摘要：在双碳目标的大背景下，近零能耗建筑成为建筑行业实现可持续发展的关键方向。本文以岳麓山实验室集聚区农科院片区 B2 栋为具体案例，深入剖析近零能耗建筑设计的影响因素。B2 栋作为湖南省首栋近零能耗公共建筑，通过采用被动式设计策略，如精心规划自然通风系统、运用高性能围护结构、断热桥技术以及高气密性设计等，有效营造了适宜的建筑物理环境。在主动技术方面，选用高效节能的空调系统满足供暖和制冷需求，新风机组单位风量耗功率低且全热回收效率高。同时，充分利用太阳能光伏系统，屋顶安装大量单晶硅光伏组件，部分采用自动追踪系统提高发电效率，结合海绵城市技术应用，降低了建筑运营阶段的碳排放。为后续近零能耗建筑的设计与建设提供了宝贵的实践经验与参考依据。

0 引言

党的二十大报告指出，实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，要积极稳妥推进碳达峰碳中和。在“双碳”大背景下，坚定践行国家战略，推动低能耗建筑高质量发展，打造低碳节能、可持续发展、宜居宜业的美好环境已成为社会共识。近零能耗建筑是以控制建筑能耗指标为导向，以最少的能源消耗提供更加舒适的室内环境。近零能耗建筑是实现双碳目标的重要抓手，不仅能保护自然生态环境，减少能源消耗，更重能为使用者提供一个更为舒适、健康的工作环境。最终为树立“低碳循环”发展标杆，起到良好的示范作用，彰显良好的社会形象。岳麓山实验室集聚区位于湖南省长沙市芙蓉区湖南农业大学和湖南省农业科学院交界处，B2栋成果展示中心位于整个项目中心位置。项目积极响应国家“双碳”战略目标，通过打造湖南省首个近零能耗公共建筑示范项目，践行绿色使命，推动建设领域高质量发展。

1 我国近零能耗建筑发展现状

1.1 近零能耗建筑的定义

近零能耗建筑一词起源于欧盟，其定义是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高舒适室内环境。其建筑能耗水平应较国家相关标准和行业标准降低60%-75%以上。在现行标准下，近零能耗建筑需要满足能耗及气密性两项约束性指标。

1.2 湖南省内政策背景

《湖南省“十四五”节能减排综合工作实施方案》：在全面执行65%建筑节能标准的基础上，发展超低能耗建筑和装配式建筑，积极推进既有建筑绿色节能改造，推动可再生能源的建筑规模化应用。《长沙市绿色建筑创建行动实施方案》：重点打造高品质示范项目。大力推动浅层地热能等新能源在城镇建筑的应用，开展超低能耗建筑、近零能耗建筑示范，实施能效提升工程。湖南地处夏热冬冷气候区，在应用近零能耗建筑理念时，设计应遵循“被动优先，主动优化”的原则，以室内环境和能耗指标为约束目标，采用性能化设计方法合理确定技术策略，优先采用外遮阳，节能门窗，围护结构保温等被动式措施降低建筑供暖空调需求，并结合设备能效提升和可再生能源利用，实现建筑能耗的大幅度降低。

1.3 国内近零能耗建筑发展现状

超低能耗建筑是我国建筑行业向低碳和绿色发展转型的重要发展方向之一。随着我国快速发展的城镇化进程和经济转型，建筑能耗在我国终端能源消耗占比不断提高。尽管我国在20世纪80年代初就早已经提出了建筑节能环保的要求，也进行了绿色建筑认证，但超低能耗建筑在我国的研究较发达国家晚。我国被动式超低能耗建筑的发展最先受到德国被动房技术体系的启发和影响。其强调通过被动式建筑设计，而不是通过应用复杂的机电系统或可再生能源来实现建筑能耗的降低，这一理念符合一直以来倡导的“被动优先，主动优化”的基本原则，在我国被政府和产业界广泛接受。

我国近零能耗建筑标准体系的建立，既是和我国1986年-2016年的建筑节能30%，50%，65%的三步走进行的合理衔接，又是和我国2025，2035，2050中长期建筑能效提升目标的有效关联。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：超低能耗建筑，近零能耗建筑，零能耗建筑。

2 定量分析及优化

2.1 关键参数优化分析

2.1.1高性能非透明围护结构：

外墙外保温:采用90mm岩棉板保温材料，平均传热系数0.48W/(㎡·K)；屋面采用140mm难燃型挤塑聚苯板,平均传热系数0.25W/(㎡·K)。

2.1.2高性能透明围护结构：

一层透明幕墙采用断热铝合金窗框（14.80mm）（8M(TD170)#2+12A+8+12A+8），传热系数为1.55W/(m2·K)，二层透明幕墙采用断热铝合金窗框（14.80mm）（6M(SJ170s)#2+12Ar+6），传热系数为1.70W/(m2·K)，屋顶天窗采用断热铝合金窗框（14.80mm）（6M(TD170)#2+12Ar+6）,传热系数为1.99W/(m2·K)，不仅确保了窗户具备卓越的隔热性能，同时也保障了其结构强度与耐久性。

2.1.3高气密性设计：

在高气密性设计方面，通过采用简洁的造型和精细的细节处理，有效减少了漏气节点区域的出现。选用的外门窗和幕墙均达到高级别的气密性标准（门窗为6级，幕墙为4级），并运用了如防水隔汽膜、专用膨胀密封条、专用气密性处理涂料等高气密性材料进行封堵处理。此外，对于门窗、洞口、电气接线盒、管线贯穿等易出现气密性问题的部位，进行了特殊节点设计，以确保整体结构的气密性。

2.1.4无热桥设计：

在无热桥设计方面，围护结构的设计避免了破坏或穿透，确保了管线穿越时的保温连续性，无空洞。在建筑部件连接处，保温层保持连续无间隙，同时减少几何结构变化以降低散热面积。对于潜在的热桥构造，进行了加强保温隔热设计，以减少热流通量。

2.2 建筑空间和布局优化

近零能耗建筑作为节能降耗性能优异的建筑典范，在整体规划设计中，通过确立一系列科学合理的总体原则，能从源头引导建筑性能的实现，确保建筑在全生命期内都能达到近零能耗的目标。

项目从规划阶段开始，通过控制建筑密度，区域微气候营造等角度创造近零能耗建筑发展的前提条件，在建筑群规划时，充分利用自然能源，降低冬季采暖能耗和夏季制冷能耗。并通过建筑群空间布局分析，营造适宜的风环境，降低冬季冷风渗透，夏季增强自然通风，通过景观设计，减少热岛效应，降低夏季新风负荷，提高空调设备效率。

展示中心设在整个基地的中心被试验田包围，建筑体形设计力求规整紧凑、简洁、有利于近零能耗建筑节点设计的同时，还要最大限度的减小体型系数，同时确保控制各朝向窗墙比，达到降低夏季太阳热辐射的设计目标。

项目的功能房间平面布局均进行细致推敲，避免在东西向设置较大的外立面。同时建筑体形的变化，与供暖和空调负荷及能耗的大小有密切的关系；凹凸越多，能耗越大；因此建筑体形系数设计为0.19，避免应体形系数过大，增加围护结构负荷。  

在窗墙面积比的控制上，在保证采光的前提下，鉴于项目建筑空间有特定需求（需设有大型展览区域），南向的窗墙面积比控制为0.57，对东、西向以避免设置主要功能房间外窗为主，通过利用外窗（包括透明幕墙）通风，既提高热舒适性，又节省能耗。

项目的平面布置，立面设计均结合场地自然条件对建筑物的间距，体形，朝向等进行优化设计，充分考虑建筑物获得良好日照与自然通风，合理组织绿地和水域，减少硬化地面，改善建筑室内外夏季热环境，减少冬季不利风向。充分利用自然通风，天然采光，太阳得热，控制体形系数和窗墙比等，为后续定量分析优化打下坚实的基础。   

2.3 机电能源系统优化

2.3.1.高效新风热回收及辅助冷热源：

项目集中空调系统冷热源采用蒸发冷却式双高效热泵+气悬浮一体式冷水机组，夏季制冷冬季供热，采用环保制冷剂。冷水机组能效比为5.35，双高效热泵制冷能效比4.35。

新风机组单位风量耗功率为0.149W/(m³·h)，全热回收效率高达70%，所有机组可根据室内PM2.5、CO2浓度和露点温度等变频调速运行。

2.3.2.智能化运维：

通过建筑能耗监测系统对建筑能耗进行分类和分项计量，利用远程传输技术及时采集能耗数据，实现重点建筑能耗的在线监测和动态分析。主要功能房间内设置了PM10、PM2.5、CO2浓度的空气质量监测系统，进行定时连续测量、显示、记录和数据传输。

2.4 可再生能源系统优化

太阳能光伏发电的最核心器件是太阳能电池，商用的太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、碲化镉电池、铜铟硒电池等。

单晶硅、多晶硅太阳能电池由于制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高的特点，被广泛应用于大型并网光伏电站项目。非晶硅薄膜太阳能电池稳定性较差、光电转化效率相对较低、使用寿命相对较短，但由于其拥有良好的弱光发电能力和温度特性，在一定程度上可减少电网的波动。

在近几年光伏行业中占主流市场的光伏组件主要有单晶硅组件、多晶组件和非晶硅太阳能组件，在2007年前，市场主导产品是单晶硅组件，2007年之后，主流市场被单晶硅组件和多晶硅组件平分，各占市场的百分之四十多。

本项目为屋顶分布式屋面，考虑到场地原因，尽可能考虑目前光伏市场的主流产品、转换效率高、衰减效应慢，成本可控、适宜推广的组件型号。综合考虑组件价格、效率、施工难度及周期、技术成熟性、市场占有率，以及投产时间、采购订货时的可选择余地，同时考虑工程造价及年上网发电量情况，结合上述分析，本项目选用580Wp单晶光伏组件。总装机容量为121kWp，覆盖面积为514㎡。设置了70kW和30kW组串式逆变器各一台，共一个并网点，采用400V低压并网。光伏组件在屋面北侧与西南侧采用雨棚型式架高安装，并设有导水槽。该太阳能光伏发电系统年发电量为10.30万度，预计每年可节约电费8万元。

3 近零能耗设计指标判定

3.1 能耗模拟及指标判定

本项目采用的计算分析软件为被动式低能耗建筑模拟分析软件PKPM – PHEnergy，该软件紧密结合国家与地方被动式低能耗设计规范，根据项目实际情况建立建筑模型，提供围护结构系统设置、空调系统设置、新风热回收计算等模块，便于设计师解决各种模拟难题。通过模拟可以准确得到建筑的能源消耗，以及各部分能耗的分布情况，同时还可以得到是否达到低能耗标准的各项技术指标及能耗指标情况，为优化建筑围护结构体系和整体设计方案提供指导。软件满足《近零能耗建筑技术标准》GB/T51350-2019和《近零能耗建筑测评标准》T/CABEE 003-2019要求。计算出建筑的各项能效指标如下表所示：

表1 建筑能耗综合值及可再生能源利用率

由上表可知，建筑综合节能率为62.32%，建筑本体节能率（不包含可再生能源）为24.84%，满足《近零能耗建筑技术标准》GB/T 51350-2019中的近零能耗建筑能效指标要求。

3.2全寿命期技术经济判定

本项目旨在满足建筑内部健康舒适性的同时，通过被动式设计与主动式节能减碳技术降低建筑50年能耗运行费用，建筑运行阶段经济效益显著。项目的建设为省内建筑领域绿色低碳转型发展提供了可推广和复制的经验，助力碳达峰碳中和目标的实现。

4 结束语

超低/近零能耗正在成为全球建筑节能的发展趋势，被动式超低/近零能耗建筑是国际上近年来快速发展的能效高且居住舒适的建筑，在日益严重的能源危机和环境污染的背景下，它是应对气候变化，节能减排的最重要途径，代表了世界建筑节能的发展方向；

政策支持，技术引领，全国超低/近零能耗建筑获得大力推广，代表世界建筑节能发展方向的被动式超低/近零能耗绿色建筑，其特点顺应了我国生态文明建设和新型城镇化建设的需求，自2009年一登陆我国，边受到了住房和城乡建设部的高度重视，并将其列为“十二五”期间建设领域节能低碳发展的重要内容；

星火燎原，超低/近零能耗绿色建筑正在兴起， 国家有关部门对超低能耗被动式住宅的大力推广，得到各地方政府的积极响应，被动房的发展被列上日程，相关政策甚至技术标准也纷纷制定。而一些企业也看到了被动房发展的良好前景，相继转向发展被动房；

建筑节能迈入超低/近零能耗时代，我们如何迎接，发展被动式超低/近零能耗绿色建筑符合各方的利益需求。能有效改善中国整个建筑行业的能耗现状，缓解能源需求和温室气体减排的压力。