如何建造智能零碳建筑 - 以及为什么它很重要
世界建筑的脱碳对于实现全球气候目标至关重要。摄影：Fabio Achilli/Flickr
减少建筑物的碳排放对于实现巴黎气候目标和到2050年实现净零排放至关重要。建筑物占全球温室气体排放量的39%，其中28%为运营排放，11%为建筑材料和建筑。
预计到2060年，全球建筑建筑面积将翻一番，只有3%的新建筑投资是绿色和高效的，几十年来一直锁定高排放。现有建筑的改造率仅为1%，不到实现巴黎气候目标所需改造率的三分之一。
虽然建筑物的脱碳挑战很大，但机遇也很大。高效、零碳建筑利用现有的、具有成本效益的技术来减少排放，同时提高当地社区的健康、公平和经济繁荣。
推动零碳建筑的关键趋势有四个：脱碳、电气化、效率和数字化。这四项好的“契约”相结合，可以减少碳排放和建筑运营和支持基础设施的总体成本。建筑物可以通过消除用于供暖的化石燃料，使用现场和/或场外可再生能源，减少高全球变暖潜能值制冷剂的使用以及在建筑中使用低碳，再利用或回收材料来实现零碳（或零碳就绪）性能。
全球变暖将导致更多的电力需求。图片来源：Statista
全球变暖本身将导致更多的电力需求，因为以前温和的地区，如最近在美国太平洋西北地区发生的那样，需要空调来最小化热应激。不合时宜的寒冷天气也会增加温暖地区的电力需求。在某些情况下，由于化石能源成本较低（通常是补贴），以及扩大发电、输电、配电和管理日益间歇性的可再生能源供应的电力基础设施投资增加，这将导致建筑业主的成本增加。
能源效率必须仍然是零碳建筑的首要任务，即使有脱碳的能源供应。在能源效率方面每投资一美元，就可以节省大约两美元的能源供应，无论这种投资是在当地、现场发电还是在电网层面进行。它还降低了未来电网基础设施的总成本，以满足不断增长的需求。虽然被动措施，如增加绝缘和提高设备效率，可以减少整体电力需求，但主动效率措施，包括自动需求响应和动态能源优化，可以提供需求灵活性，以匹配间歇性可再生能源发电。
数字化是建筑能效和需求灵活性的重要推动因素。这些“智能”建筑受益于先进的传感和控制、系统集成、数据分析和能源优化，可积极减少能源使用和需求，同时提高居住者的舒适度、健康、生产力和设施弹性。将这些数字功能嵌入“智能”设备和电器中可以提供额外的好处，包括提高可靠性和远程管理以及减少能源和排放。
智能建筑的潜在节能潜力是巨大的。基本的自动化楼宇控制可以在商业建筑中节省10-15%的能源。更高级的功能，如按需控制通风，可以额外节省5-10%的能源。将建筑系统集成在一起，与基本HVAC（供暖，通风和空调）和照明控制相比，可以节省8-18%的能源。能源信息管理系统使用先进的计量基础设施并监控建筑物的最终用途，平均可节省3%，而自动故障检测和诊断平均可节省9%的能源使用。
最近的一项研究表明，通过主动需求管理，电网互动高效建筑可以将能源成本降低多达20%。能源优化可以根据电网的实时碳强度控制建筑物的能源使用，并将清洁供暖资源的使用与备用化石燃料设备协调起来，以最大限度地减少24/7的碳排放，同时提供需求的灵活性和弹性。
位于马里兰州银泉市的Unisphere大楼是美国最大的净零能耗项目之一。它集成了地热热泵，现场太阳能和集成控制系统，包括HVAC，照明，能源和可调光窗户。位于挪威特隆赫姆的Brattorkaia发电厂的八层办公楼在整个建筑生命周期中都是正能量的，包括生产和运输建筑材料，现场施工和报废解构所消耗的能源。该建筑拥有3，000平方米的太阳能电池板，并在其水源处设有天然制冷剂热泵，可提供冷却和加热。该建筑非常高效，结合了被动和主动措施，包括居住者自适应HVAC和照明系统。
挪威特隆赫姆的Brattørkaia发电厂。图片来源：Lyndsayclose/Wikimedia
全球变暖和气候变化也将对热带气候地区产生强烈影响，在这些地区，建筑物的能源消耗是由不断增长的电力冷却需求驱动的。新加坡在其2030年绿色计划中的脱碳战略有一个雄心勃勃的目标，即到2025年将太阳能部署增加两倍，到2030年实现2GWp（千兆瓦峰值）的太阳能。从2030年开始，80%的新建筑将成为“超低能耗建筑”，与2005年同类最佳绿色建筑的消费水平相比，能源效率将提高80%。到2030年，至少有20%的学校将实现碳中和。
新加坡国立大学设计与环境学院4号（SDE4）是新加坡第一座新建的净零能耗建筑，也是东南亚第一座获得国际生活未来研究所（ILFI）零能耗认证的建筑。这座六层建筑采用创新的混合冷却系统，可有效降低建筑的能耗。对占用率、空间使用情况、室内空气质量和天气条件的高级监控有助于优化系统运行。428 kWp屋顶太阳能电池板产生的电力用于为所有系统供电，任何多余的电力都动态导出到校园电网，供相邻建筑使用。自2019年1月开业以来，该建筑一直是净能量正数，它产生的能量超过消耗的能量，超过460兆瓦时。
SMU-X净零能耗大楼是新加坡市中心第一座大型大规模工程木结构建筑，通过位于该建筑的光伏系统抵消了其每年100%的能源消耗。在其他地方，新加坡国立大学设计与环境学院1号和3号（SDE 1&3）是一座高效的翻新建筑，具有先进的建筑立面，可以平衡进入建筑物的自然光和热量，并采用先进的照明控制系统和太阳能屋顶，以满足净零能耗性能。新加坡发展银行的Newton办公室是现有四层建筑的翻新项目，旨在通过安装双面光伏组件（可以从两侧产生电力的光伏板）和先进的物联网电源优化技术，实现70%的节能和净零能耗性能。
所有这些建筑都表明，数字化作为清洁电力在全球北方供暖和全球南方制冷的一个因素是多么重要。它也是实现高效、零碳建筑性能的关键因素，同时减少未来对电网基础设施的投资-如果我们要实现2050年目标，这是重中之重。
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