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[向ZEB(净零能耗建筑)发起挑战]
通过可持续性改造实现ZEB(净零能耗建筑)
净零排放国际共同研究中心—―产业技术综合研究所―

2021年3月,“净零排放国际共同研究中心”在国立研究开发法人产业技术综合研究所(以下称“产综研”)筑波西事业所顺利落成,该中心是对原主馆和附楼群(于1976年至1980年竣工)进行改造和翻新而来。
要达成政府提出的2050年实现碳中和的目标,新建项目和改建项目都需要推进ZEB(净零能耗建筑)。本次改建项目中,“西-4A栋”的建筑全年一次能源消耗与可再生能源产能相抵为零,跻身“ZEB”(Net Zero Energy Building——净零能耗建筑)行列。这也是清水建设首次在改建项目中向“ZEB(净零能耗建筑)”发起挑战。

从设计初期进行多次模拟,甄选最佳方案,实现Net Zero(净零)改造

2019年10月,各国代表齐聚“绿色创新峰会”,日本政府在会上宣布启动“净零排放国际共同研究站点”,提议召集全球英才,共创零碳社会。
产综研积极响应,设立了净零排放国际共同研究中心。

西事业所总平面图及改建范围
西事业所总平面图及改建范围

考虑到产综研从事的研究一直走在能源环境领域最前端,清水建设在推进产综研改建项目时,提出了“Net Zero(净零)改建”主题,确立了两大目标:兼顾研究环境性能和节能性能、建成全年能耗实质为零的“ZEB”(净零能耗建筑)。

在以建成“ZEB”(净零能耗建筑)为目标的设计中,清水建设开发的ZEB评估验证工具“ZEB Visualiezer”大显神通。该工具运用了由BIM等构建的3D模型以及与节能相关的设计数据库,可即时评估该建筑的节能性能是否达到ZEB(净零能耗建筑)等级。由此,通过反复模拟多项方案的能源效率,在设计初期就推导出建成ZEB(净零能耗建筑)所需的最佳方案。

运用ZEB评估验证工具“ZEB Visualiezer”进行模拟,优化方案。
运用ZEB评估验证工具“ZEB Visualiezer”进行模拟,优化方案。

用于反复模拟多项方案的节能性能,及时提供最适合该建筑的ZEB方案,与设施使用者达成共识。

本次改建项目中,RC结构两层建筑研究楼“西-4A栋”达到了“ZEB”(净零能耗建筑)等级。
设备设计师山口真吾说:“耗能量较大的化学实验室等集中在这栋楼,但原建筑南侧的屋檐较深,是一种可以避免阳光直晒的结构。我们就利用原建筑的结构,通过在窗户上采用Low-E多层玻璃,加强外墙保温隔热,并在空调、照明等各类设备、机器上融合最新节能技术,优化配置,实现了“ZEB”(净零能耗建筑)。”

西-4A栋(左图)和其中的化学实验室(右图)。利用原建筑优越的节能性能,融合最新节能技术。
西-4A栋(左图)和其中的化学实验室(右图)。利用原建筑优越的节能性能,融合最新节能技术。
西-4A栋截面图(蓝字表示采用的Net Zero整修技术)。
西-4A栋截面图(蓝字表示采用的Net Zero整修技术)。

具体包括可高效运行的分体式空调、可自动调节白天照度的LED照明、将通常弃用的全热交换机排气再利用到伴随实验产生的局部排气上的混合换气系统、锂离子蓄电池设备等,通过采用上述配置的清水建设智能BEMS等,理论上将建筑耗能成功削减了53%。
加之在屋顶安装太阳能发电设备,共计削减能耗108%,实现了“Net Zero(净零)改造”。

当然,设计时不仅计算了能耗收支的关系,还充分考虑了实用性。电气设计师川口学说:“开工后,使用各设施的研究学者们不断向我们提出与电气设备直接相关的需求。如果设施建成后不方便大家研究,我们的工作就毫无意义,所以我们通过模拟反映变更的地方,及时提供了最适合的ZEB(净零能耗建筑)方案。”

就这样,不仅实现了“Net Zero(净零)改造”,也因此收获了客户的信任。外观设计师谷泰人说:“改建项目中建成ZEB(净零能耗建筑)的先例较少,技术难度也较大,既保证研究设施特有的实用性,又不失普遍要求的节能舒适性,非常高兴能在这种情况下建成“ZEB”(净零能耗建筑)。”

通过加强外墙保温隔热,改进空调和照明,设置发电,使一次能源能耗相对于标准值的比率达到-0.08。
通过加强外墙保温隔热,改进空调和照明,设置发电,使一次能源能耗相对于标准值的比率达到-0.08。

充分利用现有材料,“力争净零排放”的改造

清水建设还提出了“力争净零排放”主题,为尽量减少废弃物,对现有材料进行循环利用,使之创造新价值。主馆拥有45年的历史,墙面砖、地砖均采用质量上乘的材料,通过重新打磨等,尽量将这些材料再利用。

  • 主馆入口。墙面砖和地砖再利用,用墙面照明营造氛围。天花板使用了大量木材,其中融入了产综研开发的阻燃技术。
  • 主馆入口门廊。对现有金属板重新喷漆,新加内置照明的面板,形成对比色的棋盘造型。在原地板上叠加铺设木地板,既消除了台阶,又减少了废弃物。

设计与施工紧密合作,实现可持续改造

本次项目的工期含设计在内,仅短短一年,还要融合各类先进技术,力争净零排放,实现Net-Zero(净零)改建。谷泰人表示本次项目成功的关键在于,在前期策划过程中将施工前置讨论,通过设计施工一体化承包的紧密合作方式将所需资源进行整合,
“本次项目中还尝试了“数字化建造”,将设计的模型数据用于施工,顶住了短工期的压力。本次项目使我真切地感受到,以数字化为依托,我们展开的制造让设计团队和施工团队都能从中受益匪浅。”

负责本次项目的设计总部成员,左起为谷泰人、山口真吾、川口学。
负责本次项目的设计总部成员,左起为谷泰人、山口真吾、川口学。

清水建设今后还会积极推动建造与数字化的结合,为实现碳中和目标做贡献。

主馆入口设置了树形篷檐,象征零碳社会,也蕴含了对研究蓬勃发展的期盼。
主馆入口设置了树形篷檐,象征零碳社会,也蕴含了对研究蓬勃发展的期盼。

END