去年11月的一個(gè)晴天，熱切的參會(huì)者們涌入位于美國(guó)加利福尼亞州伯克利鎮(zhèn)的一座現(xiàn)代化高能效建筑。在稍顯昏暗的禮堂里，他們聚集一堂共同討論加利福尼亞州的一條新法規(guī)。此法規(guī)規(guī)定，該州所有的新建建筑都必須生產(chǎn)與其消耗等量的能源。雖然這座位于伯克利的建筑獲得了美國(guó)建筑能效LEED白金認(rèn)證，但它所消耗的電量仍然多于其現(xiàn)場(chǎng)可再生能源發(fā)電量，仍需要依賴電網(wǎng)供電。這樣的建筑雖然符合當(dāng)前的能耗標(biāo)準(zhǔn)，但加利福尼亞州打算更進(jìn)一步降低其能源消耗。

  在美國(guó)，建筑的能源消耗量占全美能耗總量的40%。因此，蘊(yùn)藏著巨大的節(jié)能減排潛力。凈零能耗（ZNE）建筑（指年能源消耗量和年能源生產(chǎn)量基本持平的建筑）能夠降低運(yùn)營(yíng)成本，并充當(dāng)電網(wǎng)的分布式可再生能源發(fā)電來(lái)源。與傳統(tǒng)建筑相比，對(duì)環(huán)境的影響更小。凈零能耗建筑的種種優(yōu)勢(shì)吸引了來(lái)自決策者和產(chǎn)業(yè)界的極大興趣。2015年，美國(guó)共有191個(gè)經(jīng)過(guò)認(rèn)證的凈零能耗建筑項(xiàng)目，而2016年，達(dá)到了332個(gè)。

  越來(lái)越多的新建建筑將遵循和應(yīng)用凈零能耗準(zhǔn)則

  美國(guó)加利福尼亞州在大力發(fā)展清潔能源方面取得了較好的成效，并出臺(tái)了積極的碳減排目標(biāo)：到2030年，該州承諾50%的能源將來(lái)自于可再生能源，且碳排放將比1990年下降40%。為此，該州為建筑行業(yè)制定了長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)：到2020年，所有新建住宅建筑必須達(dá)到凈零能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)；而到2030年，所有新建商業(yè)建筑也必須達(dá)到凈零能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)。由于凈零能耗建筑普遍使用屋頂光伏系統(tǒng)來(lái)滿足能源需求，這就意味著加利福尼亞州的太陽(yáng)能光伏發(fā)電量將進(jìn)一步增長(zhǎng)。

  事實(shí)上，加利福尼亞州的太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)容量已經(jīng)遠(yuǎn)超其初始目標(biāo)，2015年該州太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量幾乎占美國(guó)總量的一半。但可再生能源發(fā)電的迅速發(fā)展也給電網(wǎng)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)：如何滿足傍晚峰值時(shí)段激增的用電需求？以2017年1月12日的實(shí)際情況為例。在那一天，太陽(yáng)能光伏發(fā)電時(shí)間主要集中在10點(diǎn)到15點(diǎn)之間。但電力需求峰值出現(xiàn)在了18點(diǎn)左右，此時(shí)太陽(yáng)能光伏板正處于日落后的閑置狀態(tài)。這一需求峰值和可再生能源發(fā)電時(shí)間的不匹配，導(dǎo)致了所謂的“鴨型曲線”問(wèn)題。“鴨脖子”的坡度越陡，電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)就越大，因?yàn)樗枰⒓凑{(diào)度其它發(fā)電來(lái)源從而確保足夠的電力供應(yīng)。而在今后的五年里，加利福尼亞州預(yù)計(jì)將增加2萬(wàn)兆瓦太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)，比當(dāng)前的1.5萬(wàn)兆瓦裝機(jī)增加133%。

  2015年，全美共有超過(guò)100萬(wàn)座住宅建筑（包括獨(dú)棟住宅和多戶住宅）獲得建造許可，并且每年還有成千上萬(wàn)的新建商業(yè)建筑項(xiàng)目落地。隨著越來(lái)越多的此類新建建筑將遵循和應(yīng)用凈零能耗準(zhǔn)則，更多的分布式太陽(yáng)能光伏裝機(jī)容量將被納入電網(wǎng)。但由于能源用量在時(shí)間上并不總與現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電量相匹配，凈零能耗建筑還應(yīng)通過(guò)特定的設(shè)計(jì)，來(lái)幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)彈性的最大化。這也將有助于管理電力消耗，使其更好地匹配能源生產(chǎn)。如果缺乏需求響應(yīng)能力（根據(jù)相關(guān)獎(jiǎng)勵(lì)措施相應(yīng)地降低或轉(zhuǎn)移特定時(shí)間段的能源用量），或如果建筑的運(yùn)行模式?jīng)]能在晚高峰期間降低用能需求，那么凈零能耗建筑將進(jìn)一步加劇“鴨型曲線”問(wèn)題。因此，要完全實(shí)現(xiàn)凈零能耗建筑的節(jié)能減排潛力，這個(gè)問(wèn)題必須得到解決。

  確保凈零能耗標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)先考慮能效和對(duì)電網(wǎng)的作用

  凈零能耗建筑已經(jīng)帶來(lái)了諸多創(chuàng)新，相比超低能耗建筑，凈零能耗建筑的用能強(qiáng)度（單位面積能源用量）更低。凈零能耗建筑能夠與電網(wǎng)進(jìn)行雙向交互，成為電網(wǎng)資產(chǎn)，而不僅僅是電網(wǎng)用戶。但是，在推廣凈零能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中，加利福尼亞州仍需要解決兩個(gè)重要問(wèn)題：首先，建筑在設(shè)計(jì)階段中究竟是優(yōu)先考慮能效還是能源生產(chǎn)；其次，建筑應(yīng)該如何運(yùn)行。

  在設(shè)計(jì)階段，凈零能耗建筑可以通過(guò)優(yōu)化可再生能源的生產(chǎn)，或限制能源需求量這兩種策略來(lái)達(dá)成目標(biāo)。優(yōu)先考慮可再生能源發(fā)電的建筑，其總能源用量更高（同時(shí)發(fā)電容量也更高），此類建筑一般通過(guò)主動(dòng)策略來(lái)管理能源，例如機(jī)械暖通空調(diào)系統(tǒng)、熱存儲(chǔ)和需求響應(yīng)。雖然電網(wǎng)納入更多可再生能源發(fā)電量是一件好事，但首要目標(biāo)應(yīng)更多地放在降低碳排放上。在第二種策略下，優(yōu)先考慮能效的建筑更多地采用被動(dòng)策略，例如自然采光、優(yōu)化建筑朝向、高保溫性能和被動(dòng)式措施等。通過(guò)應(yīng)用側(cè)重能效的設(shè)計(jì)策略，建筑能夠確保更低的年耗能。因此，對(duì)場(chǎng)內(nèi)發(fā)電量的需求也更低。在加利福尼亞州，平均用電需求和峰值用電需求之間的差額（也稱為負(fù)荷系數(shù)）已經(jīng)超過(guò)了50%，這意味著很大一部分的發(fā)電裝機(jī)容量?jī)H僅是為了滿足峰值需求。因此，為了降低電網(wǎng)的總體運(yùn)營(yíng)成本，系統(tǒng)更需要的是用電需求更平穩(wěn)的建筑（不會(huì)突然或大幅度增加需求量）。這就是為什么對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，能效提升往往比可再生能源發(fā)電本身更有價(jià)值：與可變的可再生能源不同，能效是不受時(shí)間變化限制的。更進(jìn)一步考慮，通過(guò)提高需求響應(yīng)能力、能源存儲(chǔ)和區(qū)域?qū)用婵稍偕茉窗l(fā)電，凈零能耗建筑也能夠成為交互式電網(wǎng)資產(chǎn)。

  對(duì)于建筑的運(yùn)行方式而言，南加州的一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目證明，安裝了太陽(yáng)能光伏和能源存儲(chǔ)設(shè)備的凈零能耗住宅能夠通過(guò)正確的運(yùn)行方式：根據(jù)分時(shí)電價(jià)或其它高級(jí)電價(jià)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化用電量；協(xié)助平衡電網(wǎng)供需。通過(guò)實(shí)現(xiàn)根據(jù)電價(jià)水平進(jìn)行調(diào)整的用電彈性（在電價(jià)最便宜時(shí)用電, 并在電價(jià)最貴時(shí)向電網(wǎng)供電），此類建筑能夠?yàn)橛脩艚档陀秒姵杀?。在協(xié)助平衡電網(wǎng)供需方面，它們能夠使用戶在白天陽(yáng)光最充足時(shí)為儲(chǔ)能電池充電，并在晚間用電峰值時(shí)段向電網(wǎng)供電，從而使整個(gè)電網(wǎng)受益，通過(guò)為電網(wǎng)提供額外資源，來(lái)降低對(duì)調(diào)峰電廠（即成本高昂的僅用來(lái)滿足峰值電力需求的電廠）的需求。因?yàn)殡妰r(jià)結(jié)構(gòu)通常也根據(jù)如何有利于平衡電網(wǎng)供需來(lái)設(shè)計(jì)，所以用戶可以進(jìn)一步降低用能成本。通過(guò)結(jié)合能效優(yōu)先的設(shè)計(jì)策略和平衡電網(wǎng)供需的運(yùn)行方式，凈零能耗建筑能作為電網(wǎng)資產(chǎn)，進(jìn)一步為電網(wǎng)提供價(jià)值。清晰的定價(jià)結(jié)構(gòu)和激勵(lì)措施可以有助于這些設(shè)想的實(shí)現(xiàn)。

  加利福尼亞州是全美第一個(gè)頒布凈零能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)的州，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。業(yè)內(nèi)的一大趨勢(shì)是主張以凈零碳排放（ZNC）替代凈零能耗（ZNE），從而將場(chǎng)外可再生能源的發(fā)電和購(gòu)買(mǎi)（對(duì)太陽(yáng)能資源有限的建筑更有價(jià)值）并入系統(tǒng)。這一趨勢(shì)將更直接地與碳排放控制及氣候行動(dòng)相掛鉤，并可能更適合像中國(guó)這樣的高層建筑較多的市場(chǎng)環(huán)境。這些趨勢(shì)也激勵(lì)了硅谷的一個(gè)小城市，在州級(jí)強(qiáng)制法案基礎(chǔ)上更進(jìn)了一步，制定了在2025年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放的目標(biāo)。

  在美國(guó)，建筑行業(yè)碳減排最大的機(jī)遇來(lái)自于既有建筑。中國(guó)建筑行業(yè)要實(shí)現(xiàn)2050年碳減排目標(biāo)，最大的機(jī)遇在于新建建筑市場(chǎng)。建筑能效升級(jí)的最佳和最直接的時(shí)機(jī)就是在其設(shè)計(jì)階段。因此，雖然深度能效改造對(duì)中國(guó)非常重要，將凈零能耗的理念運(yùn)用到新建建筑中更是中國(guó)市場(chǎng)的獨(dú)特機(jī)遇。