当大多数人想到全球变暖和温室气体排放时，人们可能会想到主要原因是化石燃料的燃烧或汽车尾气排放。但是实际上，建筑业产生了全球40%以上温室气体的排放量。因此作为建筑设计团队，我们必须采取紧急行动来避免气候灾难。未来，净零能耗建筑将在遏制全球变暖方面发挥重要作用。

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零能耗建筑（Zero Energy Building，简称ZEB），也称为净零能耗建筑，任何在一段时间内计算的以零净能耗和零碳排放为特征的建筑。零能耗建筑(ZEB)比传统建筑使用更少的能源，并在现场产生自己的能源供建筑使用；因此，许多都独立于国家（电力）电网。ZEB的出现是为了响应更严格的监管和自愿达成的环境控制标准，旨在解决日益重要的环境问题，例如气候变化、自然资源保护、污染防治和生态恢复。

零能耗建筑能源来源

零能耗/净零能耗建筑是通过可再生资源制造或供应能源的建筑，从而实现零碳排放。简而言之，净零能耗建筑是指每年产生的能源与消耗的能源一样多。这些类型的建筑物可以从电网获取能量，并将未使用的能量送回以抵消其能源消耗，而不是意味着零能耗建筑必须独立于电网自给自足。

可再生能源

ZEB需要在现场生产自己的能源，以满足其电力和供暖或制冷需求。各种微型发电技术可用于为建筑物提供热量和电力，包括：

光伏——光伏是使用半导体材料（如硅）将光直接转换为电能。每个太阳能电池板都包含许多光伏电池，它们一起工作来发电。

风能——风是一种由三个因素产生的太阳能。它受到太阳不均匀地加热大气、地球表面的不规则性以及行星自转的影响。由此产生的风使螺旋桨叶片围绕转子旋转，转子旋转发电机，产生电力。

水力发电——水力发电厂捕获落水的能量并将其转化为电能。水流下山，被大坝后面的水库捕获。这个水库就像一个电池，在需求高峰期释放水来发电。

生物能——生物质储存来自太阳的化学能，由植物通过光合作用产生。它可以直接燃烧产生热量，也可以转化为可再生的液体和气体燃料。生物质可以像火上的木头一样简单。它就像一个太阳能电池，可以释放生物能源。

地热发电——地热发电涉及蒸汽形式的水压。地热井钻了一英里或两英里的地下泵热水到地表。在那里，压力下降，水变成蒸汽。蒸汽使与发电机相连的涡轮机旋转，从而产生电力。

太阳能——照射在面板上的阳光被面板中的光伏电池吸收。这会响应电池中的电场而产生电荷，从而产生电力。

太阳热能——太阳能热能发电系统使用镜子收集阳光并集中它。这会升高温度，直到温度高到足以发电。例子包括弯曲的抛物槽，例如在莫哈韦沙漠中使用的那些。

太阳热能发电系统

以下为一些零能耗的建筑案例：

01

Unisphere

Unisphere主建筑

Unisphere占地 12542 平方米，位于美国马里兰州的银泉市（Silver Spring）中心的市中心，是一个可持续的、零能耗建筑及体现技术的典范之一。此项目于 2018 年完工，甲方（United Therapeutics）期望将其建成世界上最大的零能源概念办公楼。 

Unisphere中庭水池

Unisphere融合了太阳能光伏系统、地热井、高性能电磁外壳、地球耦合加热-冷却系统、热水池等自动化系统，帮助建筑功能实现零碳足迹。借助近3,000块太阳能电池板，让建筑在白天获得大量的能源。以至于该建筑物产生及销售回电网的电力比它购买和消耗的电力还多。

Unisphere地热井

为了使能源消耗更加一目了然和让每一个使用建筑的人都参与到零能源概念中来，公司在中央中庭安装了一个核心部件，称为能源轮。能源轮使用实时数据来显示其能源使用情况，从而解释净零排放是如何工作的。

Unisphere中庭能源轮

该系统被设计为一个输入“神经中心”的系统，用于跟踪能源使用、协调供暖、制冷和其他操作，建筑物中使用的电能和热能等于现场产生的可再生能源，使其成为一个零能耗建筑。

Unisphere具体实现净零状态所采用的策略包括：3,000块太阳能或光伏板在建筑物上每年产生1,175兆瓦时的能源，足以为100户家庭供电。Unisphere下方3.65米处是一个400米长的混凝土迷宫。这是一种自然通风技术，利用地下较为恒定的温度来调节中庭内的温度。在Unisphere下方，设计建造有52口闭环、双回路地质交换井，这些钻入地下150米以提供能量储存。中庭水池用作散热器，以帮助平衡整个系统。

Unisphere外立面太阳能板

日光采集允许在有充足阳光时对人工照明系统进行调光。办公区窗户采用电控变色玻璃技术，可根据季节、太阳位置和云层覆盖改变色调以及透光度。电控的窗户和建筑立面允许建筑物自然通风，在特定温度之间提供完全被动的通风模式。在生产高峰期，多余的电力被送回公用电网，而公用电网在夜间和非高峰时间为其供应电力。

Unisphere电控变色玻璃

02

Powerhouse Telemark

Powerhouse Telemark 主建筑

这座新的11层建筑位于挪威的Vestfold和Telemark县历史悠久的工业城市Porsgrunn，标志着该地区引以为豪的历史的象征性延续，因为Telemark拥有19世纪早期最大的水力发电厂之一。Powerhouse Telemark表明该地区对绿色经济的投资不断增长，将该县定位为新建筑脱碳的领导地区。Powerhouse Telemark在东南的立面和屋顶布置大量太阳能板，每年将产生256 000千瓦时的电量，多余的能源将被卖回电力网。

Powerhouse Telemark 在工业区脱颖而出

这座倾斜且略呈圆锥形的建筑在朝东的立面上有一个明确定义的45°倾斜槽口，这样的外形使其在周围工业园区的工业环境中脱颖而出。大楼内部设有接待处、办公空间，包括两层大工作空间、共用员工餐厅、顶层会议空间和俯瞰峡湾的屋顶露台。Powerhouses获得BREEAM认证以证明其可持续设计的成功，不仅在当地社区成为可持续设计的灯塔，而且还成为世界未来如何拥抱可持续建筑和设计的典范。

Powerhouse Telemark 倾斜屋顶

一个能产生能量的立面和屋顶。该建筑引人注目的24°倾斜屋顶平缓倾斜，超过了建筑体量的边缘，扩大了屋顶的表面，并确保从光伏天篷和建筑的光伏电池包覆的朝南立面都可以收集到最大量的太阳能。

Powerhouse Telemark 太阳能板覆盖屋顶

在西面、西北部和东北部，该建筑覆盖着木制栏杆，为最暴露在阳光下的立面提供自然遮阳。在木栏杆后面，建筑物覆盖着Steni外墙面板，使建筑物具有统一的表现力。该建筑的功能就像一座被动式房屋，具有超强绝缘性，并设有三重隔离窗户。混凝土板使建筑物的密度类似于石头结构的密度，白天储存热量，晚上缓慢散发热量。在每层楼的边界区域都有一个带有水循环的低排放系统，确保建筑物通过地下350米的地热井有效地冷却和加热。

Powerhouse Telemark 外立面木制栏杆

不单是室外的设计响应零能耗建筑的响应，大楼的室内设计建立在标准化的原则之上，以减少新租户搬入大楼时不必要的浪费。地板、玻璃墙、办公室隔板、小厨房、照明和浴室在所有楼层都采用了相同的设计、颜色和材质。事实上，建筑物内部解决方案的灵活性，结合建筑物的两层共同工作空间，允许客户和未来的租户轻松地重新规划建筑物并扩大或缩小他们的业务，而无需搬迁。这意味着办公空间可以从桌面空间过渡到资源空间，即使远程工作场景改变了传统的办公室布局需求，也可以最大限度地利用空间。

Powerhouse Telemark 室内

自始至终，这座建筑都采用了以弹性和低能量而闻名的坚固材料。这意味着使用诸如当地木材、石膏和环境混凝土等材料，这些材料是暴露在外且未经处理的。从厨房到地毯和家具，一切都是由耐用和优质的材料制成的。地毯砖由70%的回收渔网组成，木地板由木屑灰的工业镶木地板制成。此外，特别设计的落地式标牌系统允许在定制不同办公空间的视觉表达方面具有一定的灵活性，而不会产生在拆除或生产品牌特定标牌时可能产生的不必要的浪费

Powerhouse Telemark 垂直玻璃槽

为了将人工照明的需求降至最低，该建筑采用了保守但高效的照明系统。该建筑的屋顶还设有垂直玻璃槽，允许日光穿透三层顶层。此外，选择具有浅色表面的松散家具可以微妙地补充室内照明。

03

The Forge Timber Square

Timber Square主建筑

Timber Square 位于英国伦敦25 Lavington Street，位于Southwark的中心地带。重建计划将提供工作空间和零售空间的混合，建立一个充满活力的社区。重要的是，该计划旨在提供净零碳建筑。

Timber Square剖面

重新使用70% 的原始结构，大约25%的新建筑，与全新框架相比，节省了7,300吨二氧化碳排放。一栋建筑的改建比拆除重建花费的时间更长，而且成本更高，但是，为了零碳的目标，业主和建筑师选择了改建的方案。窗框是翻新的，地板也是重复使用的，就算是需要采购新楼板也是采购重复使用或者再加工的材料。整个建筑都需要标准化和重复，即采用单元式幕墙的模块。且最大限度地使用低碳、高回收和再生材料，如交叉层压木材。他们指定了具有高水泥替代率的混凝土，并采购了具有高回收含量的铝。使用由再生纸制成的复合片材用于墙衬。这些材料的采购将碳排放降低，相比采用全新传统材料碳排放降低80%。

Timber Square立面

除了建筑材料的选购，建造手法采用安装式建造，与传统建筑工地的生产力相比，建筑生产力提高了55%，同时所需的时间减少了30%。最终建造实现了33%的成本节约。

当然，建造零碳建筑只是零碳目标的一个开始，后期运营才是真正的挑战。运营能源效率也是实现真正净零碳建筑的基础。Forge 使用被动设计技术来减少建筑物的能源需求，并使用高效的空气源热泵来提供加热和冷却。一旦投入运营，这些将按照100%的可再生电能运行。在屋顶层提供了一系列光伏板。这些将抵消日常维护所需的年度应急发电机柴油燃料。为了解决“能源差距”，该建筑采用性能设计方法进行建模。这使团队能够预测实际的能源使用并模拟不同的离轴场景以对系统进行压力测试，然后对其进行微调，从而进一步提高其效率。

这个商业零碳建筑的成功是开发商、建筑公司、建筑师和住户必须开始大规模合作的结果。最终以最大限度地减少终生碳排放，并为应对气候变化，取得有意义的进展及贡献。

04

Seicho-no-le森林办公室

在森林里的Seicho-no-le

日本建筑公司清水株式会社于 2012年2月21日宣布启动日本首座零能耗建筑(ZEB)建设。被称为“森林中的办公室”，它将建在位于山梨县森林山区的北斗市。公司利用当地特色，利用可再生能源实现电力完全自给的“零碳”建筑。

Seicho-no-le屋顶太阳能板

该建筑为两层木结构，总建筑面积8000多平方米。Seicho-no-Ie的森林办公室位于山梨县北斗市，该市拥有丰富的木质生物质资源，年平均日照量为2,100小时，高于全国平均。为了利用这一地区的独特特性，整个屋顶都安装了太阳能板，这些太阳能板供应了大约60%的年用电量。另外通过使用木屑气化热电联产系统和木屑颗粒锅炉等系统，当地资源也被用于发电。

Seicho-no-le屋顶太阳能板

整体建筑布局有利地利用了地面的高低海拔，最大限度地利用了自然气流，无需使用空调。自然光的使用也使得在晴天几乎不需要使用人工照明。Shimizu还通过使用太阳能集热系统来提供超过60%的热能来节约能源。这是通过确保建筑物隔热良好并将太阳能集热系统与地板下方的卵石储热系统相结合来实现的。

Seicho-no-le被动散热

通过微电网优化电力控制。使用太阳能电池板和生物质气化热电联产系统构建微电网系统进行发电。该系统将产生的能量存储在大容量锂离子电池中，然后将其放电以提供稳定的电力供应。这可以根据气象数据和设施运行状态数据预测和调节用电量而不造成浪费，从而节省电力减少碳排放。

从以上几个零能耗/净零能耗项目可以看出，它们往往都有以下共同点：

使用可再生能源：建筑物通过放弃来自化石燃料的电力和使用来自太阳能和风能等可再生能源的清洁能源来实现净零排放。在许多情况下，这种电力是在现场产生的。

被动式建筑设计：通过使用被动式建筑设计，零能耗建筑使用尽可能少的能源。这种策略充分利用了自然光、热能和通风。 

有效的资源管理：智能、集成技术将热、光和通风等资源驱动到真正需要的地方。通过这种方式，能源浪费更少，碳排放量保持在最低水平。 

人的参与：零能耗不仅仅是建筑；这也是关于人的。为了实现净零，每个建筑的使用者都参与到零能耗中。

跟踪记录：零能耗建筑对其持续的碳足迹是有组织的和透明的。还拥有一个强大而准确的系统来收集碳排放和碳抵消的数据。 

认证：对于任何建筑来说，实现零能耗都不是一件容易的事。这就是为什么企业从广泛的计划中选择来认证其建筑物的净零状态，例如BREEAM和LEED。

虽然中国在零能耗的起步比较晚，但是现在也有多座零能耗建筑已经在建设中。当然除了建筑设计师和业主对于零能耗建筑的追求，政府也是大力支持零能源建筑的发展。2020年7月，住建部等七部委发布关于印发绿色建筑创建行动方案的通知，“推动超低能耗建筑、近零能耗建筑发展，推广可再生能源应用和再生水利用“。17个省市陆续发布《绿色建筑创建行动方案》，力推零能耗建筑/近零能耗建筑发展。

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