零能耗建筑的电气设计与应用

1 概述

    近年来，随着环境保护和节约能源的呼声越来越高，使得零能耗建筑日益受到关注。零能耗建筑指的是建筑的零能源消耗，它通过各种节能技术的应用和节能管理水平的提高，来增强人们的环保和节能意识。

    零能耗建筑的面积通常不会太大，梭层不会太高，功能也不会太复杂，一般用于展示节能及环保等方面的技术和成果，不会具有很强的使用功能，如：生产或餐饮等功能。

    零能耗建筑是指应用到现场和用可再生能源的能量来运作的建筑，使一年中现场产生能象的净额等于建筑所必须的能源净额。由于一年里不同时间段，建筑物所需能量与通过现场光伏发电产生的能量二者并不一致，因此，零能耗建筑只有与电网交换能量才能达到净能量的平衡。

    下面以中新天津生态城——公屋展示中心项目为例，探讨有关零能耗建筑的相关技术。本项目建筑面积3467m²，其中地上两层3013m²，地下一层454m²，建筑高度15m。建筑功能为：公屋展示、销售和房管部门办公及有关档案储存等。

    本项目按照零能耗建筑进行设计，通过被动式技术使建筑物能耗达到最小，主动式技术实现设备的高效率运行，利用太阳能和地热能等可再生能源满足建筑能源的需求，达到现场零能耗的可持续性运转的示范作用。

    为实现建筑零能耗采取了两方面的技术手段：供电方面采用由光伏发电、锂电池储能等组成的微网系统；用电方面采用由各种控制技术组成的合理调节设备用能的控制系统。

2 零能耗相关技术

    对于零能耗建筑，前先要考虑保障其正常运转的能量来源，通常由太阳能光伏发电系统为其提供能源，而建筑物可以设置太阳能光伏电池板的区域非常有限，因此，选用电池板的首要问题就是确定建筑物的能耗。

    2.1 建筑能耗分析

    造筑能耗分两种，一种地广义建筑能耗，指的是从建筑材料制造、建筑施工，一直到建筑使用的全过程能耗，另一种是狭义建筑能耗，指的是维持建筑功能所消耗的能量，包括照明、采暖、空调，电梯、热水供应、烹调、家用电器及办公设备等的能耗，零能耗建筑使用的是狭义建筑能耗。

    建筑能耗分析并非简单的数值计算，它需要综合建筑物可能出现的各种复杂的用能情况。常采用IES软件对建筑物的能耗进行分析模拟，其中的建筑环境，是由室外气候条件、光照情况，室内各种热源的发热状况以及室内外通风状况所决定的。要满足建筑物的舒适及使用要求，就必须对建筑环境的变化进行相应的控制，由于建筑环境变化是由众多因素所决定，因此只有通过计算机模拟分析的方法才能有效地预测出建筑环境往有和没有控制时的能耗状况，才能较准确和全面地给出建筑物内相关设备的能耗。最后可以运用时间分类的方法对计算机、热水器等设备及各房间能耗进行分析校核，最终确定建筑物的能耗。本项目的建筑物年能耗见表1。

    表1 建筑物能耗计算分折结果

    以上的分析计算结果是在采用了主动节能与被动节能技术（如：建筑围护结构、地道风、天然光导光系统等）以后得到的。对比于新加坡一所学校的技术培训楼，其建筑面积4500m²，按照“零能耗建筑”进行改造，总能耗仅为45.8kWh/m²·a。由此可见其能耗是非常低的。