編者按：

全球首座“超階零碳大樓”正式投入使用，該建筑實(shí)現(xiàn)了能源100%自給自足，每年減碳近2500噸，標(biāo)志著建筑領(lǐng)域碳中和實(shí)踐邁入系統(tǒng)化、規(guī)�；码A段。從倫敦貝丁頓社區(qū)到上海世博零碳館，零碳建筑正從先鋒理念走向廣泛實(shí)踐，成為推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵路徑。我國也在積極布局，從政策引導(dǎo)到技術(shù)突破，涌現(xiàn)出如雄安城市航站樓等具有標(biāo)桿意義的實(shí)踐項(xiàng)目。特邀雄安城市航站樓凈零碳建筑技術(shù)負(fù)責(zé)人韓小寶撰文，從國際視野與本土實(shí)踐出發(fā)，系統(tǒng)解析凈零碳建筑的核心路徑、技術(shù)策略與未來挑戰(zhàn)，旨在為行業(yè)提供可借鑒的思路與方法，推動(dòng)建筑綠色轉(zhuǎn)型走向更深、更實(shí)。

在全球氣候變化的嚴(yán)峻背景下，極端天氣頻繁出現(xiàn)，冰川加速融化，海平面不斷上升，這都要求我們必須采取切實(shí)有效的手段進(jìn)行應(yīng)對。根據(jù)國際能源研究中心和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的權(quán)威數(shù)據(jù)顯示，目前在全球碳排放中，有近40％來自于建筑施工和運(yùn)營。雖然實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)的路徑并不是唯一的，但政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）《全球升溫1.5°C特別報(bào)告》中指出，所有與1.5°C升溫目標(biāo)相匹配的氣候變化減緩路徑都要求全球在未來實(shí)現(xiàn)零碳排放。因此，降低來自建筑領(lǐng)域的碳排放對于應(yīng)對全球氣候變化至關(guān)重要。

近年來，我國經(jīng)歷了城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段，建筑規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，根據(jù)《2024中國城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域碳排放研究報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，2022年我國建筑與建筑業(yè)建造的碳排放總量為51.3億噸二氧化碳，占到了全國能源相關(guān)碳排放的48.3%。為了積極應(yīng)對氣候變化，我國提出了“雙碳”目標(biāo)，即2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。這一目標(biāo)體現(xiàn)了我國應(yīng)對氣候變化的堅(jiān)定決心，也為建筑行業(yè)的發(fā)展指明了方向。凈零碳建筑作為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵路徑，其發(fā)展已經(jīng)成為全行業(yè)的共識和必然趨勢，也是應(yīng)對氣候變化的重要舉措。

韓小寶

意大利米蘭理工大學(xué)博士

國家一級注冊建筑師、高級工程師

德國PHI被動(dòng)房認(rèn)證設(shè)計(jì)師

英國BREEAM INFRASTRUCTURE認(rèn)證評估師

北京筑綠低碳科技有限公司創(chuàng)始人

在零碳建筑領(lǐng)域具備豐富經(jīng)驗(yàn)，在熟悉中國建筑設(shè)計(jì)法規(guī)和市場需求的基礎(chǔ)上，有針對性地將國際前沿零碳建筑技術(shù)融入到設(shè)計(jì)及施工運(yùn)維全過程當(dāng)中，以全生命周期的視角，全方位地降低建筑的碳足跡，并提升人居環(huán)境品質(zhì)。

▲ 雄安城市航站樓人視

破局之道：凈零碳建筑的三大實(shí)現(xiàn)路徑

所謂的凈零碳建筑，是指在特定時(shí)間段內(nèi)（通常為一年），其運(yùn)營過程中產(chǎn)生的溫室氣體排放量，可以通過建筑自身或外部的碳匯/碳抵消機(jī)制完全中和的建筑，且實(shí)現(xiàn)中和的技術(shù)路徑需優(yōu)先通過節(jié)能和可再生能源利用，抵消手段僅作為補(bǔ)充。通俗地說，就是建筑能夠?qū)崿F(xiàn)能源消耗相關(guān)的碳排放“收支平衡”，即排放量低于或者等于可再生能源利用與碳抵消的碳減排總量。除此之外，如果進(jìn)一步以建筑全生命周期為視角，將建筑所使用的材料產(chǎn)品在生產(chǎn)及運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的碳排放以及施工過程中由于能源消耗產(chǎn)生的碳排放都納入到建筑總體排放量中的話，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)碳排放“收支平衡”的建筑則是全生命周期凈零碳建筑。

從凈零碳建筑的定義可以看出，凈零碳建筑最終的零碳排放主要是通過“源頭減碳、能源替代、末端抵消”這三種技術(shù)途徑實(shí)現(xiàn)的，并且需要遵循“先減量、再中和”的原則。

源頭減碳——降低建筑的能源使用需求

建筑之所以會(huì)在運(yùn)營過程中產(chǎn)生大量的碳排放，主要是因?yàn)樵诮ㄖ䞍?nèi)部為了保證功能使用要求和室內(nèi)環(huán)境的舒適度，運(yùn)營期間會(huì)使用大量設(shè)備，如空調(diào)、燈具、電梯、采暖器具等，這些設(shè)備的運(yùn)行會(huì)消耗大量的電力及燃?xì)狻Ｈ绻玫碾娏κ怯苫茉串a(chǎn)生，那么這些能源消耗就會(huì)產(chǎn)生以二氧化碳為主的溫室氣體�？梢哉f，建筑運(yùn)營期間對耗能設(shè)備的依賴就是建筑碳排放的源頭所在。

目前，從源頭進(jìn)行碳排放減量主要有兩種措施，一是減少耗能設(shè)備的使用數(shù)量和使用時(shí)長，即通常所說的“被動(dòng)式技術(shù)”；另一種是通過提升耗能設(shè)備的運(yùn)行效率，在同等使用強(qiáng)度下，消耗更少的能源，即“主動(dòng)式技術(shù)”。兩種措施相比，“被動(dòng)式技術(shù)”的核心是因地制宜，最大潛力地發(fā)掘建筑本身“冬暖夏涼”的調(diào)節(jié)能力，比如通過合理科學(xué)的建筑表皮設(shè)計(jì)，最大程度地利用天然采光，減少建筑照明的使用，同時(shí)有效隔絕太陽輻射得熱，實(shí)現(xiàn)“透光不透熱”，避免建筑空調(diào)能耗的增加。優(yōu)異的“被動(dòng)式技術(shù)”措施，不僅可以從源頭減少建筑碳排放量，還減少了建筑內(nèi)部設(shè)備的使用數(shù)量，有效地降低了建筑建設(shè)成本，被稱之為“負(fù)成本增量”技術(shù)手段。“主動(dòng)式技術(shù)”的核心是提升耗能設(shè)備的運(yùn)行效率，既可以通過采購高能效設(shè)備產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)，也可以通過優(yōu)化設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)。采購高能效設(shè)備技術(shù)門檻低、容易實(shí)施，但是會(huì)增加建設(shè)成本的風(fēng)險(xiǎn)；優(yōu)化設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行的方式可以針對任何常規(guī)設(shè)備，在控制造價(jià)方面有利，但需要專業(yè)的技術(shù)支持才能得以實(shí)現(xiàn)。

▲ 天然采光與太陽輻射仿真模擬

▲ 自然通風(fēng)利用仿真模擬

能源替代——使用可再生能源

建筑實(shí)現(xiàn)凈零排放的另一條技術(shù)路徑，是使用零碳 / 低碳能源（主要是可再生能源），來替代傳統(tǒng)的化石能源及其產(chǎn)生的電力。建筑使用的可再生能源主要是太陽能光伏發(fā)電，除此，風(fēng)力發(fā)電、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能也是有效手段。這其中，風(fēng)力發(fā)電、地?zé)崮軐ㄖ膮^(qū)位和場地有一定要求，而生物質(zhì)能需要具備可靠的供應(yīng)體系。但太陽能的光熱利用對于絕大多數(shù)建筑來說，既具備使用條件，又能夠保證日常運(yùn)行，因此是凈零碳建筑中最為普遍的技術(shù)手段。與此同時(shí)，太陽能的利用還有另外一個(gè)優(yōu)勢，那就是與建筑構(gòu)件進(jìn)行結(jié)合，形成太陽能光伏與建筑一體化（BIPV）應(yīng)用，將光伏板作為建筑外墻或屋頂材料，兼顧發(fā)電與建筑功能。

除此之外，若建筑自身可再生能源發(fā)電量不足，還可向電網(wǎng)或者周邊可再生能源發(fā)電實(shí)體購買“綠電”（由風(fēng)電或者太陽能光伏所發(fā)電力），其碳排放為零或極低。

末端抵消——碳匯、碳捕捉與碳信用

如果建筑通過源頭減量和能源替代后，仍舊有剩余的碳排放，這時(shí)候可以使用碳匯、碳捕捉或者碳信用進(jìn)行抵消，從而實(shí)現(xiàn)最終的碳中和。

碳匯既可以通過建筑場地內(nèi)部種植的樹木和綠地進(jìn)行就地抵消，也可以通過向林業(yè)碳匯項(xiàng)目（如植樹造林，樹木生長吸收二氧化碳）購買碳配額。

碳捕捉技術(shù)是指空氣直接碳捕捉DAC技術(shù)，即通過特定設(shè)備與工藝，從空氣中直接捕獲二氧化碳，并對其進(jìn)行再利用或封存，從而阻止碳排向大氣，直接削減建筑的“實(shí)際碳足跡”。

凈零碳建筑中使用的碳信用主要是核證減排量CER。CER是聯(lián)合國清潔發(fā)展機(jī)制（CDM）下認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)化“碳排放削減憑證”，1個(gè)CER對應(yīng)1噸二氧化碳的減排量，凈零碳建筑項(xiàng)目可以通過購買此類憑證來抵消自身的碳排放量。

除了“源頭減碳、能源替代、末端抵消”這三種技術(shù)途徑外，從全生命周期視角看，凈零碳建筑也常通過低碳建材的選擇和綠色施工的實(shí)施，全方位降低貫穿整個(gè)環(huán)節(jié)的碳排放量。低碳建材的選擇主要包括再生鋼材、低碳水泥、負(fù)碳材料（本身吸收了二氧化碳）等，用于替代高碳建材；綠色施工主要是通過有效的施工過程管理，減少施工過程中的資源能源消耗及材料浪費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)碳排放量的降低。

上述幾種凈零碳建筑的技術(shù)途徑，都遵循“先減量、再中和”的原則，這也是國際范圍內(nèi)的普遍行業(yè)共識，其核心目的在于從源頭上規(guī)避“漂綠”風(fēng)險(xiǎn)。若跳過“減量”環(huán)節(jié)，直接通過購買綠證等方式實(shí)現(xiàn)碳排放中和，看似快速達(dá)成目標(biāo)，實(shí)則難以形成穩(wěn)定、可持續(xù)的脫碳成效——這種“中和”未觸及建筑高能耗的本質(zhì)。與此同時(shí)，優(yōu)異的“被動(dòng)式技術(shù)”源頭減碳措施，一方面可以降低凈零碳建筑的建設(shè)成本，解決當(dāng)下凈零碳建筑在推廣中的首要難題；另一方面為過程中減少了各類設(shè)備和產(chǎn)品的使用，從而降低了其中的隱含碳，因此可以有效推動(dòng)建筑行業(yè)向深度脫碳轉(zhuǎn)型。

▲ 雄安城市航站樓 - 總平面圖

案例深潛：一座交通樞紐的“零碳”實(shí)踐

作為國內(nèi)第一個(gè)獲得國際凈零碳建筑認(rèn)證的交通類建筑，雄安城市航站樓是集城市功能、交通功能、航空功能于一體的大型綜合交通樞紐建筑，其內(nèi)部整合了雄忻高鐵、京雄快線、M1線、M2普線四條軌道交通線路。作為新時(shí)代的城市地標(biāo)，以引導(dǎo)的姿態(tài)象征了中國綠色生態(tài)的新文化未來。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了此類建筑凈零碳技術(shù)體系“從0到1”的突破，并獲得了由德國萊茵TüV和英國建筑研究院BRE共同頒發(fā)的“特別項(xiàng)目大獎(jiǎng)”。

在技術(shù)應(yīng)用體系上，項(xiàng)目充分結(jié)合了交通建筑功能特點(diǎn)，借鑒了本領(lǐng)域國際前沿技術(shù)理念，以建筑全生命周期碳排放控制為視角，以數(shù)字化仿真模擬和人工智能算法為技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了全專業(yè)、全過程的凈零碳建筑整合設(shè)計(jì)，并有機(jī)融合了零碳技術(shù)應(yīng)用與建筑藝術(shù)效果，創(chuàng)造出了全新的凈零碳交通建筑設(shè)計(jì)語言和技術(shù)實(shí)施路徑。

項(xiàng)目的凈零碳設(shè)計(jì)及認(rèn)證范圍為地面建筑單體，建筑面積為2387.53m2。根據(jù)測算，項(xiàng)目全年能耗為255.26MWh，項(xiàng)目本身的可再生能源發(fā)電量為492.70MWh，可再生能源產(chǎn)能大于建筑全年能耗，是一座產(chǎn)能建筑，實(shí)現(xiàn)了負(fù)碳效果，CO2年減排量約225.7噸，相當(dāng)于種植了18810棵樹。

雄安城市航站樓在凈零碳技術(shù)體系應(yīng)用上，采用了“源頭減碳+能源替代”的策略。一方面借助數(shù)字化仿真模擬技術(shù)與人工智能算法對建筑的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以“被動(dòng)式技術(shù)”最大化地降低建筑對耗能設(shè)備的依賴；另一方面，將可再生能源利用與建筑表皮設(shè)計(jì)相結(jié)合，使太陽能薄膜光伏發(fā)電系統(tǒng)成為了建筑本身的構(gòu)件，與建筑總體設(shè)計(jì)理念相融合，真正做到了太陽能與建筑一體化（BIPV）。

▲ 雄安城市航站樓 - 室內(nèi)設(shè)計(jì)

數(shù)字化仿真模擬 + 人工智能算法，實(shí)現(xiàn)節(jié)能新高度

雄安城市航站樓作為交通類建筑，對耗能設(shè)備的依賴主要是為了保證使用功能和達(dá)到室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，主要設(shè)備有照明設(shè)備、夏季制冷設(shè)備、冬季供暖設(shè)備、新風(fēng)設(shè)備和自動(dòng)扶梯等。降低對這些設(shè)備依賴的方法就是盡大可能性地讓建筑能夠利用天然采光和自然通風(fēng)，減少夏季的太陽輻射得熱，增加冬季太陽輻射得熱，并提升本身的保溫性能。這些方法均有對應(yīng)的技術(shù)措施，可難點(diǎn)在于如何協(xié)調(diào)這些方法間存在的內(nèi)在矛盾：單純提升天然采光利用可以降低照明能耗，但同時(shí)會(huì)增加夏季太陽得熱，進(jìn)而增加空調(diào)能耗；過度使用遮陽措施可以減少空調(diào)使用，但在冬季又會(huì)導(dǎo)致供暖需求的增加；加強(qiáng)自然通風(fēng)可以減少空調(diào)使用時(shí)間，但在極端天氣中又會(huì)造成冬季熱散失和夏季的濕熱侵入室內(nèi)。這些難點(diǎn)的存在，使得目前“被動(dòng)式技術(shù)”的應(yīng)用還有很大局限性，其往往停留在理念階段，很難做到有實(shí)效性地落地。

在雄安城市航站樓項(xiàng)目中，低碳技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過“虛擬化建模、仿真預(yù)測和人工智能算法”，精準(zhǔn)找到了建筑在夏季得熱、冬季供暖及采光需求間的最佳平衡點(diǎn)，將不同技術(shù)措施有機(jī)融合，保證總體效能最大化，最終實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目綜合能耗最低的目標(biāo)，這一成果是傳統(tǒng)性能計(jì)算無法完成、難以企及的。

▲ 雄安城市航站樓 - 室內(nèi)中庭

精細(xì)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)凈零碳建筑“高性價(jià)比”建設(shè)路徑

建筑內(nèi)部耗能設(shè)備的運(yùn)行效率多呈現(xiàn)為動(dòng)態(tài)曲線，而工程設(shè)計(jì)中因精細(xì)化程度不足，“大馬拉小車”的現(xiàn)象普遍存在——許多性能優(yōu)異的先進(jìn)設(shè)備，因設(shè)計(jì)匹配度不夠，長期處于低效率區(qū)間運(yùn)行，這就導(dǎo)致了“設(shè)備成本投入不少，實(shí)際節(jié)能效果未達(dá)預(yù)期”的困境，無法發(fā)揮出設(shè)備應(yīng)有的價(jià)值。反之，即便采用常規(guī)的設(shè)備產(chǎn)品，若能通過精細(xì)化設(shè)計(jì)對其運(yùn)行邏輯、匹配場景進(jìn)行優(yōu)化，確保設(shè)備始終在高效率區(qū)間穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅能有效降低建筑能耗、實(shí)現(xiàn)降碳目標(biāo)，更能大幅控制建設(shè)成本。

在雄安城市航站樓項(xiàng)目中，結(jié)合其內(nèi)部空間高大的特點(diǎn)，項(xiàng)目供暖采用低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)。航站樓地面大廳冬季地板輻射采暖總熱負(fù)荷為153.3kW，集中能源站供給的50/45空調(diào)熱水，經(jīng)航站樓專用板式換熱機(jī)組換熱后供給40/30地板輻射采暖循環(huán)熱水。低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)通過分集水器與室內(nèi)埋地管連接，由溫度傳感器信號控制分集水器主供水管上的恒溫控制兩通閥，保證了熱量集中在人員活動(dòng)高度區(qū)域內(nèi)，沒有通常高大空間冬季供暖因“溫度分層”而出現(xiàn)的熱量浪費(fèi)現(xiàn)象。雄安城市航站樓空間制冷系統(tǒng)采用島式空調(diào)機(jī)組，共設(shè)置8臺，島式空調(diào)機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)合人員活動(dòng)流線，以“按需送冷”作為設(shè)計(jì)策略，將空調(diào)冷風(fēng)“精準(zhǔn)”送至需求端而非均勻送至整個(gè)空間（包括無人員活動(dòng)范圍內(nèi)），有效降低了夏季空調(diào)的能耗。

▲ 雄安城市航站樓 - 外觀設(shè)計(jì)

太陽能與建筑一體化設(shè)計(jì)，讓建筑設(shè)計(jì)語言與技術(shù)完美融合

雄安城市航站樓作為城市地標(biāo)項(xiàng)目，以極具前衛(wèi)感的全曲面雙曲線形態(tài)呈現(xiàn)。通常而言，這類復(fù)雜曲面設(shè)計(jì)與太陽能光伏利用難以兼容，若生硬鋪設(shè)傳統(tǒng)光伏板，將會(huì)破壞建筑整體美感。因此在項(xiàng)目中，低碳團(tuán)隊(duì)選擇了碲化鎘薄膜太陽能光伏技術(shù)，結(jié)合建筑造型，將其與建筑自身構(gòu)件進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。該方法不僅能實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能，還可融入建筑整體節(jié)能系統(tǒng)，提升了透明建筑表皮的遮陽隔熱效果，同時(shí)讓光伏元素完全契合建筑的外觀設(shè)計(jì)理念，保證項(xiàng)目作品的美學(xué)價(jià)值。

此外，雄安城市航站樓項(xiàng)目的照明系統(tǒng)采用了智慧照明技術(shù)，結(jié)合分區(qū)、分組、定時(shí)、感應(yīng)等節(jié)能控制措施，采光區(qū)域的人工照明可以根據(jù)天然光照度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度。同時(shí)設(shè)置了分類、分級用能自動(dòng)遠(yuǎn)傳計(jì)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對建筑能耗的監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和管理。

本項(xiàng)目還應(yīng)用了不同種類的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，包括分布式單晶硅太陽能光伏技術(shù)、碲化鎘薄膜太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。根據(jù)雄安新區(qū)氣候特點(diǎn)以及廠家提供不同產(chǎn)品的發(fā)電效率及系統(tǒng)綜合效率，經(jīng)測算，總年發(fā)電量為49.27萬kW?h，其中分布式單晶硅年發(fā)電量為33.77萬kW?h，碲化鎘薄膜光伏系統(tǒng)年發(fā)電量為15.5萬kW?h。

邁向深綠：凈零碳建筑的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

在全球應(yīng)對氣候變化與國家“雙碳”目標(biāo)的雙重背景下，凈零碳建筑正迎來廣闊的發(fā)展前景，其不僅是緩解氣候問題的關(guān)鍵應(yīng)對方案，更是推動(dòng)建筑行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的重要方向，發(fā)展?jié)摿薮�。但�?dāng)前社會(huì)上及行業(yè)內(nèi)對凈零碳建筑普遍存在“成本高、門檻高”的刻板印象，“建設(shè)成本高”成為其推廣路上的常見標(biāo)簽，以致其難以在常規(guī)項(xiàng)目中普及。而從雄安城市航站樓項(xiàng)目的實(shí)踐來看，在數(shù)字化仿真和人工智能技術(shù)迅速發(fā)展的今天，通過科學(xué)設(shè)計(jì)與技術(shù)優(yōu)化，有效控制成本的低成本凈零碳建筑解決方案完全可以實(shí)現(xiàn)。未來，期待這類高性價(jià)比的解決方案可以得到更廣泛推廣，為凈零碳建筑的更快、更好發(fā)展提供有力支撐。

【來源：中國建筑裝飾裝修】

掃小程序

購買雜志

中國建筑裝飾裝修

權(quán)威 · 引導(dǎo) · 影響力

《中國建筑裝飾裝修》

微信公眾號：cbdazazhi

優(yōu)質(zhì)設(shè)計(jì)案例投稿郵箱：

zazhishe2013@sina.cn

雜志訂閱服務(wù)：010-88546514