实现净零能耗建筑的新视角：全生命周期能源平衡框架研究

《Sustainable Horizons》：Rethinking net zero: A new perspective on achieving net zero energy buildings

本文推荐研究人员针对传统净零能耗建筑(NZEB)策略忽视隐含能源的问题，开展了"现实净零能耗建筑"(RNZEB)新框架研究。通过整合建筑信息模型(BIM)技术，对伦敦概念住宅的三种结构体系(钢、钢筋混凝土、木)进行全生命周期能源分析，结果表明采用低隐含能源材料可降低能耗11.05%-33.90%，结合先进技术实现运营节能84.45%。该研究为建筑领域实现真正的能源平衡提供了创新方法。

　　

在现代城市化进程中，建筑行业已成为能源消耗和碳排放的主要来源之一。传统净零能耗建筑(Net Zero Energy Building, NZEB)策略虽然在一定程度上解决了建筑运营阶段的能源平衡问题，但却忽视了一个关键环节——建筑材料生产、运输和建造过程中产生的"隐含能源"(Embodied Energy)。这种局限性可能导致建筑在全生命周期内实际能源消耗被低估，甚至出现"节能不减排"的尴尬局面。

针对这一研究空白，伦敦布鲁内尔大学土木与环境工程系的Orhan Ercal和Muhammad Shafique在《Sustainable Horizons》上发表了一项创新性研究，提出了"现实净零能耗建筑"(Realistic Net Zero Energy Building, RNZEB)新框架。该研究通过整合建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)技术，对三种常见建筑结构体系进行了全生命周期能源分析，为建筑行业实现真正的能源可持续发展提供了新视角。

研究人员采用多学科交叉的研究方法，主要关键技术包括：1)基于BIM的建筑信息建模与能源模拟；2)运用英国巴斯大学开发的碳与能源清单(Inventory of Carbon and Energy, ICE)数据库进行材料隐含能源计算；3)结合伦敦地区气候数据的建筑能耗动态模拟；4)可再生能源系统(太阳能光伏、风力发电)的集成设计与性能评估。研究以伦敦概念住宅为案例，建立了钢、钢筋混凝土和木结构三种建筑模型的对比分析框架。

研究结果部分通过系统的数据分析和可视化展示，揭示了RNZEB策略的实际效果：

理论与方法论部分建立了完整的RNZEB计算方程(0≥E₁+E₂-E₃)，其中E₁为隐含能源，E₂为运营能源，E₃为可再生能源发电量。该方程为建筑全生命周期能源平衡提供了量化基础。

案例研究部分详细比较了三种结构体系的能源表现。传统钢结构的隐含能源最高，达到308,599.2 kWh，而采用低隐含能源材料后，RNZE钢结构降至204,108.8 kWh，降幅达33.90%。钢筋混凝土结构和木结构分别实现24.70%和11.05%的隐含能源降低。

运营能源分析显示，通过采用热泵系统、LED照明和A+++级高效电器等节能技术，RNZE建筑相比传统建筑实现运营节能84.45%。其中供暖能耗降低91%，制冷能耗降低71%，照明能耗降低85%，电器能耗降低27%。

能源生成系统结合了太阳能光伏板和风力发电技术，年发电量达14,431.9 kWh，不仅能满足建筑10,283.4 kWh的年运营需求，还可向电网输送4,148.5 kWh剩余电力。

全生命周期能源流分析通过桑基图直观展示了三种结构体系50年内的能源平衡情况。木结构建筑仅需32年即可平衡其隐含能源，钢筋混凝土结构和钢结构分别需要43年和49年。

研究结论部分强调，RNZEB策略通过综合考虑隐含能源和运营能源，为建筑行业提供了更全面的能源平衡解决方案。与传统NZEB方法相比，RNZEB不仅关注建筑使用阶段的能源平衡，还将建筑材料的生产、运输和建造过程纳入考量范围，真正实现了建筑全生命周期的净零能耗目标。

讨论部分进一步提出了"真实净零能耗建筑"(True Net Zero Energy Building, TNZEB)的概念框架，建议将建筑材料运输、施工活动、设备维护和建筑拆除等更多能源消耗环节纳入计算范围。这一拓展框架为未来建筑可持续发展研究指明了方向。

该研究的现实意义在于为政策制定者提供了科学依据，建议将RNZEB要求纳入建筑法规，对低隐含能源材料使用给予税收优惠，并支持可再生能源技术创新。通过在公共建筑中率先示范RNZEB和TNZEB框架，可以加速整个建筑行业向净零碳排放目标的转型进程。

这项研究不仅创新性地提出了建筑能源平衡的新计算方法，更重要的是建立了可量化、可验证的实践框架，为全球建筑行业实现2050年净零碳排放目标提供了关键技术支撑。随着气候变化问题日益严峻，RNZEB策略有望成为推动建筑行业绿色转型的重要引擎，为创建可持续的城市环境贡献力量。