在进行建筑节能设计时,除应符合本标准外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
2术语
2 术 语
2.0.1 近零能耗建筑 nearly zero energy building
适应气候特征和场地条件,通过被动式建筑设计最大幅度降低建筑供暖、空调、照明需求,通过主动技术措施最大幅度提高能源设备与系统效率,充分利用可再生能源,以最少的能源消耗提供舒适室内环境~且其室内环境参数和能效指标符合本标准规定的建筑,其建筑能耗水平应较国家标准《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2015和行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 134-2016、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ 75-2012 降低60%~75%以上。
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2.0.1 “近零能耗建筑”( nearly zero energy building)一词源于欧盟。欧盟于2010年7月9日发布了《建筑能效指令》(修订版)(Energy Performance of Building Directive recast), 要求各成员国确保在2018年12月31日起,所有政府持有或使用的新建建筑达到“近零能耗建筑”要求;在2020年12月31日起,所有新建建筑达到“近零能耗建筑”要求。由于欧盟成员国经济不平衡、气候区跨度大、成员国可以以本国实际情况为基础、以充分考虑节能技术成本效益比为前提,提出其“近零能耗建筑”量化目标,并没有统一明确的量化节能目标。对于“近零能耗建筑”,欧盟各国也存在不同的具体定义,如瑞士的“近零能耗房”(Minergie,也称迷你能耗房或迷你能耗标准),要求按此标准建造的建筑其总体能耗不高于常规建筑的75%(即节能25%),化石燃料消耗低于常规建筑的50%(可理解为节省一次能源50%);如意大利的“气候房”(climate house, Casaclima),指建筑全年供暖通风空调系统的能耗在30kWh/(m2·a)以下;再如德国被动房研究所(Passive House Institute)提出的“被动房”(也称被动式房屋、被动式住宅,passive house),指通过大幅度提升围护结构热工性能和气密性,利用高效新风热回收技术,将建筑供暖需求降低到15kWh/(m2·a)以下,从而可以使建筑摆脱传统的集中供热系统的建筑,其技术路线为通过被动式手段达到近零能耗,也属于“近零能耗建筑”的一种类型。
总之,近零能耗建筑是以能耗为控制目标,首先通过被动式建筑设计降低建筑冷热需求,提高建筑用能系统效率降低能耗,在此基础上再通过利用可再生能源,实现超低能耗、近零能耗和零能耗。近零能耗建筑是以超低能耗建筑为基础,是达到零能耗建筑的准备阶段。近零能耗建筑在满足能耗控制目标的同时,其室内环境参数应满足较高的热舒适水平,健康、舒适的室内环境是近零能耗建筑的基本前提。
为在定义中定量表征其能耗水平,同时考虑与现行国家建筑节能设计标准的衔接,以2016年国家建筑节能设计标准为基准,给出相对节能水平。2016年执行的国家建筑节能设计标准包括《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2015、《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 134-2016、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ 75-2012。能耗计算范围包括建筑全年供暖、通风、空调、照明、生活热水、电梯能耗及可再生能源的利用量。对建筑节能设计标准中未规定的参数,按本标准附录A能效指标计算方法确定。考虑我国不同气候区特点,使用同一个百分比约束不同气候区不同类型建筑难度较大,因此,对不同气候区近零能耗建筑提出不同能耗控制指标。以2016年国家建筑节能设计标准为基准,严寒和寒冷地区,近零能耗居住建筑能耗降低70%~75%以上,不再需要传统的供热方式;夏热冬暖和夏热冬冷地区近零能耗居住建筑能耗降低60%以上;不同气候区近零能耗公共建筑能耗平均降低60%以上。
2.0.2 超低能耗建筑 ultra low energy building
超低能耗建筑是近零能耗建筑的初级表现形式,其室内环境参数与近零能耗建筑相同,能效指标略低于近零能耗建筑,其建筑能耗水平应较国家标准《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2015和行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 134-2016、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ 75-2012降低50%以上。
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2.0.2 超低能耗建筑是实现近零能耗建筑的预备阶段,除节能水平外,均满足近零能耗建筑要求。以2016年为基准,在此基础上,建筑能耗降低25%~30%的建筑可称为“低能耗建筑”,正在修订的《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26,其修订目标为75%节能率,相对于2016年国家建筑节能设计标准,此标准即属于“低能耗建筑”标准。超低能耗建筑是较“低能耗建筑”更高节能标准的建筑,是现阶段不借助可再生能源,依靠建筑技术的优化利用可以实现的目标,其建筑能效在2016年国家建筑节能标准水平上有较大水平的提升,建筑室内环境也更加舒适,其供暖、通风、空调、照明、生活热水、电梯能耗应较2016年国家建筑节能设计标准降低50%以上。
2.0.3 零能耗建筑 zero energy building
零能耗建筑能是近零能耗建筑的高级表现形式,其室内环境参数与近零能耗建筑相同,充分利用建筑本体和周边的可再生能源资源,使可再生能源年产能大于或等于建筑全年全部用能的建筑。
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2.0.3 零能耗建筑是近零能耗建筑发展的更高层次。“零能耗建筑”(zero energy building)一词源于美国。美国能源部建筑技术项目在《建筑技术项目2008-2012规划》中提出,建筑节能发展的战略目标是使“零能耗住宅”(zero energy home)在2020年达到市场可行,使“零能耗建筑”在2025年可商业化。“零能耗住宅”指通过利用可再生能源发电,建筑每年产生的能量与消耗的能量达到平衡的3层及以下的低层居住建筑。“零能耗建筑”包括4层及以上的中高层居住建筑和公共建筑,其技术路线为使用更加高效的建筑围护结构、建筑能源系统和家用电器,使建筑的全年能耗降低为目前的25%~30%,由可再生能源发电对其供电,达到全年用能平衡。美国对“零能耗建筑”这一名词的使用,也经过多次变更,先后使用过“zero net energy building”、“net zero energy building”等词语,最终,2015年9月,美国能源部发布零能耗建筑官方定义:以一次能源为衡量单位,其输入建筑场地内的能源量小于或等于建筑本体和附近的可再生能源产能量的建筑。
与此同时,欧盟、日本、韩国等也已经对零能耗建筑进行了定义。欧盟对零能耗建筑的定义为“由场地内或周边可再生能源满足极低或近似零的能量需求的建筑”。日本经济产业省(METI)对零能耗建筑的定义:“采用被动式设计方法,引入高性能设备系统,最大程度降低建筑能耗的同时保证良好的建筑室内环境,充分利用可再生能源,实现建筑能源需求自给自足,年一次能源消费量为零的建筑”。国际能源组织建议在零能耗定义中,应考虑平衡周期、能量边界、衡量指标等因素。
本标准在借鉴国际成熟经验的基础上,考虑我国建筑和能源管理法规和管理制度,因地制宜,确定了我国零能耗建筑的定义。零能耗建筑并不是指建筑能耗为零,而是在近零能耗建筑基础上,通过充分利用可再生能源,实现建筑用能与可再生能源产能的平衡。可再生能源产能包括建筑本体及周边的可再生能源的产能量,建筑周边的可再生能源通常指区域内同一业主或物业公司所拥有或管理的区域,可将可再生能源发电通过专用输电线路输送至建筑使用。
2.0.4 性能化设计 performance oriented design
以建筑室内环境参数和能效指标为性能目标,利用建筑模拟工具,对设计方案进行逐步优化,最终达到预定性能目标要求的设计过程。
2.0.5 气密层 air tightness layer
由气密性材料和部件、抹灰层等形成的防止空气渗透的连续构造层。
2.0.6 建筑能耗综合值 building energy consumption
在设定计算条件下,单位面积年供暖、通风、空调、照明、生活热水、电梯的终端能耗量和可再生能源系统发电量,利用能源换算系数,统一换算到标准煤当量后,两者的差值。
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2.0.6 建筑能耗综合值为换算到标准煤当量的建筑能源消耗量,体现了建筑对化石能源的消耗和对环境的影响程度,能耗范围为供暖、通风、空调、照明、生活热水、电梯系统的终端能耗。其中通风系统的能耗为新风处理的能耗,考虑到其他机械通风的不确定性,准确计算难度大,且能效提升潜力有限,因此本标准中建筑能耗综合值不考虑这部分能耗。为方便比对,计算中需将供暖、通风、空调、照明、生活热水、电梯等建筑终端能耗通过平均低位发热量和能源换算系数统一换算到标准煤当量,相应计算方法见本标准附录A能效指标计算方法。
2.0.7 供暖年耗热量 annual heating demand
在设定计算条件下,为满足室内环境参数要求,单位面积年累计消耗的需由室内供暖设备供给的热量。
2.0.8 供冷年耗冷量 annual cooling demand
在设定计算条件下,为满足室内环境参数要求,单位面积年累计消耗的需由室内供冷设备供给的冷量。
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2.0.7、2.0.8 这两项指标反映了建筑自身的热冷需求水平,包括处理新风所需的热冷需求。针对住宅类建筑,标准中该指标是约束性指标,其单位面积为单位套内使用面积,相应计算方法见本标准附录A能效指标计算方法。
2.0.9 建筑气密性 air tightness of building envelope
建筑在封闭状态下阻止空渗透的能力。用于表征建筑或房间在正常密闭情况下的无组织空气渗透量。通常采用压差实验检测建筑气密性,以换气次数N50,即室内外50Pa压差下换气次数来表征建筑气密性。
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2.0.7、2.0.8 这两项指标反映了建筑自身的热冷需求水平,包括处理新风所需的热冷需求。针对住宅类建筑,标准中该指标是约束性指标,其单位面积为单位套内使用面积,相应计算方法见本标准附录A能效指标计算方法。
2.0.10 可再生能源利用率 utilization ratio of renewable energy
供暖、通风、空调、照明、生活热水、电梯系统中可再生能源利用量占其能量需求量的比例。
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2.0.10 可再生能源利用率表征建筑用能中可再生能源利用量的比例,是评估近零能耗建筑中可再生能源利用程度的指标。充分利用可再生能源是实现近零能耗的重要手段之一,考虑到建筑自身特性和所在地场地资源的差别,可再生能源利用的形式多种多样,强调因地制宜。本标准中的可再生能源利用率包含的能源类型范围有所扩大,包括可再生能源发电、地源热泵、空气源热泵、太阳能热利用和生物质能,相应计算方法见本标准附录A能效指标计算方法。
2.0.11 建筑综合节能率 building energy saving rate
设计建筑和基准建筑的建筑能耗综合值的差值,与基准建筑的建筑能耗综合值的比值。
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2.0.11 建筑综合节能率表征建筑的整体节能水平,是公共建筑核心能效指标之一,相应计算方法见本标准附录A能效指标计算方法。
2.0.12 建筑本体节能率 building energy efficiency improvement rate
在设定计算条件下,设计建筑不包括可再生能源发电量的建筑能耗综合值与基准建筑f的建筑能耗综合值的差值,与基准建筑的建筑能耗综合值的比值。
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2.0.12 通过被动式建筑设计,提高围护结构性能和建筑用能系统的能效,降低建筑用能需求,实现近零能耗建筑的基础,建筑本体节能率表征了建筑除利用可再生能源发电外,建筑本体能效提升的水平,是公共建筑能效指标的重要组成部分,相应计算方法见本标准附录A能效指标计算方法。
2.0.13 显热交换效率 sensible heat exchange efficiency
对应风量的新风进口、送风出口温差与新风进口、回风进口温差之比。
2.0.14 全热交换效率 total heat exchange efficiency
对应风量的新风进口、送风出口焓差与新风进口、回风进口焓差之比。
2.0.15 断热桥锚栓 thermally broken fixer
通过特殊的构造设计,能有效减小或阻断锚钉热桥效应的锚栓。
2.0.16 防水透汽材料 water proof and vapor-permeable material
对建筑外围护结构室外侧的缝隙进行密封并兼具防水及允许水蒸气透出功能的材料。
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2.0.16 防水透汽材料具备传统防水和能使部分水蒸气渗透出围护结构的功能,可以是防水透气膜,也可以是其他建筑材料。
2.0.17 气密性材料 air tightness material
对建筑外围护结构室内侧的缝隙进行密封、防止空气渗透的材料。
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2.0.17 为保证建筑气密性要求,进行气密性处理所需使用的气密材料已经大量应用于近零能耗建筑中,气密性材料的形式也多种多样。但国内还没有相关的国家或行业标准对其性能进行要求。
2.0.18 基准建筑 reference building
计算建筑本体节能率和建筑综合节能率时用于计算符合国家标准《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2015和行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 134-2016、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ 75-2012相关要求的建筑能耗综合值的建筑。
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2.0.18 基准建筑是以设计建筑为基础的假想建筑,本标准中的基准建筑是一个满足2016年国家建筑节能设计标准要求的节能建筑,以其全年供暖、通风、空调、照明、生活热水、电梯能耗作为比对基准来判断设计建筑的节能率是否满足本标准的要求。
本标准附录A中对基准建筑的设定进行了详细的规定,基准建筑的形状、大小以及内部的空间划分和使用功能与设计建筑完全一致,但其围护结构热工性能、用能设备能效等主要参数应符合2016年执行的建筑节能设计标准的规定性指标,标准中未规定的其他参数,按本标准附录A能效指标计算方法确定。
3基本规定
3 基本规定
3.0.1 建筑设计应根据气候特征和场地条件,通过被动式设计降低建筑冷热需求和提升主动式能源系统的能效达到超低能耗,在此基础上,利用可再生能源对建筑能源消耗进行平衡和替代达到近零能耗。有条件时,宜实现零能耗。
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3.0.1 综合国内外发展经验,在建筑迈向更低能耗的方向上,基本技术路径是一致的,即通过建筑被动式设计、主动式高性能能源系统及可再生能源系统应用,最大幅度减少化石能源消耗。主要途径依次为:
1 被动式设计。近零能耗建筑规划设计应在建筑布局、朝向、体形系数和使用功能方面,体现节能理念和特点,并注重与气候的适应性。通过使用保温隔热性能更高的非透明围护结构、保温隔热性能更高的外窗、无热桥的设计与施工等技术,提高建筑整体气密性,降低供暖需求。通过使用遮阳、自然通风、夜间免费制冷等技术,降低建筑在过渡季和供冷季的供冷需求。
2 能源系统和设备效率提升。建筑大量使用能源系统和设备,其能效的持续提升是建筑能耗降低的重要环节,应优先使用能效等级更高的系统和设备。能源系统主要指暖通空调、照明及电气系统。
3 通过可再生能源系统使用对建筑能源消耗进行平衡和替代。充分挖掘建筑本体、周边区域的可再生能源应用潜力,对能耗进行平衡和替代。如建筑节能目标为实现零能耗,但难以通过本体和周边区域的可再生能源应用达到能耗控制目标的,也可通过外购可再生能源达到零能耗建筑目标,但需以建筑本身能效水平已经达到近零能耗为前提。
3.0.2 应以室内环境参数及能效指标为约束性指标,围护结构、能源设备和系统等性能参数应为推荐性指标。
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3.0.2 健康、舒适的室内环境是提升建筑能效的基本前提,超低、近零、零能耗建筑虽能效指标不同,但室内环境参数均应满足较高的热舒适水平,因此,本标准第4、5章规定的室内环境参数和能效指标为最根本的约束性技术指标。
本标准要求采用性能化设计方法,即以建筑室内环境参数和能效指标为性能目标,利用模拟计算软件,对设计方案进行逐步优化,最终达到预定性能目标要求,因此,第6章规定的围护结构、能源设备和系统等参数以及第7章规定的技术措施均为推荐性指标和方法,可以通过性能化设计进行优化和突破
本标准规定的原则和方法均统一适用于超高超大的、功能复杂、类型特殊的建筑。一栋有示范意义的超高超大、功能复杂、类型特殊的近零能耗建筑会产生积极广泛的社会影响,提升公众认知,对同类型建筑起到榜样作用,对建筑政策产生积极推动,具有较强的示范意义和社会影响力。但这类建筑其功能复杂、室内环境要求高、能源系统复杂,在体形、功能等方面存在一定的特殊性,实现近零能耗建筑有一定难度,同时,现有国际和国内近零能耗公共建筑的工程经验主要集中在建筑面积20000m2以下,目前对超高超大建筑的近零能耗设计经验尚不充分。因此,超高超大、功能复杂、类型特殊的近零能耗建筑,应组织专家和建设方、设计方、施工方、运行方共同参与专项论证,应通过详细的技术经济分析,重点对建筑设计、室内环境参数、能效指标、能源系统、施工方案、运行策略等内容进行论证,确保其科学合理地实现近零能耗建筑目标。
3.0.3 建筑能效指标计算应符合本标准附录A的规定。
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3.0.3 不同于传统建筑节能的规定性指标,近零能耗建筑以室内环境参数和能效指标作为评价的指标,为建筑设计方案的多样性和创新提供创作空间,这是一种性能化设计方法。能效指标计算依赖能耗模拟计算软件,建筑能耗的计算结果受软件和技术人员的影响较大。相同人员采用不同软件或不同人员采用相同软件的计算结果的一致性不高,这是性能化判断方法应用的主要障碍。国际上普遍采用提供工具并配合详细的计算方法的方式提高性能化设计和评价结果的有效性和一致性。如英国的SBEM、美国的ASHARE90.1标准、日本的LCEM等,编制组根据我国的情况在附录A能效指标计算方法中对计算软件提出了要求,并对计算参数进行了规范,保证计算结果的一致性和权威性。尽管如此,由于建筑能耗模拟计算过程较为复杂,涉及的计算因素也很多,软件对计算工程师的专业素质要求高,同时计算工作量偏大。因此,应采用按本标准要求开发的专用近零能耗建筑能耗计算及评价工具,并应具有以下特点:
1一致化原则。建筑能耗计算中涉及大量参数,设计师通常难以获得完整准确的信息,导致计算结果一致性差。软件应通过标准化算法,并提供包含主要计算信息的完整数据库,解决建筑能耗计算中实际数据无法直接获得的问题,因此在系统性能参数设置上,尽量遵循准确统一的原则,尽力实现不同工程师计算结果的一致性。
2 推荐采用《Energy performance of buildings-Energy needs for heating and cooling,internal temperatures and sensible and latent heat loads》ISO 52016 1:2017的建筑能耗计算方法,并与ISO标准体系和我国建筑标准体系相结合。软件界面应友好,参数设置尽量减少复杂难以获得的数据的输入,不应涉及过于复杂的专业术语,方便业内人员使用。例如我国的爱必宜(IBE)、德国的PHPP、英国的SBEM、WUFl都采用该方法并与本国的评价体系深度结合,用于建筑的性能化评价,并取得较好的效果。
3 涵盖建筑所有用能产能系统。软件内设能源系统应能够基本涵盖目前建筑常用用能产能系统,包括暖通空调、照明、生活热水、电梯系统的能耗和可再生能源系统的产能量,同时提供默认参数和用户自定义参数两种设定模式,以增强评估工具的灵活性和适应能力。
4 计算便捷快速并直接输出计算报告。软件在完成计算周期后,应以PDF文档的形式直接输出包括建筑主要信息和计算结果,并满足评价要求的计算报告,方便用户查看整体计算情况,并保证计算报告的不可修改性,同时减少整理计算结果的烦冗工作量。
3.0.4 应采用性能化设计、精细化的施工工艺和质量控制及智能化运行模式。
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3.0.4 不同于现行节能建筑设计标准,近零能耗建筑是以能耗为控制目标,设计达标判定不以具体建筑体形系数、窗墙比、围护结构性能指标、冷热源设备系统性能系数、新风系统热回收效率值等性能指标的取值为依据。近零能耗建筑应采用更加严格的施工质量标准,保证精细化施工,并进行全过程质量控制。
近零能耗建筑应针对具体特点,实施智能化运行,强调人的行为作用对节能运行的影响,编制运行管理手册和用户使用手册,培养用户节能意识并指导其正确操作,实现节能目标。
3.0.5 应进行全装修。室内装修应简洁,不应损坏围护结构气密层和影响气流组织,并宜采用获得绿色建材标识(或认证)的材料与部品。
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3.0.5 全装修指建筑功能空间的固定面装修和设备设施安装全部完成,达到建筑使用功能和性能的基本要求。建筑全装修交付一方面能够确保建筑结构安全性、降低整体成本、节约项目时间;另一方面也能大大减少污染浪费,更加符合现阶段人民对于健康、环保和经济性的要求,对于积极推进建筑节能具有重要作用。
近零能耗建筑的围护结构构造复杂,如在室内装修过程中对其进行破坏,将导致气密性损坏,进而影响室内环境并导致建筑能效下降,因此,近零能耗建筑应进行全装修。
绿色建材评价标识是指依据绿色建材评价技术要求,对建材产品进行评价,确认其等级并进行信息性标识的活动,建筑材料的污染物散发长期影响室内环境,考虑到近零能耗建筑高气密性特点,其室内装修宜采用获得绿色建材标识(认证)的材料与部品。
4室内环境参数
4 室内环境参数
4.0.1 建筑主要房间室内热湿环境参数应符合表4.0.1规定。
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4.0.1 本条是设计人员选用室内环境设计参数时需要遵循的规定。性能化设计进行能耗计算和评价时使用的室内环境参数应与设计选用的室内环境参数相同。
健康、舒适的室内环境是近零能耗建筑的基本前提。近零能耗建筑室内环境参数应满足较高的热舒适水平。室内热湿环境参数主要是指建筑室内的温度、相对湿度,这些参数直接影响室内的热舒适水平和建筑能耗。本条规定的空间环境参数以满足人体热舒适为目的,其他工艺性建筑空间的室内环境参数按具体工艺要求确定。
根据国内外有关标准和文献的研究成果,当人体衣着适宜且处于安静状态时,室内温度20℃比较舒适,18℃无冷感,15℃是产生明显冷感的温度界限。冬季热舒适(-1≤PMV≤1)对应的温度范围为:18℃~24℃。基于节能和舒适的原则,本着提高生活质量、满足室内舒适度的条件下尽量节能,将冬季室内供暖温度设定为20℃,在北方集中供暖室内温度18℃的基础上调高2℃。
近零能耗建筑具有很好的气密性并利用新风热回收系统实现热交换,在冬季室内外温差较大的地区比普通建筑在保持室内相对湿度方面具有明显优势,可以有效避免冬季由于冷风渗透造成的室内空气相对湿度的降低。实际调查结果表明,北方冬季近零能耗建筑的室内湿度一般都在30%以上。表4.0.1中所列冬季室内湿度为舒适度要求,不参与设备选型和能效指标的计算。
近零能耗建筑优先使用被动式技术营造健康和舒适的建筑室内环境。在过渡季,通过自然通风及高性能的外墙和外窗遮阳系统保证室内环境;冬季通过供暖系统保证冬季室内温度不低于20℃,相对湿度不低于30%;夏季,当室外温度高于28℃或相对湿度高于70%时以及其他室外环境不适宜自然通风的情况下,主动供冷系统将会启动,使室内温度不高于26℃,相对湿度不高于60%。全年处于动态热舒适水平,大部分时间处于国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2016规定的热舒适Ⅰ级。突出以人为本,且不肓目追求过高的舒适度和温湿度保证率。
当然,在一些气候区,近零能耗建筑可以不使用主动供暖或供冷系统也可以保证室内有很好的舒适度。计算表明,在夏热冬暖和部分温和地区,不设供暖设施时,全年温度低于20℃的小时数占全年时刻的比例≤10%(即过冷小时数≤10%),在部分严寒地区不设空调设施时,全年温度高于28℃的小时数占全年时刻的比例≤10%(即过热小时数≤10%),保证室内环境处于较好的热舒适区内。即在严寒地区,一些近零能耗建筑可以仅通过被动式技术就可以保证夏季室内拥有良好的室内环境,或是在夏热冬暖和部分温和气候区,良好的围护结构使得冬季不采用主动供暖系统,改善冬季室内温度偏低的情况。使得部分气候区在不增设供暖和空调设施的条件下,室内环境的热舒适度较常规建筑大幅度改善。
本条中的“主要房间”是指建筑中人员长期停留的房间,包括卧室、起居室、办公室等,其他人员短期停留的空间如走廊、电梯厅、地下车库等公共区域的热湿参数应按实际需求设定,并应满足现行相关标准的规定。
4.0.2 居住建筑主要房间的室内新风量不应小于30m3/(h·人)。公共建筑的新风量应符合现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736的规定。
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4.0.2 室内空气质量是室内主要环境影响因素。病态建筑综合征(Sick Building Syndrome,SBS)和建筑相关疾病(Buildingrelated Illness, BRI)以及化学物质过敏症(Multiple Chemical Sensitivity,MCS)的出现使人们认识到提高建筑新风量是构建健康建筑的必然选择,特别是SARS危机之后,增加新风量更成为应对SARS的主要技术措施。国内外相关研究表明,空气净化器无法完全替代室外新鲜空气,新风对于改善室内空气品质,减少病态建筑综合征具有不可替代的重要作用。因此,合理确定近零能耗建筑新风量对改善室内空气环境和保证室内人员的健康舒适具有重要的现实意义。
本条中的最小新风量指标综合考虑了人员污染和建筑污染对人体健康的影响。居住建筑的人均居住面积按32m2/人核算,约相当于新风0.5次换气。
对公共建筑,现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736中已对新风量进行了明确要求,其标准可以满足近零能耗建筑的要求。
目前建筑室内空气污染物的种类增多和强度多变,包括人员污染物和建筑污染物(建材和设备);室外空气污染的加剧造成新风品质下降,导致室内空气品质很难提高。常规的居住建筑不设置机械新风系统,主要通过开窗进行自然通风。开窗通风是简便易行的获取新风的方式,也是近零能耗建筑在室外环境参数适宜的条件下推荐使用的被动式消除室内余热余湿、提升室内空气品质的手段。但在供冷供热季节,通过开窗通风获得新风的方式其效果无法保证,一方面由于需要维持室内热环境要求,开窗时间不能过长,因而新风量通常难以达到要求;另一方面在我国空气污染较为严重的地区,当室外重度雾霾发生时,通过直接开窗获得新风反而引起室内环境的恶化。
近零能耗建筑应具备良好的自然通风能力,宜通过自然通风和机械通风相结合的方式,向室内提供充足健康的新鲜空气。当室外空气参数适宜通风时,自然通风可向室内提供充足的空气,保证室内良好的空气品质。当室外空气不适宜通风时,如室外温度过高或过低、雾霾严重,近零能耗建筑的机械通风系统可向室内提供充足健康的新鲜空气,保证全年室内良好的空气品质。
4.0.3 居住建筑室内噪声昼间不应大于40DB(A),夜间不应大于30DB(A)。酒店类建筑的室内噪声级应符合现行国家标准《民用建筑隔声设计规范》GB 50118中室内允许噪声级一级的规定;其他建筑类型的室内允许噪声级应符合现行国家标准《民用建筑隔声设计规范》GB 50118中室内允许噪声级高要求标准的规定。
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4.0.3 世界卫生组织(WHO)通过对噪声与烦恼程度、语言交流、信息提取、睡眠干扰等关系的调研以及对噪声传递的研究,发表了噪声限值指南,见表1。
我国国家标准《声环境质量标准》GB 3096-2008按区域的使用功能特点和环境质量要求,将声环境功能区分为五种类型,其中要求最高的为康复疗养区等特别需要安静的区域昼间等效声级限值为50DB(A),夜间等效声级限值为40DB(A)。国家标准《民用建筑隔声设计规范》GB 50118-2010中对高要求住宅的卧室、起居室(厅)内允许的噪声级为卧室昼间允许噪声级为40DB(A),夜间允许噪声级为30DB(A)。室内噪声不仅和建筑所处的声功能区、周边噪声源的情况有关,而且和建筑本身的隔声设计密切相关。近零能耗建筑采用高性能的建筑部品,应具有较好的隔声能力。根据国内外的标准和现有隔声技术情况,确定了近零能耗建筑应具备较高水平的室内声环境。
近零能耗建筑通过技术手段控制室内自身的噪声源和来自室外的噪声。室内噪声源一般为通风空调设备、电器设备等;室外噪声源则包括来自建筑外部的噪声(如周边交通噪声、社会生活噪声、工业噪声等)。设计过程中应计算外墙、楼板、分户墙、门窗的隔声性能验证建筑室内的声环境是否满足要求。
5能效指标
5 能效指标
5.0.1 近零能耗居住建筑的能效指标应符合表5.0.1的规定。
5.0.2 近零能耗公共建筑能效指标应符合表5.0.2的规定,其建筑能耗值可按本标准附录B确定。
5.0.3 超低能耗居住建筑能效指标应符合表5.0.3的规定。
5.0.4 超低能耗公共建筑能效指标应符合表5.0.4的规定。
5.0.5 零能耗居住建筑的能效指标应符合下列规定:
1 建筑本体性能指标应符合本标准表5.0.1的规定;
2 建筑本体和周边可再生能源产能量不应小于建筑年终端能源消耗量。
5.0.6 零能耗公共建筑的能效指标应符合下列规定:
1 建筑本体性能指标应符合本标准表5.0.2的规定;
2 建筑本体和周边可再生能源产能量不应小于建筑年终端能源消耗量。
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5.0.1~5.0.6 能效指标是判别建筑是否达到近零能耗建筑标准的约束性指标,其计算方法应符合本标准附录A能效指标计算方法的规定。能效指标中能耗的范围为供暖、通风、空调、照明、生活热水、电梯系统的能耗和可再生能源利用量。
能效指标包括建筑能耗综合值、可再生能源利用率和建筑本体性能指标三部分,三者需要同时满足要求。建筑能耗综合值是表征建筑总体能效的指标,其中包括了可再生能源的贡献;建筑本体性能指标是指除利用可再生能源发电外,建筑围护结构、能源系统等能效提升要求,其中公共建筑以建筑本体节能率作为约束指标,居住建筑以供暖年耗热量、供冷年耗冷量以及建筑气密性作为约束指标,照明、通风、生活热水和电梯的能耗在建筑能耗综合值中体现,不作分项能耗限值要求。
能效指标确定主要基于以下原则:第一在现有建筑节能水平上大幅度提高,尤其在严寒和寒冷地区,对于居住建筑可不采用传统供暖系统,夏热冬冷地区在不设置供暖设施的前提下,冬季室内环境大幅改善;第二,建筑实际能耗在现有基础上大幅度降低;第三,能耗水平基本与国际相近气候区持平。能效指标是在对典型建筑模型优化分析计算基础上,结合国内外工程实践,经综合比较确定。指标确定的控制逻辑为:通过充分利用自然资源、采用高性能的围护结构、自然通风等被动式技术降低建筑用能需求,在此基础上,利用高效的供暖、空调及照明技术降低建筑的供暖空调和照明系统的能源消耗,同时建筑内使用高效的用能设备和利用可再生能源,降低建筑总能源消耗。
近零能耗建筑是达到极高能效的建筑,建筑的负荷及能源消耗强度为现有技术集成后的最低值。由于我国不同地区气候特征以及不同建筑类型用能强度差异显著,导致有可能存在部分地区部分类型建筑实现近零能耗建筑的技术难度较大的情况,且从沿海到内陆经济发展不均衡,考虑我国气候、建筑和经济特征,为了便于推广近零能耗建筑的理念,实现建筑能耗的降低,设立超低能耗建筑能效指标,其能效水平低于近零能耗建筑,同时不设定可再生能源利用率的要求。零能耗建筑是在近零能耗建筑基础上的进一步提升,现阶段部分地区部分类型建筑具有实现零能耗建筑的可行性,随着技术的不断发展,建筑实现零能耗乃至产能是建筑节能发展的最终目标。
民用建筑分为居住建筑和公共建筑。居住建筑中包含住宅、宿舍、公寓等,其中住宅类建筑是居住建筑中最主要的类型。随着时代的发展,居住建筑中非住宅类建筑的使用模式和建筑特点逐渐接近公共建筑,因此考虑到建筑的特征,本标准中居住建筑的能效指标适用于居住建筑中的住宅类建筑,居住建筑中的非住宅类建筑的能效指标参照公共建筑,这种划分方式也和国际上主流划分方法一致。
对居住建筑,最大限度利用被动式技术降低建筑能量需求,是实现近零能耗目标的最有效途径。高性能外墙、外窗等被动式技术在提高建筑能效的同时,还可以大幅度提高建筑质量和寿命,改善居住环境。为此,以供暖年耗热量、供冷年耗冷量以及建筑气密性指标为约束,保证围护结构的高性能。在此基础上,再通过提高能源系统效率和可再生能源的利用进一步降低能耗。建筑能耗综合值计算范围为建筑供暖、空调、通风、照明、生活热水和电梯的能耗,不包括炊事、家电和插座等受个体用户行为影响较大的能源系统消耗。其中供暖和空调能耗与围护结构和能源系统效率有关,照明系统的能耗与天然采光利用、照明系统效率和使用强度有关,通过优化设计可以降低供暖、空调、通风、照明、生活热水、电梯等系统能耗。炊事、家用电器等生活用能与建筑的实际使用方式、实际居住人数、家电设备的种类和能效等相关度较大,均为建筑设计不可控因素,在设计阶段对其准确预测存在一定难度,因此在能效指标计算中不予考虑。
其中,供暖年耗热量在同一气候区的绝对数值差异不大,供冷年耗冷量从北到南变化较大,因此采用以影响冷负荷的主要因素作为变量的公式进行约束。由于全国范围内大部分城市近零能耗建筑的建筑能耗综合值基本相近,因此建筑能耗综合值采用统一数值约束。可再生能源利用率主要用于引导可再生能源系统在近零能耗建筑中的应用,随着近零能耗建筑能耗强度的降低和可再生能源技术的发展,多种可再生能源在近零能耗建筑中应用已经具有较好的经济性。建筑光伏系统是建筑可再生能源利用的重要方式之一,随着光伏系统组件价格的变化,在政策补贴的条件下,建筑光伏一体化系统的经济性正逐渐变化,但经济性受到居民用电需求、系统构建成本、贷款利率、贷款比例等因素的共同影响,推荐光伏系统以建筑自身消纳为主,并在运行过程中优先使用可再生能源。
建筑气密性影响建筑的保温、防潮、隔声和舒适性,是保证建筑品质的必要条件,另外从健康的角度,通过开启门窗的自然通风是非常有益的,但建筑气密性差导致的无组织通风并不能有效保证健康的环境,因此为了保证建筑在采用机械通风时具有良好的气密性,对建筑的气密性提出要求。对室内外温差小的南方地区降低了气密性的要求,但依然在现行节能标准的基础上有较大幅度的提升。
对公共建筑,由于建筑功能复杂、用能特征差异大,不同气候区不同类型建筑实现近零能耗的技术路线侧重点也不同。设计过程中,应充分利用建筑方案和设计中的被动式措施降低建筑的负荷,例如在以空调为主的气候区采用利于通风的建筑形式,在以供暖为主的气候区采用紧凑的建筑形式;因地制宜利用遮阳装置和采光性能优异的遮阳型玻璃,在不影响使用和舒适度的前提下,适度增加不需要供暖和空调室内室外过渡区域和公共区域的面积等。
由于不同气候区不同类型的公共建筑能耗强度差别很大,分气候区和建筑类型约束绝对能耗强度,在实际执行过程中缺乏可操作性,也不便于近零能耗建筑的推广,经研究,吸收借鉴了美国、日本、欧盟等国家地区的成功经验,并沿用我国公共建筑节能设计标准中相对节能率计算方法,通过设定基准建筑,以建筑综合节能率作为近零能耗建筑的约束性指标,避免了能效指标过于复杂的问题,并提高了能效指标的适用性和有效性。同时在本标准附录B中提供部分近零能耗建筑的建筑能耗综合值作为工程实践的参考。
其中,建筑本体节能率是用来约束建筑本体应达到的性能要求,避免过度利用可再生能源补偿低能效建筑以达到近零能耗建筑的可能性。
附录B中参考指标是依据典型城市中建筑面积大于20000m2和小于20000m2的典型办公建筑和典型酒店建筑、典型商场建筑、典型学校建筑(教学楼和图书馆)、典型医院建筑,采用爱必宜(IBE)近零能耗建筑设计与评价工具计算确定,基本覆盖了90%以上的公共建筑类型。为工程设计的能耗目标提供参考。
已有工程实践表明,小型非住宅类建筑的超低能耗和近零能耗目标比较易于达成。随着建筑体量的增加和功能的多样化,建筑冷负荷强度变大,单位建筑面积可利用场地内的可再生能源资源变小,实现超低能耗建筑和近零能耗建筑的难度加大。此时在充分降低建筑自身能量需求的前提下,建筑需利用更多的可再生能源以达到近零能耗的目标,在建筑设计时,应充分考虑多种技术方案,通过综合比较确定最优的技术路线。现阶段、例如航站楼、候车楼、短时间使用的体育场馆等类型的建筑实现近零能耗建筑的难度很大,应通过详细的技术经济分析,确保其实现近零能耗的可行性和合理性。
零能耗建筑的本质是以年为平衡周期,极低的建筑终端能源消耗全部由本体和周边可再生能源产能补偿。不同类型的能源应折算到标准煤当量。建筑本体和周边未被建筑消耗的可再生能源可以输出到电网或提供给其他建筑使用,用来平衡建筑终端能耗中由外界提供的能耗。建筑终端能源消耗是指建筑的全部能源消耗,包括供暖、通风、供冷、照明、生活热水、电梯、插座、炊事等。
实现零能耗,极低的建筑终端能源消耗量是基础,建筑本体和周边充足的可再生能源产能则是必要条件。
035'>《近零能耗建筑技术标准[附条文说明]》GB/T 51350-2019