CABR 近零能耗示范建筑

CABR 近零能耗示范建筑为中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院办公会议楼,也是中美清洁能源联合研究中心在我国寒冷气候区的唯一示范工程,并由两国相关部委正式授牌确认。示范建筑集成展示世界前沿的建筑节能和绿色建筑技术,以近零能耗为目标,以实际能耗数据为评价,探索开展中国近零能耗建筑工作。

CABR Nearly Zero Energy Building (NZEB) is the office building for Institute of Building Environment and Energy (IBEE) of China Academy of Building Research(CABR), it is also the only demonstration building under US-China Clean Energy Research Center (CERC) in the cold climate zone of China with official acknowledgement from both governments. The project integrated cutting edge building energy conservation technologies and disclose real-time operation data for evaluation, striving to achieve the goal of nearly zero energy and promote NZEB development in China.

项目介绍

CABR 近零能耗示范建筑地上4层,建筑面积4025 平方米。本项目为中国建筑科学研究院自己持有、设计、建造、使用和运营管理。2013 年2 月起,由中美双方30 余位专家联合研究、设计、建造,于2014 年6 月投入使用。

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图1:CABR近零能耗示范建筑 

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近零能耗建筑在中国首个示范项目

近零能耗建筑在欧美发达国家已成为建筑节能发展的最新趋势。自2000 年以来,多个发达国家先后提出了(近)零能耗建筑或类似定义并开展相关技术研究,并在政府指令、技术发展目标等文件中做出中长期规划。中国建筑节能工作至今发展近30 年,需要树立更高、更远的目标,零能耗建筑的研究正在逐步有序开展。本项目正是该理念在中国首先践行的实例。

表1:部分欧洲国家近零能耗发展目标

近零能耗建筑与绿色建筑相比,更加关注能源在建筑中的利用效率,通过高性能建筑围护结构、高效建筑用能设备、可再生能源的综合利用以及智能化的运行管理,达到建筑用能的超低限值。

本示范项目旨在打造目前最高水平的建筑节能与绿色建筑技术的高效集成与示范应用。与现有常规建筑相比,示范建筑提出明确的能耗量化指标,并承诺向公众实时公开能耗数据:“全年空调、采暖和照明能耗低于25 kWh/m2,冬季不使用化石能源供热、夏季供冷能耗降低50%、建筑照明能耗降低75%”。这对项目的设计、建造和运营提出了极大的挑战。

 

指标类型Type of Indicator 指标Indicators 目标值Target 说明Description
一般指标General indicator 面积 floor area 4025 m2 容纳180人
层数 floor 主体4 层,局部2层 4F, partial 2F
认证等级 certification GBL 3 starLEED Platinum

Energy Star 95+

能源指标Energy indicator 能耗水平energy consumption 25 kWh/m2year 含采暖、空调、照明heating, cooling, and lighting included.
节能率 Energy saving >85%
最大空调功率cooling power index 30~40 W/m2
最大供热功率heating power index <15 W/m2
可再生能源替代率(电)renewable energy Ele. 2%
可再生能源替代率(冷)renewable energy Clg. 40%
照明功率密度 LPD Reduce by 60%4 W/m2
资源指标Resource indicator 节水率 water saving 50%
非传统水源利用率unconventional water use 30%
可再循环材料利用率recyclable material 15%
舒适度指标Comfort indicator 温度Temperature 20~26oC
湿度 RH 35%~60% 非自然通风、工作时间
PM2.5 35 μg/m3
CO2 800 ppm 非自然通风、工作时间
VOC harmless
其他指标Others BA points 检测点数量 1500点
wifi覆盖 100%

高性能围护结构

项目设计原则为“被动优先,主动优化,经济实用”。其被动式设计体现在降低建筑体型系数、采用高性能围护结构体系及无热桥设计、保障气密性等方面。

围护结构采用超薄真空绝热板,将无机保温芯材与高阻隔薄膜通过抽真空封装技术复合而成,防火等级达到 A 级。导热系数0.004 W/m·k。外墙综合传热系数不高于 0.20 W/㎡·k。

示范楼采用三玻铝包木外窗,内设中置电动百叶遮阳系统,传热系数不高于1.0 W/㎡·k,遮阳系数小于0.2。四密封结构的外窗,在空气阻隔胶带和涂层的综合作用下,大幅提高门窗气密、水密及保温性能。中置遮阳系统可根据室外和室内环境变化,自动升降百叶及调节遮阳角度。

制冷采暖系统运行方案

示范楼的能源系统由一个基本系统和一个选择系统组成。基本系统用于保证项目的基本制冷及供热需求,选择系统则是科研性的,用于展示和实验。

示范楼的夏季制冷和冬季采暖采取太阳能空调和地源热泵系统联合运行的形式。屋面布置了144组真空玻璃管中温集热器,结合2组可实现自动追日的高温槽式集热器,共同提供项目所需要的热源。项目设置1台制冷量为35 kW的单效吸收式机组,1台制冷量为50 kW的低温冷水机组用于处理新风负荷,另一台100 kW的高温冷水地源热泵机组为辐射末端提供所需冷热水。项目分别设置了蓄冷、蓄热水箱,可以有效降低由于太阳能不稳定带来的不利影响,并实现夜间利用峰谷电价蓄冷后昼间直接供冷。

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图2:示范项目夏季能源走向

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图3:示范项目制冷机房3D 设计

在水冷多联空调机组等常规空调末端之外,二层和三层采用温湿度独立控制空调系统,房间内分别采用顶棚辐射和地板辐射。溶液除湿新风系统设置全热回收,新风经集中处理后送入室内,负责处理室内潜热负荷和部分显热负荷。室内辐射末端负责处理主要显热负荷,冷热水温度可以得到一定程度的优化,这样在保证良好空气品质的同时,实现了建筑室内环境的高舒适度和系统整体节能。

智能控制与监测系统

项目屋顶设有光导管,通过采光罩高效采集室外自然光,从黎明到黄昏室内均可保持明亮。照明大量用高效 LED 灯具,光效高达116 lm/W,并配置高度智能化的控制系统,与占空传感器、照度传感器和电动遮阳百叶联动,可室外日照和室内照度的变化,调整室内光源功率,在降低室内负荷与利用自然采光之间寻求节能空间。项目还展示了国际领先的 PoE 互联照明概念,采取IEEE 802.3AT 协议,利用 CAT5 网线同时实现供电与控制两项功能,照明控制软件也具备照明能源管理功能。

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图4:互联照明供电与控制功能

室内设有多种环境控制装置,用户可以根据需求进行调节。通过分布在建筑内的近一千个传感器和分项计量装置,可以实时将运行数据传输至中央控制器,最终汇集到建筑能源管理平台。在这里,通过数据的统计和分析,可以实现对系统故障的迅速反应和准确定位。先进的楼宇控制系统,集成包括能源管理、照明控制、气象站在内的多个平台,实现建筑能源系统的集中管理和高效运行,为实现建筑节能保驾护航。

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图5:智能建筑系统集成

运行管理

项目运行时需要面对针对性管理及促进行为节能的调整,如员工需适应辐射空调降温慢和夏季存在结露风险的特点。为此管理部门特意编制了示范楼使用手册,强调节能运行和管理,设置了多款“强条”,如空调开启时杜绝开窗,室温设置限制,和人走灯灭等要求。

经过近半年的运行实验和调整运行策略,初步能耗数据显示示范楼正在不断接近制定的能耗目标。

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图6:示范建筑2014年能源分析占比

 

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