韩小宝丨用科技与设计对话未来——雄安城市航站楼的零碳革命|交通枢纽|太阳能光伏|建筑设计|能源|航站楼|雄安站|韩小宝

编者按：

全球首座“超阶零碳大楼”正式投入使用，该建筑实现了能源100%自给自足，每年减碳近2500吨，标志着建筑领域碳中和实践迈入系统化、规模化新阶段。从伦敦贝丁顿社区到上海世博零碳馆，零碳建筑正从先锋理念走向广泛实践，成为推动“双碳”目标实现的关键路径。我国也在积极布局，从政策引导到技术突破，涌现出如雄安城市航站楼等具有标杆意义的实践项目。特邀雄安城市航站楼净零碳建筑技术负责人韩小宝撰文，从国际视野与本土实践出发，系统解析净零碳建筑的核心路径、技术策略与未来挑战，旨在为行业提供可借鉴的思路与方法，推动建筑绿色转型走向更深、更实。

在全球气候变化的严峻背景下，极端天气频繁出现，冰川加速融化，海平面不断上升，这都要求我们必须采取切实有效的手段进行应对。根据国际能源研究中心和联合国环境规划署发布的权威数据显示，目前在全球碳排放中，有近40％来自于建筑施工和运营。虽然实现气候目标的路径并不是唯一的，但政府间气候变化专门委员会（IPCC）《全球升温1.5°C特别报告》中指出，所有与1.5°C升温目标相匹配的气候变化减缓路径都要求全球在未来实现零碳排放。因此，降低来自建筑领域的碳排放对于应对全球气候变化至关重要。

近年来，我国经历了城镇化快速发展阶段，建筑规模持续扩大，根据《2024中国城乡建设领域碳排放研究报告》数据显示，2022年我国建筑与建筑业建造的碳排放总量为51.3亿吨二氧化碳，占到了全国能源相关碳排放的48.3%。为了积极应对气候变化，我国提出了“双碳”目标，即2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。这一目标体现了我国应对气候变化的坚定决心，也为建筑行业的发展指明了方向。净零碳建筑作为实现“双碳”目标的关键路径，其发展已经成为全行业的共识和必然趋势，也是应对气候变化的重要举措。

韩小宝

意大利米兰理工大学博士

国家一级注册建筑师、高级工程师

德国PHI被动房认证设计师

英国BREEAM INFRASTRUCTURE认证评估师

北京筑绿低碳科技有限公司创始人

在零碳建筑领域具备丰富经验，在熟悉中国建筑设计法规和市场需求的基础上，有针对性地将国际前沿零碳建筑技术融入到设计及施工运维全过程当中，以全生命周期的视角，全方位地降低建筑的碳足迹，并提升人居环境品质。

▲ 雄安城市航站楼人视

破局之道：净零碳建筑的三大实现路径

所谓的净零碳建筑，是指在特定时间段内（通常为一年），其运营过程中产生的温室气体排放量，可以通过建筑自身或外部的碳汇/碳抵消机制完全中和的建筑，且实现中和的技术路径需优先通过节能和可再生能源利用，抵消手段仅作为补充。通俗地说，就是建筑能够实现能源消耗相关的碳排放“收支平衡”，即排放量低于或者等于可再生能源利用与碳抵消的碳减排总量。除此之外，如果进一步以建筑全生命周期为视角，将建筑所使用的材料产品在生产及运输过程中产生的碳排放以及施工过程中由于能源消耗产生的碳排放都纳入到建筑总体排放量中的话，仍然能够实现碳排放“收支平衡”的建筑则是全生命周期净零碳建筑。

从净零碳建筑的定义可以看出，净零碳建筑最终的零碳排放主要是通过“源头减碳、能源替代、末端抵消”这三种技术途径实现的，并且需要遵循“先减量、再中和”的原则。

源头减碳——降低建筑的能源使用需求

建筑之所以会在运营过程中产生大量的碳排放，主要是因为在建筑内部为了保证功能使用要求和室内环境的舒适度，运营期间会使用大量设备，如空调、灯具、电梯、采暖器具等，这些设备的运行会消耗大量的电力及燃气。如果所用的电力是由化石能源产生，那么这些能源消耗就会产生以二氧化碳为主的温室气体。可以说，建筑运营期间对耗能设备的依赖就是建筑碳排放的源头所在。

目前，从源头进行碳排放减量主要有两种措施，一是减少耗能设备的使用数量和使用时长，即通常所说的“被动式技术”；另一种是通过提升耗能设备的运行效率，在同等使用强度下，消耗更少的能源，即“主动式技术”。两种措施相比，“被动式技术”的核心是因地制宜，最大潜力地发掘建筑本身“冬暖夏凉”的调节能力，比如通过合理科学的建筑表皮设计，最大程度地利用天然采光，减少建筑照明的使用，同时有效隔绝太阳辐射得热，实现“透光不透热”，避免建筑空调能耗的增加。优异的“被动式技术”措施，不仅可以从源头减少建筑碳排放量，还减少了建筑内部设备的使用数量，有效地降低了建筑建设成本，被称之为“负成本增量”技术手段。“主动式技术”的核心是提升耗能设备的运行效率，既可以通过采购高能效设备产品实现，也可以通过优化设备系统运行来实现。采购高能效设备技术门槛低、容易实施，但是会增加建设成本的风险；优化设备系统运行的方式可以针对任何常规设备，在控制造价方面有利，但需要专业的技术支持才能得以实现。

▲ 天然采光与太阳辐射仿真模拟

▲ 自然通风利用仿真模拟

能源替代——使用可再生能源

建筑实现净零排放的另一条技术路径，是使用零碳 / 低碳能源（主要是可再生能源），来替代传统的化石能源及其产生的电力。建筑使用的可再生能源主要是太阳能光伏发电，除此，风力发电、地热能和生物质能也是有效手段。这其中，风力发电、地热能对建筑的区位和场地有一定要求，而生物质能需要具备可靠的供应体系。但太阳能的光热利用对于绝大多数建筑来说，既具备使用条件，又能够保证日常运行，因此是净零碳建筑中最为普遍的技术手段。与此同时，太阳能的利用还有另外一个优势，那就是与建筑构件进行结合，形成太阳能光伏与建筑一体化（BIPV）应用，将光伏板作为建筑外墙或屋顶材料，兼顾发电与建筑功能。

除此之外，若建筑自身可再生能源发电量不足，还可向电网或者周边可再生能源发电实体购买“绿电”（由风电或者太阳能光伏所发电力），其碳排放为零或极低。

末端抵消——碳汇、碳捕捉与碳信用

如果建筑通过源头减量和能源替代后，仍旧有剩余的碳排放，这时候可以使用碳汇、碳捕捉或者碳信用进行抵消，从而实现最终的碳中和。

碳汇既可以通过建筑场地内部种植的树木和绿地进行就地抵消，也可以通过向林业碳汇项目（如植树造林，树木生长吸收二氧化碳）购买碳配额。

碳捕捉技术是指空气直接碳捕捉DAC技术，即通过特定设备与工艺，从空气中直接捕获二氧化碳，并对其进行再利用或封存，从而阻止碳排向大气，直接削减建筑的“实际碳足迹”。

净零碳建筑中使用的碳信用主要是核证减排量CER。CER是联合国清洁发展机制（CDM）下认证的标准化“碳排放削减凭证”，1个CER对应1吨二氧化碳的减排量，净零碳建筑项目可以通过购买此类凭证来抵消自身的碳排放量。

除了“源头减碳、能源替代、末端抵消”这三种技术途径外，从全生命周期视角看，净零碳建筑也常通过低碳建材的选择和绿色施工的实施，全方位降低贯穿整个环节的碳排放量。低碳建材的选择主要包括再生钢材、低碳水泥、负碳材料（本身吸收了二氧化碳）等，用于替代高碳建材；绿色施工主要是通过有效的施工过程管理，减少施工过程中的资源能源消耗及材料浪费，从而实现碳排放量的降低。

上述几种净零碳建筑的技术途径，都遵循“先减量、再中和”的原则，这也是国际范围内的普遍行业共识，其核心目的在于从源头上规避“漂绿”风险。若跳过“减量”环节，直接通过购买绿证等方式实现碳排放中和，看似快速达成目标，实则难以形成稳定、可持续的脱碳成效——这种“中和”未触及建筑高能耗的本质。与此同时，优异的“被动式技术”源头减碳措施，一方面可以降低净零碳建筑的建设成本，解决当下净零碳建筑在推广中的首要难题；另一方面为过程中减少了各类设备和产品的使用，从而降低了其中的隐含碳，因此可以有效推动建筑行业向深度脱碳转型。

▲ 雄安城市航站楼 - 总平面图

案例深潜：一座交通枢纽的“零碳”实践

作为国内第一个获得国际净零碳建筑认证的交通类建筑，雄安城市航站楼是集城市功能、交通功能、航空功能于一体的大型综合交通枢纽建筑，其内部整合了雄忻高铁、京雄快线、M1线、M2普线四条轨道交通线路。作为新时代的城市地标，以引导的姿态象征了中国绿色生态的新文化未来。项目实现了此类建筑净零碳技术体系“从0到1”的突破，并获得了由德国莱茵TÜV和英国建筑研究院BRE共同颁发的“特别项目大奖”。

在技术应用体系上，项目充分结合了交通建筑功能特点，借鉴了本领域国际前沿技术理念，以建筑全生命周期碳排放控制为视角，以数字化仿真模拟和人工智能算法为技术手段，实现了全专业、全过程的净零碳建筑整合设计，并有机融合了零碳技术应用与建筑艺术效果，创造出了全新的净零碳交通建筑设计语言和技术实施路径。

项目的净零碳设计及认证范围为地面建筑单体，建筑面积为2387.53m2。根据测算，项目全年能耗为255.26MWh，项目本身的可再生能源发电量为492.70MWh，可再生能源产能大于建筑全年能耗，是一座产能建筑，实现了负碳效果，CO2年减排量约225.7吨，相当于种植了18810棵树。

雄安城市航站楼在净零碳技术体系应用上，采用了“源头减碳+能源替代”的策略。一方面借助数字化仿真模拟技术与人工智能算法对建筑的设计进行优化，以“被动式技术”最大化地降低建筑对耗能设备的依赖；另一方面，将可再生能源利用与建筑表皮设计相结合，使太阳能薄膜光伏发电系统成为了建筑本身的构件，与建筑总体设计理念相融合，真正做到了太阳能与建筑一体化（BIPV）。

▲ 雄安城市航站楼 - 室内设计

数字化仿真模拟 + 人工智能算法，实现节能新高度

雄安城市航站楼作为交通类建筑，对耗能设备的依赖主要是为了保证使用功能和达到室内环境标准，主要设备有照明设备、夏季制冷设备、冬季供暖设备、新风设备和自动扶梯等。降低对这些设备依赖的方法就是尽大可能性地让建筑能够利用天然采光和自然通风，减少夏季的太阳辐射得热，增加冬季太阳辐射得热，并提升本身的保温性能。这些方法均有对应的技术措施，可难点在于如何协调这些方法间存在的内在矛盾：单纯提升天然采光利用可以降低照明能耗，但同时会增加夏季太阳得热，进而增加空调能耗；过度使用遮阳措施可以减少空调使用，但在冬季又会导致供暖需求的增加；加强自然通风可以减少空调使用时间，但在极端天气中又会造成冬季热散失和夏季的湿热侵入室内。这些难点的存在，使得目前“被动式技术”的应用还有很大局限性，其往往停留在理念阶段，很难做到有实效性地落地。

在雄安城市航站楼项目中，低碳技术团队通过“虚拟化建模、仿真预测和人工智能算法”，精准找到了建筑在夏季得热、冬季供暖及采光需求间的最佳平衡点，将不同技术措施有机融合，保证总体效能最大化，最终实现了项目综合能耗最低的目标，这一成果是传统性能计算无法完成、难以企及的。

▲ 雄安城市航站楼 - 室内中庭

精细化设计，实现净零碳建筑“高性价比”建设路径

建筑内部耗能设备的运行效率多呈现为动态曲线，而工程设计中因精细化程度不足，“大马拉小车”的现象普遍存在——许多性能优异的先进设备，因设计匹配度不够，长期处于低效率区间运行，这就导致了“设备成本投入不少，实际节能效果未达预期”的困境，无法发挥出设备应有的价值。反之，即便采用常规的设备产品，若能通过精细化设计对其运行逻辑、匹配场景进行优化，确保设备始终在高效率区间稳定运转，不仅能有效降低建筑能耗、实现降碳目标，更能大幅控制建设成本。

在雄安城市航站楼项目中，结合其内部空间高大的特点，项目供暖采用低温热水地板辐射采暖系统。航站楼地面大厅冬季地板辐射采暖总热负荷为153.3kW，集中能源站供给的50/45空调热水，经航站楼专用板式换热机组换热后供给40/30地板辐射采暖循环热水。低温热水地板辐射采暖系统通过分集水器与室内埋地管连接，由温度传感器信号控制分集水器主供水管上的恒温控制两通阀，保证了热量集中在人员活动高度区域内，没有通常高大空间冬季供暖因“温度分层”而出现的热量浪费现象。雄安城市航站楼空间制冷系统采用岛式空调机组，共设置8台，岛式空调机的设计结合人员活动流线，以“按需送冷”作为设计策略，将空调冷风“精准”送至需求端而非均匀送至整个空间（包括无人员活动范围内），有效降低了夏季空调的能耗。

▲ 雄安城市航站楼 - 外观设计

太阳能与建筑一体化设计，让建筑设计语言与技术完美融合

雄安城市航站楼作为城市地标项目，以极具前卫感的全曲面双曲线形态呈现。通常而言，这类复杂曲面设计与太阳能光伏利用难以兼容，若生硬铺设传统光伏板，将会破坏建筑整体美感。因此在项目中，低碳团队选择了碲化镉薄膜太阳能光伏技术，结合建筑造型，将其与建筑自身构件进行一体化设计。该方法不仅能实现发电功能，还可融入建筑整体节能系统，提升了透明建筑表皮的遮阳隔热效果，同时让光伏元素完全契合建筑的外观设计理念，保证项目作品的美学价值。

此外，雄安城市航站楼项目的照明系统采用了智慧照明技术，结合分区、分组、定时、感应等节能控制措施，采光区域的人工照明可以根据天然光照度变化自动调节亮度。同时设置了分类、分级用能自动远传计量系统，实现对建筑能耗的监测、数据分析和管理。

本项目还应用了不同种类的太阳能光伏发电技术，包括分布式单晶硅太阳能光伏技术、碲化镉薄膜太阳能光伏发电技术。根据雄安新区气候特点以及厂家提供不同产品的发电效率及系统综合效率，经测算，总年发电量为49.27万kW・h，其中分布式单晶硅年发电量为33.77万kW・h，碲化镉薄膜光伏系统年发电量为15.5万kW・h。

迈向深绿：净零碳建筑的机遇与挑战

在全球应对气候变化与国家“双碳”目标的双重背景下，净零碳建筑正迎来广阔的发展前景，其不仅是缓解气候问题的关键应对方案，更是推动建筑行业绿色转型的重要方向，发展潜力巨大。但当前社会上及行业内对净零碳建筑普遍存在“成本高、门槛高”的刻板印象，“建设成本高”成为其推广路上的常见标签，以致其难以在常规项目中普及。而从雄安城市航站楼项目的实践来看，在数字化仿真和人工智能技术迅速发展的今天，通过科学设计与技术优化，有效控制成本的低成本净零碳建筑解决方案完全可以实现。未来，期待这类高性价比的解决方案可以得到更广泛推广，为净零碳建筑的更快、更好发展提供有力支撑。

【来源：中国建筑装饰装修】

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