既有建筑如何改造为零碳建筑？

近日，北京建筑节能研究发展中心零碳建筑示范工程在北京市朝阳区亮相。该项目采用了20项国际先进零碳技术、比传统非被动式公共建筑节能60%、每年通过光伏发电甚至可实现建筑负能源消耗。

该建筑由一座建成于1987年的既有公共建筑改造而成，因此该项目也成为北京市首个既有公共建筑改造的零碳建筑。

北京建筑节能研究发展中心零碳建筑示范工程

项目位于北京市朝阳区光熙门北里29号，总建设面积1181.6平方米，整体建筑采用砖混结构，地上两层，无地下室，建筑高度为8米。

二十项节能技术 实现100%节能、100%减排

示范项目采用高性能非透明围护结构保温技术、高性能门窗技术、无热桥处理措施、高效热回收技术、建筑气密性措施以及可再生能源及建筑电气化七大类、二十项节能技术，将建筑本体的能耗降至改造前的90%，同时设置多种形式的光伏设施，使建筑耗电量与光伏发电量达到平衡，最终实现100%节能、100%减排。

项目将“光伏发电、储能蓄电，直流供电，柔性用电”相结合。通过屋顶单晶硅结合 BIPV直流发电，利用直流电向室内直流用电器供电，实现能源的高效利用。同时，考虑特殊情况，接入市政电力，当连续阴雨天或光伏用电不满足时使用，实现柔性用电。

可再生能源

这座建筑的太阳能光伏板面积515平方米，每年可发57000度电。北京公共建筑峰值电价为1.29元/度，能耗计算结果显示，这一项目全年照明、插座、生活热水、遮阳、弱电、空调系统等全年每平米用电量约为 45 度/平方米，全年总计电量为53145度。按电价为 1.29 元/度计算，每年电费可节省68557元。通过零碳改造显著降低了后期运营成本。

光伏屋顶是当下的主流形式，而光伏幕墙是未来的主流。光伏幕墙是将幕墙（比如石材幕墙、玻璃幕墙）和光伏发电功能相结合的幕墙，相较于屋顶，建筑幕墙表面积更大，能有效提高发电量。更适用于高楼大厦安装光伏发电的需求。

光伏屋顶难以满足大城市高楼大厦的用电需求，完全实现建筑物碳中和，利用建筑物外墙安装光伏产生能源是必然选择。这里就配置了63平方米的光伏幕墙。如果站在新建建筑角度看，光伏组件与建筑实现高度集成，则具有更多优势。这时候，光伏组件就成为建筑的一部分，带来建筑的彻底改观。

智能光源

项目部将传统LED灯具在电路末端进行交直流转换的供电方式，改为全直流供配电的照明系统，更好地避免灯具的频闪，营造出更为舒适健康的光环境。

目前，二层照明全部采用全直流设计，不仅可以进行色温、亮度的调节，同时可对单独灯具进行控制，降低照明能耗。此外，还将照明连接至智能化平台，可通过智能化平台对各房间进行控制。

为了有效遮挡阳光和利用太阳光，这座零碳建筑的外墙按照适当的光照角度设置了遮阳板和导光板，阻止强烈的阳光透过玻璃直接射入室内。在起到降温作用的同时，还可以将自然光线更深地反射到办公室，增加办公室的亮度，从而减少电源的使用。

尽管缺少一般办公室灯火通明的感觉，但坐在桌子前，光线却很好，完全不影响工作。另一个不寻常的地方是，屋里找不到灯的开关。这里采用的是智能照明系统，可以通过室内光亮度调节灯具亮度，办公室内是否开灯完全由自然光的亮度和系统已设定的室内亮度决定。人们可以通过手机APP控制调节灯具的开关与亮度。

室内还采用了导光筒（光导照明系统），屋顶上一个个圆形的“大灯”，没有电源，而是通过折射、反射阳光，将室外光线引入室内，不仅节能，而且比电灯更自然、更柔和。导光筒利用高反射的光导管，将阳光从室外引进到室内，可以穿越吊顶，穿越覆土层，还可以拐弯延长绕开障碍，将阳光送到任何地方。是一种绿色、健康、环保、无能耗的照明产品。

高效新风热回收系统

在室外温度不适宜的冬夏季，开窗通风将造成大量的能量损失，同时室内的温湿度也无法得到保证。因此在气密性优异的零碳建筑系统中，新风系统作为机械通风的一种形式应用于建筑中。带有热回收的新风系统，可以保证室内气流组织的定向流动，同时根据室内温湿度、二氧化碳浓度对新风量进行反馈，保证室内良好的舒适性。

为了尽可能降低通风能耗，带有热回收的新风系统应运而生，其主要依靠室外新风与室内回风进行热量的交换，从而利用室内热量来为室外的冷空气进行升温。室外新风与室内回风在热回收芯进行热量交换，将升温后的新风送入室内。

中心的暖通系统使用多联机+全热回收新风系统以降低通风损失；新风机组带有加湿段，室内温湿度可控，保障冬季室内湿度适宜，提高舒适度；考虑到室外空气污染，新风系统增加PM2.5过滤箱，过滤效率高达99%。

智能监控方面

一套可视化的环境监测、设备能耗分项、楼体结构安全跨系统集成堪称建筑的“神经元”。通过在主要功能房间安装室内环境传感器监测点，可以对室内的温度、湿度、PM2.5、二氧化碳、TVOC和甲醛浓度进行实时采集并处理形成舒适指数和健康指数。在屋面，设置有气象监测站掌握温度、湿度、风速、光照、PM2.5等各项数据。建筑中还有众多监测点对楼体倾斜、裂缝、沉降进行监测。

中心研发了包含照明、新风、空调、加湿、遮阳、天窗、安防等设备在内的智能化集成运维控制系统，可以实时对各设备状态进行监控和场景控制。这个智慧中枢可以对照明、插座、新风、空调等进行分项用能精准计量，对每个区域每个设备类型用电数据进行统计，为节能统筹提供有效的数据支撑和分析基础，实现运维管理的精细化、数据化。

使用功能方面

项目还集教育和科研为一体，首层是一座内容丰富的零碳·城市更新展厅，由多媒体展厅、五大技术产品长廊、被动房体验仓沉浸体验馆、科技趣味互动体验区组成，全方位介绍零碳建筑相关技术；二层为科研办公用房。

▲被动房实物样板集中展示的空间是一座沉浸式体验馆。

▲从一颗小小的隔热锚栓到整个综合建筑实物节点，都与空间的结构相互融合，使原本枯燥的节点与材料呈现出建筑的节奏与美感。

▲保温材料、门窗、遮阳、新风、空气能和太阳能采暖等关键部品也都一一陈列。

▲最后一个区域是科技趣味互动体验区。访客在互动游戏中可以进一步了解被动房技术与零碳建筑技术的基本原理。

▲在展陈上，新技术与传统建筑技术的对比一目了然。

▲新技术气密性、隔音性提升实效展示

小结

根据IEA统计，2021年，建筑物的运营占全球最终能源消耗的30%，占能源部门总排放量的27%（8%是建筑物的直接排放，19%是建筑物中使用的电力和热能生产的间接排放）。2021年，建筑物运营的直接和间接排放量反弹至约100亿吨，比2019年高出2%，比2020年高出约5%。建筑行业特别是既有建筑低碳化改造刻不容缓。

净零度情景下全球建筑面积和建筑物能源强度的演变（2010-2030年）

北京建筑节能研究发展中心零碳建筑示范工程是住总集团技术领域的展示工程，也为北京未来实施碳中和起到引领和示范作用，为全市乃至全国以后大规模的既有建筑零碳改造和实施提供经验，对未来既有建筑零碳改造标准的制定及其他项目的实施具有指导意义。

素材来源：首都建设报、北京住总

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