襁褓中的零排放建筑市场

该住宅房屋实际能耗为零,却以可持续方式生产多余自身需要的能量,籍以抵偿整个寿命期内的温室气体排放,为用户提供全套独立的能源供应,以应对人员流动等需要。

几年前,这可能还只是环保主义者的梦想。然而,如今却是斯堪的纳维亚建筑业业主为促进自身的业务发展,致力于让这种零排放建筑(ZEB)有可能服务于现代生活方式而提出的方案。样板住宅“Multicomfort House” 具体实现了该设计方案,使工业建筑技艺、民用设备和家电技术按挪威设计的简洁和创意实现了系统化。

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房屋作为真正的商品

几百年来,一直将住宅视为象征个人和家庭社会地位的场所,但是从20世纪前半叶起,随着建设过程中引入工业化材料、技术和系统与城市规划中分区原则的确认,这种住宅观念便逐渐发生转变。

由于二次大战期间“现代运动”的兴起和战后人员流动爆炸式增长的推动,对于批量建造具有尽可能多功能、可重复使用的标准化住房模型的探索,为根据地段、面积及装饰和配置水准并从可量度的价值将住房作为真正的市场商品来考虑,提供了理论基础和现实可能。

三十多年以来,为最大限度地降低能耗推出了不少理论分析、实际方案和标准规范,同时可再生能源的推广也获得了引人注目的进展。然而,建筑行业只是近来才开始理解能源环境课题是如何构成涌现一个新颖住房范例的虽非最核心但却不可或缺的前提条件的。

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民用能源

现在,具有节能效应的建筑(包括被动型和主动型)不单在于其可持续性,而且还要求降低其运行成本。实际上,降低能耗是自主生产日常生活所需能源的前提,即独立于传统电网,并有可能腾出重要的经济资源。

譬如,利用主动式房屋生产的多余电力给电动汽车充电,从而能够使房屋业主摆脱个人和家庭用车依赖石油制品的局面。所有这一切都可以采用市场上的已有技术,而成本将越来越明显下降。

迄今所提出的问题“我如何才能减少消耗以保护环境呢”并不代表大家都知道怎么做。相反,应当想到怎样回答,日后将要提出的问题:“我怎样才能产出多余我需要的能源而我应该怎样使用这些能源呢?”

因此,被动式/主动式房屋所提出的挑战不是在于技术层面,而是在于能向其用户提供独立的能源供应的能力。

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 ZEB 就像一件纪念珍品

Multicomfort House 项目的诞生是与“零排放建筑”理念推广的商业可能性有关的思考。这个术语实际上是挪威建筑业业主对缩写语 ZEB 所作的诠释,而在这个术语解释上还有明显的混乱。这个团体中包含了:

-建材和设备装置的经销商(分别为 Optimera 和 Brødrene Dahl,这两家公司都属于 Saint Gobain 集团);

-专业研究中心(ZEB 中心,Sintef);

-设计师(Snøhetta 公司)。

显然,该项目不属于按照欧盟指令规定准则而建成的第一幢示范样板房。尽管如此,在以下几个方面仍可以发现其重要价值:

-促进按照面向质量和性能的多品牌思路,采用可持续的材料和技术;

-按照整合方式为销售提供补充服务(从设计、预制、物流,一直到供应家电和家具,等等);

-因此,就一个动态的柔性模型来讲,Multicomfort House 能适应各种实际建筑布局,目前主要用于展示宣传和教育培训。

同样值得注意的是,这是一个完全在挪威诞生并发展的创意,该国的人类发展指数全球最高,人均 GDP 全球第二,而且是全球第三大的石油出口国,天然气储量极其丰富,全国遍布水电站和风电场。于是,人们不禁要问:出于什么原因,挪威人会选择住在一幢 ZEB 房屋中呢?

答案就在众多发起人的见解之中。就强调下述比较重要的方面来讲,零碳排放(环境可持续性)是个前提条件:

- 舒适的条件,包括由户外游泳池免费供暖;

- 因采用天然建材而有益于健康;

- 采用最先进的民用技术;

- 生产的能源多于本身需要。

因此,答案就一清二楚,这是一幢具有可持续性的主动式住房,令人快乐、健康、自由还能挣钱。而“先供方案,后卖产品。”这样的信息不仅吸引了潜在用户的眼球,而且得到了整个供应链的青睐(生产商、房地产开发商、工厂企业、专业人士)。

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房子是怎样建造的

Multicomfort House 于2014年9月落成,坐落于奥斯陆西南约80公里、拉尔维克港口附近的 Ringdal 森林的边缘。 这个地区(纬度大约59° N)的特点是气候温和,降雨量适中,平均气温在16.5 °C(7月)~1.8°C (2月)之间变动,没有明显的尖峰。

房屋(有效占地面积约200m2)占据着一块矩形地块,主轴面向西北/东南并倾斜大约45°,楼体造型极其简洁,特点是唯一的屋顶坡面倾斜19°。外部入口朝向东北,进门便是一个双层高的空间,已确定作为多用途内大厅,厅内分布着全部房间:

-多用途房间(客房、书房、休闲室);

-起居室,位于整个房屋朝南最高处;

-可住人的大厨房,带隔墙、中央料理台和就餐区;

-卫生间,兼洗衣间;

-食品柜,放置于壁柜前。

所采用的结构系统主要基于预制木结构,唯一的例外是采用笼框填满石头后砌成实心墙,藉此将地块与街道及内部庭院分隔开。在现场可以应用再生材料,譬如,室外铺设地板和游泳池所用的板材就是采用回收的集装箱。

建筑设计时被告知应按被动式房屋所用的标准进行,将面积–体积比减小到最小程度,同时最大限度地提高:

-房屋外壳的隔热隔音性能(不透光的U形墙面:0.08~0.1;U形窗户:0,72 W/m2K);

-由透明立面和自然照明免费提供的太阳能贡献率;

-所用建材的热容量。

装修方式的选择结合了对外部美观和功能特点的考虑,以求获得高等级的室内空气质量。采用最新一代的家用设备(譬如 LED 灯具),并预设金具,以备以后安装高科技设备。

就水资源的管理来说,将屋顶收集的雨水贮藏在一个可以应对一年需要的小水池中,然后送至一个水箱(净化),最终泵入一个6,000L的蓄水池,用作非饮用水(供卫生间水箱冲水和绿化灌溉)。

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温室气体排放与能源

对 Multicomfort House 确定的可持续性等级定为 ZEB-OM,所对应的建筑可以抵偿与其整个使用期间和所用建材,包括与房屋拆除相关的碳排放。此等级刚刚低于 ZEB-COM,后者甚至还能抵偿建造过程中的碳排放。

计算建材碳排放是设计管理团队负责的多学科工作的主题。以年度为基准算得的总量为:

-建材:1,257kgCO2

-房屋使用:911kgCO2

可抵偿:

-2,534kgCO2, 由可再生能源(太阳光伏能和太阳热能)承担,正差异为366kgCO2

基于统一的基准,温室气体排放总量估计为6.24kgCO2/m2a。

之所以选择在屋顶安装光伏设备(150 m2;年发电量估计为19,200kWh),主要是因为该项技术的应用日渐普遍,成本适中而且总体说来无需维护。光伏阵列配有一个蓄电池(48V;600Ah),既可覆盖夜间用电需求,又能在白天用电高峰接受电网供电。

借助以下设备,满足供暖(鉴于气候条件,不考虑制冷系统)和生产卫浴热水的需求:

-一台地热泵(3kW;COP>5),按照交替使用地热井和地热探头的考虑布局,并为控制机械通风配置集成系统,从而覆盖了约80%的供热需求;

-  一个配备了平板集热器的太阳热能收集场(16m2),设置在屋顶中央带上。

产出的热水贮藏在一个400 l的水箱里,送向敷设在整个底层辐射地板下面的回路和二楼的浴室,以及位于底层空间和二楼的中央位置的两个大暖气片。

蓄热水箱与来自卫生设施(盥洗盆、淋浴器)和家用电器的中水余热回收装置相连接,藉此对卫浴热水预热。家用电器还向洗碗机和洗衣机供给热水:这种选择的确增加了卫浴热水的消费,但是也减少了家电的电力消耗。

如果太阳热能设备的贡献率不足(阴天天数过多)或正在夏天(地热泵关停),若需要补充热能,可利用装入换热器(效率85%)下游的VMC(机械通风)装置排出管道内的一台小功率水 – 空气热泵解决。

VMC 装置还配备了一个蓄热装置,直接连接地热回路,其作用有两个:冬天防止换热器过度冷却,夏天能够冷却进风。必须指出,热能消费也包括了对游泳池水的加热(40 m2面积)。

关于设备管理系统,采用 KNX 标准,适用于远程可控的基于网络的系统(web-based system),也可使用便携式终端设备。表1所列为按年计算的能源生产和消费数据。

表1 –每年能源生产和消耗

预算 所需功率(kWh)  能源生产(kWh)
冬季取暖 3.870 -
机械通气(加热) 366 -
热水 6.445 -
家电+照明+更多 5.581 -
电动车(12,000公里/年) 2.040 -
排放量(建材)* 6.165 -
排放量(PV 模块)* 3.363 -
电力(光伏组件) - 19.200
热能(可再生能源) - 6.140
从回水热回收 - 3.222
总数 27.830 28.562
差异 732

*转换系数:0.132kgCO2/千瓦时。

根据披露的数据,供暖和机械通风的年能耗等于卫浴热水所需量的65.7%,而中水余热回收装置却能承担相应热负荷的一半左右。

在住宅中利用家电配合卫浴热水管网供给的场合,这种系统可能极其高效,即使在纬度较高的地方,尤其是组合了第二台热泵,在夏季回收 VMC 装置的热量。

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