城市办公室环境中的零能源事项为何

城市商业办公楼在全球能源消费和温室气体排放中占很大份额。 随着城市扩张和气候目标收紧,零能源建筑的设计不仅成为环境必须,而且成为财政和监管的必备条件。 零能源办公楼的能源消耗量与一年的能源消耗量相同,典型的办法是通过现场可再生能源和极端高效措施。 在土地稀缺和电网紧张的密集城市环境中,要实现这一平衡,需要创造性的建筑和工程解决方案。 除了碳减排,零能源建筑还能提供较低的运营成本、更好的占用舒适度和抵御能源价格上涨的复原力。

城市零能源设计的基本原则

城市零能源设计依赖于三个相互关联的战略:通过被动措施减少能源需求,用现场可再生能源满足剩余负荷,用智能控制优化运行性能。 每一个战略都必须适应一个建成环境的制约。

被动设计为第一防线

在增加任何可再生系统之前,该建筑必须减少其能量的胃口。 在城市办公场所,这首先要从建筑导向、玻璃比和热量开始。南-南半球的外观可以捕捉冬季太阳,而遮蔽装置则挡住夏季热量。高性能的三层玻璃加低层涂层可以减少热量转移。自然通风策略,如堆叠效应或风向交叉通风,可以显著地削减机械冷却负荷。例如,阿姆斯特丹的 Edge(在北半球)使用一个智能的阁楼,将阳光照射深达地板,同时允许被动空气运动。

超绝缘建筑信封

在城市塔楼中,信封必须既能对抗冬季的热量损失,又能抵御夏季的太阳增收。持续绝缘、热断面和空气密封细节至关重要。绿色屋顶和活墙在减轻城市热岛效应的同时会增加绝缘。信封还影响日光:动态玻璃或电色窗户可以自动发烧以减少光泽和冷却负荷。西雅图的[]气压中心(Bullittt Center)使用厚绝缘和三层玻璃窗实现一个R-40信封,尽管它坐落在紧的城市地区。

紧缺城市可再生能源一体化

屋顶面积有限,邻近的塔楼也遮蔽了光伏,因此光伏具有挑战性。 但是,建筑综合光伏、垂直太阳能机床和社区太阳能订阅等创新可以克服这些限制。 城市由于动荡和噪音,现场风力涡轮机很少可行,但小型垂直轴涡轮机可能用于高楼铺设。地热泵利用建筑或停车结构下的井眼阵列,提供高效的供热和冷却,而无屋顶空间。例如,挪威的[Powerhouse Kjørbo[ 电源电源电源系统使用屋顶光伏和地热,使电源变得具有能量阳性。

能源储存和网格相互作用

城市ZEB常与电网连接以进行备份,但电池存储使其可以将太阳能生产转移到晚高峰负荷. 智能反转器和需求响应控制使建筑能够在电网压力下出售多余的能量或减少抽取. 在密集区,微电网可以连接多个零能建筑,共享发电和存储资源.

智能建筑技术促进最佳性能

零能操作需要学习和适应的建筑物管理系统(BMS ) 。 占用感应器、CO2监测和预测算法可以实时调整照明、HVAC和阴影。例如,Edge使用28000传感器跟踪从办公桌使用到能源消耗,减少浪费的一切情况。IOT启用的插头负载可以自动为未使用设备供电。这类系统还可以提供连续调试的数据,确保建筑物保持在目标位置。

充电和现场能源发电

城市办公室越来越多地包括EV充电站,而电荷站成为主要负荷。 设计零能办公室必须通过过度压缩光电或整合使用汽车电池作为存储的双向充电器来进行。 旧金山的[零净能改造[显示现有建筑如何可以增加光电和电池系统来抵消EV充电需求。

城市零能源优秀案例研究

阿姆斯特丹边疆

绿地通常被称为世界上最绿色的办公室,它实现了BREEAM杰出和近零能源状态。 它的南面外观覆盖着1000平方米的太阳能板,北面的外观则使用透明的板子来带来日光。 一个热电(CHP)联合工厂(后来被光电升级取代)和含水层热储存满足了剩余热和冷却需求。 大楼的能量比计算可再生能源时消耗的能源还要多。

新加坡下城Oasia酒店

新加坡热带高楼办公楼和酒店大楼使用21种爬行器组成的“活面 ” , 遮蔽大楼,冷却微气候。 多个层次的天空花园促进自然通风,并提供室外舒适空间,而不会增加楼面面积。 大楼的能源使用强度比典型的新加坡办公楼低30 % 。

马里兰州Unisphere

这座位于郊区城市群的13万平方英尺的办公楼通过将地热井田、屋顶光电(占能源使用量的70%)和高效的封套结合起来,实现了净零能源认证。 它的设计表明,即使在混合用途的城市环境中,零能源也是可行的,而不会牺牲美学。

克服典型的城市挑战

遮蔽和太阳能存取

在密集的市中心,相邻的塔楼可以将太阳能潜力降低20–40 % 。 设计者必须在设计过程中早期使用太阳能接入研究。 解决方案包括优先使用南楼顶区域,在东西两侧使用BIPV,或者签订电源购买协议(PPAs)以弥补缺电。

分区和监管支架

许多城市仍然有过时的规范限制信封性能或需要停车. 温哥华和纽约等进步的法域已经通过了零能源建筑规范用于新建工程. 早期与规划当局和绿色建筑理事会的合作可以简化审批并找出奖励措施.

第一次成本和寿命周期经济学

零能源建筑的初始成本通常要高5—15 % , 这主要是由于信封和可再生能源的增强。 然而,生命周期成本分析显示,公用事业费减少、租金提高和财产价值增加等净节余。 绿色融资、税收抵免和碳定价(如纽约97年地方法)每年都会让企业更强大。

未来展望:走向零碳之路

下一个前沿是零碳,碳从材料和建筑中增加了碳。 城市零能办公室将越来越多地使用大量木材或再生钢材等低碳材料。 需要对所有系统(加热、冷却、烹饪)进行电气化,同时从电网中获取100%的可再生能源。 透明的太阳能窗口和垂直风力涡轮机等技术正在进步。 到2030年,许多城市计划为所有新的商业建筑规定近零能源,使这些早期采用者的经验教训对整个工业至关重要。

城市零能商业办公楼的推进不仅仅是一种趋势 — — 这是一种必要的转变。 有了综合设计、创新技术和对绩效的承诺,城市可以率先创造既能产生生产力又能再生的工作空间。