重新思考凈零碳建筑的能源規(guī)范模式 | 專家視點(diǎn)

本文作者：Michael Waite 博士，主要從事與建筑能源脫碳相關(guān)的研究，并指導(dǎo) ACEEE 的能源規(guī)范工作。

更新建筑能源法規(guī)是提高能源效率的關(guān)鍵政策工具，但要實(shí)現(xiàn)雄心勃勃的氣候目標(biāo)，就需要法規(guī)關(guān)注溫室氣體排放，而不僅僅是能源使用。在美國(guó)，聯(lián)邦政府將撥款6.7億美元用于實(shí)施零能耗法規(guī)，各州和地方政府將很快獲得財(cái)政支持。

由于美國(guó)各州和司法管轄區(qū)通常不會(huì)制定自己的法規(guī)，而是采用示范法規(guī)。因此，重新思考示范能源法規(guī)對(duì)于幫助全國(guó)各州和司法管轄區(qū)減少建筑排放是必要的。在這篇文章中，我們將研究這些規(guī)范的一些技術(shù)方面，以使它們朝著減少排放的方向發(fā)展，從而使我們走上零碳建筑的道路。

美國(guó)采暖、制冷和空調(diào)工程師協(xié)會(huì)(ASHRAE)為三層以上的商業(yè)和公寓建筑制定了基準(zhǔn)模型能源規(guī)范，稱為ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)90.1。對(duì)于三層以下的住宅建筑，基準(zhǔn)模型能源規(guī)范是國(guó)際規(guī)范委員會(huì)的國(guó)際節(jié)能規(guī)范(IECC)。ASHRAE已承諾在其2031年版本之前實(shí)現(xiàn)凈零碳90.1模式規(guī)范，國(guó)際規(guī)范理事會(huì)設(shè)有能源和碳咨詢委員會(huì)，為IECC的發(fā)展提供信息。為了實(shí)現(xiàn)他們的氣候目標(biāo)，ASHRAE和國(guó)際規(guī)范委員會(huì)是時(shí)候?qū)δＰ鸵?guī)范及其制定過(guò)程進(jìn)行必要的修改了。

實(shí)現(xiàn)凈零碳規(guī)范的原則

效率、電氣化、靈活性、可再生能源和解決非能源相關(guān)的建筑排放對(duì)于凈零碳模型能源法規(guī)至關(guān)重要。在即將召開(kāi)的全國(guó)能源規(guī)范會(huì)議上，我將細(xì)化每一項(xiàng)原則的作用，并與規(guī)范界的同事們合作，但最終，脫碳模型能源規(guī)范將需要通過(guò)共識(shí)規(guī)范開(kāi)發(fā)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。

能源規(guī)范必須適用于全國(guó)各地，因此它們必須是有效的、可采用的和可執(zhí)行的。四項(xiàng)大原則應(yīng)該指導(dǎo)我們朝著凈零規(guī)范的方向前進(jìn)：

效率第一：建筑能源規(guī)范最初是為了降低公用事業(yè)客戶的成本而制定的，如果規(guī)范轉(zhuǎn)向關(guān)注排放，這仍然是必不可少的。此外，提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)效率可以減少暖通空調(diào)設(shè)備的尺寸，并可以緩解可能需要新的發(fā)電、存儲(chǔ)和輸送基礎(chǔ)設(shè)施能力的供暖驅(qū)動(dòng)的新電力峰值。

有益的電氣化：隨著電網(wǎng)向可再生能源過(guò)渡（如下圖所示），目前建筑物中使用的化石燃料將在很大程度上需要被電熱泵取代，這是空間和熱水脫碳的最具成本效益的方式。為了使電氣化有益，它必須主要依靠熱泵而不是昂貴的電阻加熱來(lái)提高效率。我們特別需要確保低收入和中等收入家庭和出租房屋不會(huì)被電阻加熱所困，因?yàn)殡娮杓訜岬牡颓捌诔杀臼蛊鋵?duì)建筑商和房東具有吸引力。

具有代表性的美國(guó)電網(wǎng)隨時(shí)間推移的空間加熱溫室氣體排放（ACEEE 基于NREL的Cambium模型和 EPA能源之星最低效率住宅設(shè)備的計(jì)算）

靈活性：雖然需要保留最低能效要求，但規(guī)范應(yīng)在建筑物如何實(shí)現(xiàn)更深入的減排方面提供靈活性。由于模型規(guī)范旨在在全國(guó)范圍內(nèi)應(yīng)用，因此它們需要認(rèn)識(shí)到電網(wǎng)、可再生電力增長(zhǎng)率的區(qū)域差異，以及最低排放方法可能因建筑物而異。例如，在一些寒冷的氣候中，隨著熱泵技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)和電網(wǎng)變得更清潔，可能有理由通過(guò)補(bǔ)充燃料來(lái)滿足一些高峰供暖需求。新興技術(shù)也可能發(fā)揮作用，例如儲(chǔ)存熱量（稱為熱能儲(chǔ)存或 TES）、最佳使用現(xiàn)場(chǎng)太陽(yáng)能的電池、電網(wǎng)交互控制以更好地利用通過(guò)電網(wǎng)的風(fēng)能和太陽(yáng)能供應(yīng)，以及潛在的低碳替代燃料。

靈活性還可以為各地區(qū)提供一個(gè)框架，以便隨著時(shí)間的推移過(guò)渡到凈零碳規(guī)范。盡管如此，仍可能需要通過(guò)在規(guī)范中提供直接的合規(guī)選項(xiàng)、外部技術(shù)援助以制定特定位置的路線圖以及改善各地區(qū)之間的合作來(lái)提供支持。

用可再生能源和隱含碳抵消剩余排放：在電網(wǎng)完全脫碳之前，即使是最低能耗的全電力建筑也不是零碳。迄今為止，現(xiàn)場(chǎng)可再生能源或?qū)Ｓ糜谠摻ㄖ漠惖乜稍偕娏?gòu)買協(xié)議已經(jīng)抵消了與仍然依賴一定數(shù)量化石燃料發(fā)電的電網(wǎng)電力相關(guān)的排放。然而，隨著建筑能源使用的脫碳，與建筑相關(guān)的溫室氣體排放量中更大一部分將來(lái)自隱含碳——來(lái)自材料提取、制造、運(yùn)輸、施工、使用、維護(hù)和維修以及廢棄拆除的排放和廢物處理。

從歷史上看，美國(guó)能源效率經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(ACEEE)對(duì)將隱含碳納入已設(shè)定最低效率要求的能源法規(guī)猶豫不決。有關(guān)建筑材料和系統(tǒng)隱含碳的可靠數(shù)據(jù)有限，因此很難將隱含碳與能源使用相關(guān)排放（或運(yùn)營(yíng)碳）進(jìn)行比較。隨著不斷努力改善這一數(shù)據(jù)，以及越來(lái)越多的州對(duì)歷史上高碳材料采取“購(gòu)買清潔”政策，我提出了能源法規(guī)的起點(diǎn)：讓我們考慮將具體的碳減排作為一種選擇，同時(shí)考慮專用的現(xiàn)場(chǎng)或場(chǎng)外可再生能源，以彌補(bǔ)為建筑服務(wù)的電網(wǎng)脫碳過(guò)程中的一些中期排放，如下圖所示。未來(lái)對(duì)具體碳規(guī)范條款的擴(kuò)展將建立在能源規(guī)范的初步努力和其他建筑規(guī)范的并行努力的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)之上。

專用可再生能源和隱含碳以實(shí)現(xiàn)凈零排放

向基于排放的凈零碳規(guī)范邁進(jìn)需要額外的資源

雖然上述原則指導(dǎo)著我們，但從以能源為中心的規(guī)范向以碳為中心的規(guī)范過(guò)渡，并實(shí)現(xiàn)與這些原則一致的凈零碳能源規(guī)范，需要進(jìn)行重大的流程調(diào)整和支持分析。

標(biāo)準(zhǔn)化碳量化：量化溫室氣體排放有許多不同的方法。ASHRAE和國(guó)際規(guī)范委員會(huì)正在聯(lián)合開(kāi)發(fā)一種新的標(biāo)準(zhǔn)方法，即Standard 240P，用于量化建筑物在生命周期內(nèi)的溫室氣體排放，這是一個(gè)很有前途的發(fā)展。這一進(jìn)程于去年12月啟動(dòng)，它有一個(gè)雄心勃勃的時(shí)間表，需要滿足，以確保它是評(píng)估和比較未來(lái)版本ASHRAE 90.1和IECC減排條款的有效工具。

碳減排信用：最新的模型能源法規(guī)包括超出最低要求的效率選項(xiàng)菜單，建筑商必須選擇一套措施來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的總效率水平。模型法規(guī)將需要擴(kuò)展或修改此方案，以便針對(duì)不同的建筑類型、氣候和電網(wǎng)區(qū)域?qū)Ｗ⒂跍厥覛怏w減排措施。為了簡(jiǎn)化相對(duì)簡(jiǎn)單建筑物的合規(guī)性，模型法規(guī)應(yīng)包括用于常見(jiàn)建筑類型的符合規(guī)定的這些碳減排措施的套餐。此外，法規(guī)內(nèi)還可能需要指導(dǎo)，以確保這些套餐的預(yù)期性能水平，例如針對(duì)高效全電或雙燃料建筑。

更新原型能源模型：作為美國(guó)能源部建筑能源規(guī)范計(jì)劃的一部分，太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室維護(hù)著一套原型建筑模型，使用計(jì)算機(jī)模擬來(lái)評(píng)估 90.1 和 IECC 變更的節(jié)能效果。原型模型集旨在比較能源使用的總體變化；需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)展，以便比較潛在法規(guī)變更的排放影響，包括比較基于化石燃料的系統(tǒng)和基于電力的系統(tǒng)。目前正在針對(duì)每個(gè)氣候區(qū)域的代表性城市評(píng)估原型模型，但需要擴(kuò)展以考慮區(qū)域電網(wǎng)排放（例如，環(huán)境保護(hù)局的eGRID 子區(qū)域或 NRELCambium模型區(qū)域）。

新的隱含碳基準(zhǔn)模型：沒(méi)有等效的隱含碳原型模型，盡管至少有一些建筑物正在努力開(kāi)發(fā)它們，并且有幾種工具可用于評(píng)估建筑物的整個(gè)生命周期排放。需要隱含碳原型模型來(lái)評(píng)估隱含碳減排措施和針對(duì)個(gè)別建筑類型和整個(gè)建筑存量的規(guī)范建議。為了比較運(yùn)營(yíng)排放和隱含排放，模型需要全面、能夠代表當(dāng)前的低碳設(shè)計(jì)實(shí)踐，并基于可靠且可比較的數(shù)據(jù)源。

協(xié)作：我們需要跨系統(tǒng)集成以實(shí)現(xiàn)整棟建筑的減排，無(wú)論是通過(guò)管轄區(qū)的可選條款還是在基本規(guī)范中。在規(guī)范開(kāi)發(fā)委員會(huì)的背景下，這將意味著跨專注于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、HVAC設(shè)備和其他系統(tǒng)的小組委員會(huì)開(kāi)展工作。雖然 IECC 和 ASHRAE 90.1 委員會(huì)都做出了這樣的承諾，但我們現(xiàn)在需要采取行動(dòng)，使我們走上凈零碳規(guī)范的道路。

這些步驟將有助于確保各地區(qū)擁有所需的模板規(guī)范，以有效實(shí)施符合其氣候目標(biāo)的先進(jìn)規(guī)范，并利用當(dāng)前和即將到來(lái)的資金。

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