新加坡国立大学（NUS）设计与环境学院
随着对可持续生活方式需求的增加，城市正在尝试创建环境友好型社区。从被动设计到再生材料，建筑师也在将注意力转向气候友好中性，并试图通过建筑和设计找到解决方案。
专家预测，到2030年如果全球温升相比1750年工业革命前超过2摄氏度，至少将有4万亿美元的资产处于危险之中，另有1亿人陷入贫困。
城市占全球二氧化碳排放量的70％以上。这些排放中约有一半来自建筑物在照明、电力、供暖和制冷方面所消耗的能源。此外，到2030年，新兴经济体的城市将占全球能源使用增长的大部分。
为了使全球温升保持在2摄氏度以下，到2050年世界上的每座建筑物，每个家庭、办公室、学校、工厂都应该实现净零碳排放。
这比绿色发电和绿色运输都更具有挑战性。如今，全球总计大约17亿座建筑物中，很少有净零碳建筑。为了改变这一状况，在2019年9月召开的2019年联合国气候行动峰会上各国领导人发起了一项名为“全民零碳建筑”的全球倡议。包括肯尼亚、土耳其、阿拉伯联合酋长国和英国在内已致力于在其国家和地方政府中推广2030年使所有新建筑物碳净排放量为零的政策，以及到2050年使现有建筑物的碳净排放量为零的政策。
去年，世界绿色建筑委员会（WorldGBC）为房地产开发商、城市和地区发起了一项类似的倡议，即净零碳建筑承诺。
什么是净零碳建筑（ZCB）？
世界绿色建筑委员会（World Green Building Council）定义的净零碳建筑（Zero Carbon Buildings ，ZCB）是“高效节能的建筑，完全由现场和/或场外可再生能源提供动力。”因此，对于这些建筑物，能源消耗被产生的可再生能源所抵消。为了达到《巴黎协定》设定的最高标准，许多国家和城市已经明确设定了净零碳建筑物的目标。
研究表明，减少建筑物能源需求是解决气候变化最经济有效的方法。ZCB还有更多的好处，如改善居民和工人的健康状况和生活质量。
零碳建筑的五个关键组成部分|世界绿色建筑委员会
零碳之路
减少建筑环境造成的碳排放需要有很明确的措施。目前尚未出现建筑环境碳排放任何大幅的同比减少，除非政府采取体现新标准、激励措施和惩罚措施的新政策，否则利益相关方不太可能致力于减少建筑环境的碳排放。
为新建筑设定零碳目标将是实现真正减排的明确而大胆的一步，许多城市和地区正在朝着这一目标努力。
但是，根据来自能源绩效证书（EPCs）的数据以及来自实际建筑物的监控数据，可以看出采用净零碳排放存在三个问题：
1.预测的加热能源需求与实际能源使用之间存在性能差距；
2.能源需求高峰（冬季取暖）与可再生能源发电高峰（夏季为太阳能光伏，秋季和冬季为风）之间存在季节性差异。这表明需要进行季节间储能，但将会导致储能损失；
3.通过国家电网可以部署和管理的可再生能源是有限度的。
这些问题的结果是，一个名义上零碳的房屋，二氧化碳排放量却不会为零，每年仍会排放18千克二氧化碳/平方米，而英国平均68平方米的新房屋将需要28块太阳能电池板才能真正实现净零排放，远远超过其可用的屋顶空间。
将其推广到全球范围内，则根本无法实现这种零碳模式，因为增加电网容量、存储容量以及支持此目标所需的可再生能源发电的空间和成本在大多数国家根本无法实现。
相比之下，同等的被动式房屋仅需要14个太阳能电池板，从而大大减少了对电网和存储设施的需求，并将所需的可再生能源发电量减少了一半。因此，减少热能需求是现实中实现零碳住宅的唯一实用方法。
如果将零碳“边界”扩展到国家水平，将新房屋的能耗效率水平提高到采用被动式技术的水平，则可以实现净零碳运营环境。
采用被动式技术的零碳建筑与传统建筑对比
如上图所示，建筑物需要能量为居住者提供一个宜居的环境。尽管我们可以采取措施提高能源使用效率，但永远无法将实际使用量减少到零。因此，要实现净零排放，我们需要使用可再生能源衍生的能源来抵消实际的能源使用量。这似乎使零碳变得简单明了——所有可控和不可控的能源消耗必须由可再生能源来提供。
但是，我们使用多少碳还与我们使用哪种类型的能量以及该能量的产生方式有关。英国的国家战略是通过引入更多的可再生能源来使电网“脱碳”。这已经使得目前电网的碳排放因子由2020年的0.519KgCO2 / kWh 降到0.233KgCO2 / kWh。这几乎等于天然气的碳排放因子0.210KgCO2 / kWh。
与直流电相比，热泵将使供暖和热水的实际电力消耗至少减少一半。因此，似乎简单地从燃气切换到热泵，以及利用电网脱碳，就可以显著减少碳排放。这足以使我们接近零碳吗？
下表显示了按照英国建筑法规标准建造的68平方米房屋的年度能源需求明细，该房屋首先使用燃气锅炉提供供暖和热水（当前状况），然后在同一座房屋中使用采用2020年碳排放因子的空气源热泵。然后将这些能源需求与16个太阳能电池板的发电量相抵消。
新建建筑的平均能源需求-当前状况以及2020年以后的空气源热泵（ASHP）
我们是在谈论碳排放还是能源？
当然，我们的目标必须是减少碳排放，但仅关注排放而不关注能源效率可能会导致错误的决策。随着与不同能源相关的碳因数的变化，建筑物产生的碳排放量可能会随时间变化。随着供应国家电网的能源的变化，这些变化可能会长期（几年）或短期（小时）变化。所使用的建筑物服务的类型也对产生的排放水平产生重大影响，在建筑物的生命周期中，升级和更换各种建筑物服务系统将改变与建筑物使用有关的碳排放量。因此，基于几个假设，准确地测量和预测碳排放就变得很复杂，而且随着时间发展，这些假设变得越来越不稳固。
相比之下，建筑物的能源需求将在其整个运营周期中保持相对稳定，如果首先将建筑物的能源需求降到最低，那么碳减排数据将有显著改善。由于这些原因，应当把能源使用作为主要指标，但在适当的情况下将其与碳排放量联系起来。
新建筑设计要求
净零碳的关键是所谓的深度能效。这是一种整体建筑方法，其中将设计和建筑，包括隔热和窗户的建筑材料，供暖、制冷、电力和空气交换设备全部集成在一起，能够将能耗降低50％到75％，甚至更多。
•利用建筑物的设计来最大程度地利用自然光。
•安装遮阳板，以减少夏季的太阳热量吸收，并在冬季使热量最大化。
•在建筑物周围安装新的高性能气密性围护结构，或者升级现有的结构。
•增加和改善建筑物墙壁的地板和屋顶的隔热性能。
•减少整个建筑物的热桥。
•通过安装三层或双层玻璃，优先考虑朝北和裸露的外墙，最大程度地减少窗户的热量散失。
•安装机械通风热回收（MVHR）系统，以确保用户舒适并减少热量损失。
•确保所有必需的照明设备都使用LED节能灯。
•确保所有灯光均由被动红外（PIR）传感器控制
•在适当的外墙和朝南的屋顶上安装太阳能PV或太阳能热能。
•利用SMART控件。
•拆除燃气锅炉，并使用空气或地源热泵为建筑物供热。在无法做到这一点的地方，安装带有烟气热回收器的高效锅炉。
•拆除燃气用具，并用电代替。
•安装屏幕将能源使用可视化，鼓励乘员的行为改变。
•通过选择材料，技术以及进行翻新的方式来减少翻新中包含的碳。
•翻新现有家具，并确保所有新家具的质量一直保持到2036年，并且易于内部维护。
•安装并利用雨水收集装置。
•安装绿色屋顶或无障碍屋顶花园。
•在住宅建筑物中，设计更大的公共空间。仅在公共场所提供电视和娱乐设备，以减少能源需求。
•安装可收集动能并利用其为建筑物供电的健身器材。
•确保至少使用一年后的质量评估（POE）。
翻新设计要求
现有建筑物的类似方法称为“深层能源改造”。在住宅中，这种改造可能包括：
•尽可能利用建筑物的设计，以最大程度地利用自然光。
•在建筑物周围安装新的高性能密闭围护结构，在无法做到的情况下，升级现有结构，同时保留其特征。
•增加和改善建筑物的墙壁，地板和屋顶的隔热效果。
•减少整个建筑物的热桥。
•拆除原有窗户，通过安装三层，双层或二级玻璃窗，可最大程度地减少窗户的热量散失。
•安装机械通风热回收（MVHR）。
•确保所有所需的照明均使用LED节能灯。
•确保所有灯都由被动红外（PIR）传感器操作
•拆除燃气锅炉，并使用地面或空气源热泵为建筑物供热。在无法做到这一点的地方，安装带有烟气热回收器的高效锅炉。
•尽可能利用太阳能光伏和太阳能热能。如有必要，可以安装在外墙后面以保持建筑物的外部美感。
•安装电池仓。
•利用SMART控件。
•安装屏幕以可视化显示用户的能源使用情况，以鼓励改变行为。
•通过选择材料，技术以及进行翻新的方式来减少翻新的内含碳。
•翻新现有家具，并确保所有新家具都是高品质的，使用可持续采购的材料建造至2036年，并且易于内部维护。
•安装和利用雨水收集装置。
•尽可能创建屋顶花园或绿色屋顶。
•在住宅建筑中，将建筑设计为公共空间。仅在公共场所提供电视和娱乐设备，以减少能源需求。
•确保至少使用一年后的质量评估（POE）。
纽约帝国大厦
纽约市标志性建筑，帝国大厦于2009年进行了深层能源改造，通过八项简单的节能措施，将能源消耗削减了近40％，每年节省了440万美元的能源成本，这意味着仅用三年就可以抵消翻新费用。
要在2050年之前使所有建筑物碳净排放为零，需要大量增加翻修次数。根据全球房屋建筑联盟的统计，目前，每年只有不到百分之一的现有建筑进行不同类型的翻新。为了达到2050年的目标，每年需要至少增加百分之三。
建筑物对气候变化的影响一直被忽视，我们应当系统规划，通过从建筑设计师到住户的每一个人的共同努力，让建筑加速走向净零碳排放，为实现30-60目标做出贡献。
