美国零能耗和零碳建筑发展简述

从美国建筑师协会的环境委员会1990年成立以及美国绿色建筑委员会1993年成立以来,美国绿色建筑的运动已约有30年的历史。能源效率是绿色建筑中最重要的单项元素,但是绿色建筑的范围超越了能源效率,包括了管理水的使用、减少对敏感环境的影响、建筑材料的可持续生产和回收、舒适的室内环境等等。这些目标在美国绿色建筑委员会的Leadership in Energy and Environmental Design(LEED)认证中得到了全面的反映。

 

 

在美国,净零能耗建筑和净零碳建筑是目前探讨较多的话题。净零能耗建筑(Zero Net Energy, ZNE或Zero Energy Building, ZEB)是指建筑消耗的能耗不大于年度产出的能源。净零碳建筑(Zero Net Carbon, ZNC)是一种就地产生或者购买足够的无碳可再生能源,以满足每年建筑运营能源消耗的高能效建筑。在技术路线上,净零碳或净零能耗建筑主要通过提升建筑自身的能效(包括通过被动式的设计、维护结构性能的提升以及高效的设备),以及产生(净零能耗和净零碳)或购买(净零碳)清洁可再生能源。美国对于净零能耗建筑认证的机构主要包括新建筑研究所(New Building Institute)和生命力建筑未来协会(International Living Future Institute)。美国绿色建筑委员会也正在研究开发零碳方面的认证。

 

1990年代的绿色建筑主要是一些针对能效提升的政府和科研建筑项目,包括新建筑研究所和落基山研究所(Rocky Mountain Institute)等组织是主要的推动方。这些建筑在当时被称为低能耗、可持续或者绿色建筑。提升室内舒适度的设计方法和科技和之前几十年现代主义建筑相同——建筑被视为密封的盒子,并通过暖通空调的方法来供热、供冷和通风。当时的能源政策也缓慢逐步的提升能效:全美国的建筑能效规范(ASHRAE标准 90.1)的1999版本的能效比1989版本提升了4%。当时没有相关的绿色建筑认证,可再生能源也尚未被市场所接纳。房地产的价值和租户的注意力很少考虑到建筑能耗或绿色建筑的因素。但是在1998年,美国绿色建筑委员会发布LEED v1.0之后,绿色建筑在美国得到了快速的发展,目前已经发布了v4.0。2000年之后,随着人们更多的关注温室气体的排放和气候变化,认识到建筑业产生了约1/3的温室气体排放,更多的人开始关注近零能耗和净零碳建筑,以降低全球建筑业的碳排放。

 

 

从2010年起,新建筑研究所开始追踪零能耗建筑的发展,将其认证的建筑划分为验证的净零能耗建筑、目标零能耗建筑和超低能耗建筑。在新建筑研究所2018年的零能耗建筑目录上,在美国和加拿大有67个经过验证的的净零能耗建筑和415个目标零能耗项目。

 

 

国际生命力建筑未来研究所自2009年成立,致力于推动全球向真正可持续发展转变。研究所主要负责生命力建筑挑战认证。这是目前世界上公认的最严格的建筑认证,要求建筑实现零能耗、零水等七项要求,国际生命力建筑未来研究所也提供花瓣认证(实现净水、能源和材料中的一项以及其他的三项要求)、零能耗认证。截至2016年底,全球有359栋建筑获得生命力建筑挑战认证,21栋建筑获得零能耗建筑专项认证。在2018年4月,国际生命力建筑未来研究所推出了净零碳建筑认证。

 

 

落基山研究所一直致力于推动低碳发展,基于创始人卢安武(Amory B. Lovins)的“柔性能源路径”(指美国对化石燃料和核能的依赖会带来环境风险,因而号召使用可再生能源,并注重节能和能效)来推动能源政策的改变。在过去的20多年间,落基山研究所参与了多项建筑能效提升的项目和政策研究,包括纽约帝国大厦的深度能源改造和美国最大的净零碳社区Almono等。

 

 

2003年,爱德华·玛斯瑞拉成立建筑2030,并发布了“建筑师导致污染”一文点燃了碳排放与建筑的话题。建筑2030随后在2006年提出了“2030挑战”,号召自2030年起所有的新建建筑实现碳中和。这一政策被美国建筑师协会、美国市长协会、美国采暖,制冷与空调工程师学会等采纳。加州政府也采纳了这一政策,要求所有住宅自2020年起、商业建筑自2030年起实现零碳。在2018年4月,建筑2030公布了净零碳建筑规范。

 

 

美国能源部(Department of Energy,DOE)一直也在推动零能耗建筑,在2006年,美国能源部和美国可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory,NREL)共同定义了四种类型的零能耗建筑,包括负载端零能耗、源头端零能耗、零账单的零能耗和零排放的零能耗建筑。2009年联邦政府签署的13514行政命令要求2020年后规划的联邦政府建筑设计应目标在2030年实现净零碳。能源部也设立了目标:在2020年建设市场化的零能耗住宅和在2025年以较低的增量成本建设零能耗商业建筑。

 

正如其他的新事物,零能耗/零碳建筑现在的数量仅占到整个市场很小的比例,在建筑数量和建筑面积上仅为个位数的比例。但是许多因素正加速零能耗建筑和社区的发展,例如国内和国际政策趋势、节能减排目标、新兴技术、感应器和LED灯具、太阳能发电价格的显著降低、能源存储、能源追踪和透明度的发展、建筑师对气候变化、综合一体和被动式的设计、以及对于零能耗建筑规范和韧性建筑的关注和兴趣。这种种因素融合快速发展,预示着建筑环境在未来十年、二十年,将会焕然一新。