一、任务来源
75届联合国大会期间，中方提出将提高国家自主贡献力度，碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，这是中央对我国低碳发展给出的明确目标和时间表。建筑部门作为能源消费的三大领域（工业、交通、建筑）之一，是造成直接和间接碳排放的主要责任领域之一。大力减少建筑部门相关过程中的碳排放，将极大地改变建筑建造、运行、维护、维修各个环节的理念和方法，使整个行业产生革命性变化。对于建筑业来说，提升建筑能效，减少建筑运行能耗，是建筑领域实现碳减排目标的基础。通过统计分析发现，未来城镇住宅建筑规模巨大，但城镇住宅碳排放强度是最低的，节能减排潜力巨大。因此，2021年，山东省住房和城乡建设厅建筑节能、绿色建筑与装配式建筑发展关键技术与政策机制研究中开展低碳住宅关键技术研究。
二、应用领域和技术原理
随着建筑节能技术的全面发展，最近几年“被动式超低能耗建筑”、“近零能耗建筑”、“零能耗建筑”等概念逐渐进入大众视野，低碳建筑较低能耗建筑相比更强调建筑对环境的影响，对建筑的整体碳排放要求也更加明确。本项目以住宅建筑为研究对象，以装配式建造方式为基础，研究住宅建筑在设计、施工及运行过程中的关键低碳技术。首先梳理国内外低碳住宅研究现状，以碳排放量为衡量标准，结合我省实际，对实现低碳住宅的关键技术如围护结构关键节点处理、低碳能源应用、建材低碳化应用等方面进行研究，提出住宅碳排放量减排策略，并借助碳排放计算，通过与普通住宅建筑对比，研判以目前成熟的产品和技术，住宅建筑能达到的低碳程度。
三、性能指标
本项目通过研究住宅建筑在施工及运行过程中的关键技术，利用DEST、THERM、TRNSYS等模拟软件进行分析发现，（1）在被动式技术低碳策略中，气密性、遮阳以及外墙和外窗的热工性能是影响建筑节能减碳的主要因素，经过综合测算可知，被动式节能技术对住宅建筑的减碳贡献率约为10%；（2）对于围护结构的低碳策略，建议优先选用条板墙+外保温的形式。低碳建筑对外围护结构保温性能要求较高，建议采用复合保温形式，在满足节能的要求的同时也满足结构安全性，降低保温层厚度，提高得房率；（3）低碳住宅中最为适用的能源系统为空气源热泵+太阳能联合系统，相对与其他空调系统而言，减碳率约为16%；（4）针对低碳住宅，还应从建材应用方面进行降底蕴能量的针对性设计，充分发挥钢结构装配式住宅的材料特性和空间优势；（5）相对传统现浇混凝土和混凝土装配式结构，钢结构低碳住宅的减碳量最高，与普通住宅建筑相比，减碳率约为24.2%。
四、与国内同类技术比较
根据市场调研发现，国外对低碳住宅研究开展较早，也形成了相关的技术体系，但住宅类型多以独栋别墅或多层住宅为主，更加注重施工建造及从材料源头减碳排，如采用木结构和循环利用材料。而国内低碳建筑多以公建示范性项目为主，且重点放在建筑运行阶段节能减排，较少关注施工建造及从材料源头减碳排；尤其对于住宅领域来说，仍处于研究探索阶段。因此，在全球倡导低碳经济和高质量发展的趋势下，探索低碳住宅建筑的技术路线，必将成为未来城市建设和发展的主流。
五、成果创新性、先进性
低碳住宅关键技术研究的创新点主要为以下几点：
1.围护结构低碳技术措施
装配式建筑是采取预制外墙板、预制柱、预制梁、预制叠合楼板、预制楼板等构件，在施工现场搭建成的建筑。装配式建筑板块化的建构特征，意味着整体围护系统需按照特定的模数关系进行切分预制再到现场进行拼装组合，这不仅造成围护系统连续保温层的中断，也带来更复杂的连接节点以及更多的拼装接缝，从而带来比常规现场建造体系更高的热桥与气密性风险，并更集中体现于非透光围护系统上。
本项目利用THERM模拟软件，针对不同部位的拼缝进行了二维稳态传热模拟分析，并通过对外墙安装方式、板墙安装方式、外窗安装方式、不同保温类型等进行模拟分析，分析不同保温材料的热工性能、保温和隔热措施性能以及各种保温措施的优缺点，总结提高建筑围护结构气密性与热桥节点优化的方法，有效解决装配式建筑板块化的结构特征带来的热桥效应、空气渗漏与连续保温层的中断等问题。
对于围护结构低碳策略，建议优先选用条板墙+外保温的形式。基于低碳建筑的主要技术要求和装配式建造的特点，装配式低碳建筑主要解决板缝的气密性和热桥的处理。低碳建筑对外围护结构保温性能要求较高，建议采用复合保温形式，在满足节能的要求的同时也满足结构安全性，降低保温层厚度，提高得房率。
该项技术手段和研究方法以及研究结论，已形成成果转化，课题组编制《HBS装配式加气混凝土电焊网复合保温外墙板系统应用技术规程》及《HBS装配式加气混凝土电焊网复合保温外墙板建筑构造》，并取得了较好的使用效果和评价。
2.低碳能源系统研究
住宅常采用的能源系统主要有：市政热源、燃气壁挂炉、地源热泵、新风环控一体机、空气源热泵、太阳能+电辅供暖系统等，由于市政热源与燃气壁挂炉供暖对环境污染影响大，地源热泵系统受地域限制大，新风环控一体机对围护结构热工性要求较高，空气源热泵与太阳能单独供热时受室外温度及天气影响较大，故本文选取空气源热泵+太阳能联合的系统形式，该系统形式可充分利用两种清洁可再生能源，将太阳能与空气能进行集成互补，提高太阳能综合利用效率的同时，提升空气能量品味，并可大幅降低系统运行成本。
本项目针对集中供暖系统+分体空调+分户式新风系统、集中式空气源热泵独立制冷供暖+分户式新风系统、集中式空气源热泵+太阳能联合制冷供热+分户式新风系统、新风环控一体机（制冷制热送新风），4种不同的能源系统形式，利用TRNSYS模拟软件搭建能耗计算模型，对相应系统开展全年8760h模拟计算，并进行不同应用模式下能耗及减碳率分析。基于能耗模拟计算分析发现，空气源热泵+太阳能联合系统无论是从冬季耗电量分析，还是全年总耗电量分析，最为节能。其相对市政供暖+分体空调系统的冬季能耗节能率达到17.25%，全年能耗节能率达到15.98%。从环保性分析，空气源热泵+太阳能联合系统和新风环控一体机均具有较好的节能、环保性，其相对市政供暖+分体空调系统减碳率可达16%。
3.材料低碳应用研究
建筑能耗水平逐步降低趋势下，底蕴能量的装配式建造手段是从全生命周期角度实现建筑碳中和的重要路径。本项目从可替代的高性能材料，底蕴能量材料，材料用量的控制方面给出建筑材料低碳化应用，主要包括三方面：
选择制造过程中碳排放少的材料，如钢材；（1）在设计时考虑建筑寿命周期中的终身碳排放，充分发挥钢结构装配式住宅的材料特性和空间优势。（2）装配式钢结构现场工作量少、湿作业少，节水（比 PC 结构节水 25.8%）、节能（单位建筑面积能耗降低 14.6%）、节材（材料利用率可达 70%～80%）的同时，也减少了施工现场的粉尘污染和噪声污染。装配式装修采用全干法施工，不使用任何涂料、溶剂、胶粘剂，从源头上杜绝装修材料中有害化学物质的危害。钢材及装配式内装材料具有可回收利用的特点，直接回收和回收利用率高达 90%以上。（3）通过标准化设计，结合BIM在全过程中的应用实现材料的减量控制。
六、作用意义
项目从建筑全生命周期角度量化建筑碳排放，不仅能清晰反映各建筑阶段的减碳潜力，更能直观了解建筑能耗与碳排放的关系，避免在节能减排设计工作中造成能耗与碳排放此消彼长。通过本项目的研究，可以为后续住宅建筑碳排放研究提供基础数据，同时对改善住宅建设的环境影响提出针对性建议，为住宅建筑节能减排提供参考建议，为我省低碳住宅实施与评价提供准则和评判依据。

一、推广应用的范围、条件和前景
目前在低碳经济模式下，要求房地产企业着重于建筑低碳化、智能化、环保化的发展，通过引入及应用新型低碳环保技术及材料来实现能耗的降低，促进节能减排的有效实施。本项目将生命周期评价理论应用于住宅建筑，根据每个阶段的碳排放来源建立计算模型，可适用于寒冷地区住宅建筑的碳排放计算。
对于设计师来说，项目选取典型住宅建筑，详细计算其全生命周期的二氧化碳排放当量，以此建筑作为对标建筑，计算结果可供建筑师预测同地区同类型住宅建筑的二氧化碳排放量。同时，本项目研究的被动式技术低碳策略、围护结构低碳技术措施以及低碳能源系统方案，可供设计师参考，利用DEST、Honeybee、THERM、TRNSYS等模拟软件进行分析，针对碳排放指标进行计算，根据项目实际情况制定合理的低碳方案；
对于生产建材企业来说，低碳经济模式对绿色建材和建筑内装部品需求量越来越大，本项目从可替代的高性能材料，底蕴能量材料，材料用量的控制方面给出建筑材料低碳化应用，在设计时考虑建筑寿命周期中的终身碳排放，充分发挥钢结构装配式住宅的材料特性和空间优势，可引导和促进建材企业的产品升级和低碳化发展；
本项目的研究手段和方法已应用于“王府车辆段租赁住房项目”，并取得了较好的使用效果和评价。经分析工具核算，本项目技术方案与常规技术做法的每年能源消耗与碳排放量如下：
通过合理的技术提升，本项目每年建筑运行能耗碳排放量较常规做法减少462吨/年，可再生能源减排374吨/年，运行阶段碳排放强度指标降低约9.24kgCO2/(m2.a），运行阶段减碳率约20.41%，节费30.61万元/年。全生命周期减少运行阶段碳排放量23100吨，节费1530.5万元。钢结构建筑相对传统现浇混凝土建筑，在建造和拆除阶段降碳量1244.5吨，减碳率为37.54%，建筑全生命周期减碳率约21%。
二、存在的问题和改进意见
本项目基于低碳住宅关键技术研究，综合利用被动式节能技术+装配式体系+低碳能源系统+材料低碳化应用，提升住宅建筑的建造建造质量和居住品质，促进住宅产业向低碳、绿色、环保、节能方向发展，贯彻实现国家提出的“碳达峰”、“碳中和”的目标。但目前该体系在实际项目中应用相对较少，随着项目的开展，结合项目实际情况进行推广应用并验证。