美国零碳建筑政策与发展
1 背景
过去的30年里，气候变化加剧的灾难已经导致全球数百万人流离失所和死亡，成为威胁人类生存的紧急事件，应对气候变化带来的全球挑战迫在眉睫[1]。对此，190多个缔约方/国家就“确保到本世纪中叶全球实现净零排放，以保持1.5 ℃以内升幅”的目标达成了共识[2]:我国提出了“30-60”计划[3];欧盟公布“欧洲绿色协议”,提出到“2030年将欧盟温室气体排放量降低到1990年水平的55%,到2050年实现碳中和”[4];而美国政府则制定了“2035年美国电力系统达到零碳，2050年美国达到全社会零碳”的“国家自主贡献”(NDC)计划[5],并发布行政令通过了“联邦可持续发展计划”,以细化NDC计划[6]。在美国州层面，截至2021年已有11个州和2个特区通过立法设定了到2045年或2050年实现零碳的目标(如表1所示),这些地区的人口总量达到美国总人口的近三分之一[7]。此外，美国还有一些州通过设定清洁能源目标或采取行政命令、监管行动，向着清洁能源产业与零碳电网方向进展。总之，社会零碳的目标与政策推广已成为潮流所趋。
除了清洁能源产业与零碳电网，建筑业的节能减碳也是实现社会总零碳的重要途径。建筑业是碳排放的主要产业之一，如图1所示，2018年全球建筑行业碳排放量占能源相关碳排放量的39%(既包括运行碳，也包括11%的建筑材料、施工等过程中的隐含碳)[8],而在美国2020年这一比例为36%(不包括隐含碳)[9]。这使得低碳建筑成为任何深度脱碳战略都要考虑的基本要素。为此，世界绿色建筑委员会(WorldGBC)发布全球“净零碳建筑承诺”,主张减少或补偿建筑的碳排放，实现到2030年将建筑和施工部门的排放量减半的目标[10]。2019年纽约联合国秘书长气候行动峰会上发起了“人人共享零碳建筑倡议”,目标是到2030年推动所有新建筑的脱碳，到2050年推动所有既有建筑的脱碳[11]。这些零碳建筑倡议已经被许多行业组织采纳并推广，包括美国建筑师协会(AIA)、美国供暖制冷与空调工程师学会(ASHRAE)、美国绿色建筑委员会(USGBC)、国际未来生活委员会(ILFI)等[12]。这些行业组织与美国的联邦和地方政府一起，在零碳建筑的政策制定、标准规范实施及实践运用中做出了不少尝试，并取得了许多成果。
表1 美国立法通过零碳/100%可再生能源(电网)目标的州[7] 导出到EXCEL
| 能源(电网)目标 | 通过年份 | 目标年份 | |
夏威夷州 |
100%可再生 | 2015 | 2045 |
加利福尼亚州 |
零碳 | 2018 | 2045 |
新墨西哥州 |
零碳 | 2019 | 2050 |
纽约州 |
零碳 | 2019 | 2040 |
华盛顿州 |
零碳 | 2019 | 2045 |
波多黎各特区 |
100%可再生 | 2019 | 2050 |
华盛顿特区 |
100%可再生 | 2019 | 2032 |
弗吉尼亚州 |
零碳 | 2020 | 2050 |
伊利诺伊州 |
零碳 | 2021 | 2050 |
马萨诸塞州 |
零碳 | 2021 | 2050 |
北卡罗莱纳州 |
零碳 | 2021 | 2050 |
俄勒冈州 |
零碳 | 2021 | 2040 |
罗德岛州 |
零碳 | 2021 | 2050 |
图1 各行业碳排放占比
在这个背景下，本文对美国的零碳建筑政策、标准和实践运用成果进行回顾，意在总结美国的经验，为中国的建筑脱碳提供借鉴，为中国建筑领域实现“30-60”碳中和目标提供政策建议。为此，本文首先从地理与时间2个维度出发，区分零碳建筑的定义并界定其边界，而后从联邦政府和地方政府2个层面梳理美国的零碳建筑政策，之后从联邦政府、地方政府及其他社会行业组织3个层级介绍相关的规范、标准、标识与认证，最后通过2个案例介绍零碳建筑设计策略与实践效果。需要说明的是，本文所提及的建筑碳排放是所有与建筑使用相关的碳排放，包括直接、间接电、间接热排放。此外，建筑碳排放和建筑用能紧密相关，虽然二者并不等同，但(净)零能耗的相关政策、标准对零碳建筑的实现也具有指导意义，因此本研究在关注(净)零碳的同时也涉及(净)零能耗的相关政策、标准等。
2 政策
2.1 零碳建筑的定义与边界
虽然减少碳排放已在建筑界达成广泛共识，但尚未有国际公认的零碳建筑术语或定义[13]。目前描述零碳建筑的常用术语有许多，包括零碳(zero carbon)、净零碳(net zero carbon)、碳中和(carbon neutrality)、近零能耗(near zero energy)、零能耗(zero energy)、净零能耗(net zero energy)、零净能耗(zero net energy)、产能(energy plus)、被动房(passive house)、无化石燃料(fossil fuel free)、100%可再生(100% renewable)、气候中性(climate neutral)等[14,15,16]。不同的术语表达及相同术语在不同语境下的含义分歧可能体现在：评估方法和指标[17]、平衡计算的周期[13]、能源的用途(是否包括家庭热水、冷却[15]、插头负荷[18])、是否考虑建筑材料的生产用能[19]、允许的减排选项和条件要求等[16,17,20]。
在所有零碳建筑相关概念中，最核心的差别在于能源平衡的要素和边界[13],也即计算周期的时间维度与可再生能源获取的地理边界。计算周期的时间维度可能仅包括运行阶段，也可能拓展到探讨建筑的全寿命周期。而可再生能源既可能是场地内直接提供的，例如与建筑结合或是在场地上发电的太阳能与风能；也可能是从场地外提供的，例如运输至现场的生物质、购买清洁电能(见图2)[18]。总之，依据计算周期的时间维度与可再生能源获取的地理边界，零碳建筑所寻求的平衡目标可分为4类(见图3):
![图2 零碳建筑中的可再生能源来源类型(4种零能耗建筑[18])](/User/GetImg.ashx?f=NTKD/26278//NTKT202204014_206.jpg&uid=WEEvREcwSlJHSldTTEYzWEpEV3B3NzMvVjFkVm50NUJzcHZyZmxUVEVkWT0=$9A4hF_YAuvQ5obgVAqNKPCYcEjKensW4IQMovwHtwkF4VYPoHbKxJw!!)
图2 零碳建筑中的可再生能源来源类型(4种零能耗建筑[18])
图3 零碳建筑定义的差异性表达
1) 运行碳与场地内可再生能源的平衡；
2) 全寿命周期碳排放(运行碳+隐含碳)与场地内可再生能源的平衡；
3) 运行碳与场地内/外可再生能源的平衡；
4) 全寿命周期碳排放(运行碳+隐含碳)与场地内/外可再生能源的平衡。
其中隐含碳可能仅指材料，也可能包括运输、建造、拆除等过程中的碳排放。例如将零碳建筑定义为“能源需求或消耗与新能源发电之间的平衡”[13]就属于第1类；而将零碳建筑定义为“该建筑物在运行中的主要能源使用加上建筑物寿命周期内嵌入其材料和系统中的能量等于或低于建筑物内可再生能源系统产生的能量”[19]则属于第2类；将零碳建筑视为“建筑物和能源基础设施之间能量流动”[13]则属于第3或第4类。
需要说明的是，由于对场外可再生能源发电给予过多的激励可能会削弱建筑物在包括能源效率和现场可再生能源发电方面的努力，并且考虑到现有电网中可再生能源的占比有限，因此目前对于零碳建筑应更注重现场可再生能源。当然随着可再生能源在电网中占比的提高，未来场外可再生能源供电的选择会更为普遍。
此外，现有的大量文献通常倾向于将(净)零能耗(nZEB/ZEB)与(净)零碳/排放(nZCB/ZCB)一并讨论，这是因为在建筑运行阶段，碳排放与建筑的能源消耗基本是紧密相关的。二者在技术路线上都是通过提升建筑自身的能效(包括通过被动式的设计、围护结构性能的提升及使用高效的设备),以及产生(净零能耗和净零碳)或购买(净零碳)清洁可再生能源来实现的[12]。但另一方面，(净)零能耗与(净)零碳/排放在概念内核上存在差异：描述指标、单位、平衡的场地边界均有所不同，全寿命周期下的净零碳建筑可能还包含材料及建造、运输、拆除等过程中的隐藏碳，更是建筑净零运行能耗建筑中所不涉及的。总之，(净)零能耗可对(净)零碳/排放的实现提供参考，但二者概念并不能等同混用。
2.2 联邦政府层面
在美国联邦政府层面，与零碳建筑有关的政策最早可推及有关建筑可持续发展的政策。1993年，美国政府创建了联邦可持续发展议程和联邦环境执行办公室，重点是消除浪费和扩大再生材料的使用[21]。2007年将可持续建筑、可再生能源、环境管理系统和电子废物回收添加到议程中[22]。2006年，美国能源部(DOE)和美国可再生能源实验室(NREL)共同定义了4种类型的零能耗建筑，包括负载端零能耗、源头端零能耗、零账单的零能耗和零排放的零能耗建筑[12]。在此基础上，2009年美国政府第13514号行政命令中采用了“净零能耗建筑”的概念，要求设计、建造和运营的建筑物减少运行能源，满足能源需求平衡，从而不产生温室气体的净排放，并具有经济可行性。该政策目标是到2030年所有新的联邦建筑实现零净能源[23]。该政策在2015年被第13693号行政命令“未来十年的联邦可持续性规划”取代[24]。同年，DOE明确了美国零能耗建筑(ZEB)的通用定义：以能源为基础，实际年交付的能源小于或等于现场可再生出口能源的节能建筑[25]。2018年，美国政府废除了第13693号行政命令，其中包括减少温室气体排放的所有要求，但维持了联邦政府对能源效率的承诺，并满足了减少能源使用、节约用水和增加可再生能源使用的所有法定要求[26]。美国零碳建筑相关政策法规的变动如图4所示。
2020年以后，以碳排放为定义与侧重点的美国零碳建筑政策更加显现。在美国政府的NDC计划中，除了“脱碳电力”和“能源转型”[27],还明确列出了建筑相关的脱碳战略，包括：支持创造就业机会的建筑改造计划和可持续的经济适用房、更广泛地使用热泵和电磁炉、规范新建筑采用现代能源、支持建筑物的效率升级和高性能电气化等，从而减少与建筑相关的排放，并降低家庭能源成本[5]。而新出台的14057号行政令通过“联邦可持续发展计划”对建筑脱碳的相关政策进行了更具体的描述，明确提出了2045年实现净零排放建筑的目标[28]。为实现该目标，联邦政府对新建筑、重大改造和建筑领域推动电气化、减少能源使用提出了系列政策要求，包括：制定并发布有史以来第一个联邦建筑性能标准以提高效率和脱碳；根据建筑类型类别的主要绩效基准，制定数据驱动的2030年能源和水资源减排目标和年度目标；利用绩效合同来减少排放，并在其持有和租赁的建筑中实现更高水平的可持续性等[29]。此外，还将推行“购买清洁”政策，创建“购买清洁”工作组以识别高排放的建筑材料(如钢铁或水泥),进而鼓励使用碳排放量较少的建筑材料[6]。
图4 美国零碳建筑相关政策法规的变动
2.3 地方政府层面
在地方政府层面，许多城市/州已经制定了指导当地新建和既有建筑实现零碳/零能耗的政策。以加利福尼亚州(以下简称加州)为例，2015年提出了零净能源行动计划：对新建项目，所有住宅自2020年起、商业建筑自2030年起实现零能耗；对既有建筑，50%的商业建筑到2030年将被改造成零能耗建筑，50%的政府重大改造项目到2025年将是零能耗建筑[30]。2018年，加州还通过参议院第100号法案，以立法形式设定到2045年实现100%无碳电力的目标，并推广几项举措：提升新建建筑和既有建筑的建筑能效、增加建筑脱碳技术、提高可再生能源使用，以及支持从化石燃料的过渡[10]。
在各类零碳建筑的政策中，建筑电气化的重要性被许多研究机构认可[31]。虽然全电动技术的前期成本高于天然气，但有助于从化石燃料转向清洁能源，并且在设备的使用寿命内费用更低。为此，加州2022年建筑能效标准(能源规范)中，鼓励采用电热泵技术供暖和提供生活热水，并为单户住宅建立电力就绪要求，使业主能够使用更清洁的电供暖、烹饪和电动汽车充电选项。美国的一些城市(如纽约、圣何塞等)也已开始通过法律或政令，禁止在新建筑中使用天然气，而改用电力驱动[32]。当然，通过新建筑逐步淘汰天然气的锅炉和炉灶只是第一步，旧建筑的改造及其他设施的电气化依然挑战重重，离实现建筑电气化的最终目标即全电动建筑还有很长的路要走[33]。
除了电气化，可再生能源与建筑的结合也是零碳建筑的重要方向。在加州2022年建筑能效标准中强调了扩大太阳能光伏系统和电池存储标准，使现场提供清洁能源。该要求适用于高层多户的住宅、酒店、办公、医疗、零售、餐饮、学校、文化中心等建筑类型[33]。加州还推行一些鼓励消费者安装太阳能光伏以获得储能的激励措施，如太阳能所有者将多余的电力出售给电网而获得的“净计量”费率，可以减少水电费，最终平衡安装成本等，这些政策使得加州处于全美国太阳能行业领先的地位(如表2所示)。
另外，建筑材料的制造和运输过程中排放的碳属于隐含碳，一旦施工安装就无法回收，因此寻找低碳建筑材料也是重要的方面。对此，2017年加州《购买清洁加州法案》(AB 262)要求竞标州基础设施和建设项目的承包商披露4种建筑材料(结构钢、碳钢螺纹钢、平板玻璃和矿棉板保温材料)的温室气体排放。洛杉矶市、伯克利、库比蒂诺和里士满均已经批准了该法案，将其作为城市零碳建筑的新行政指令的一部分。
表2 2020年各州建筑分布式太阳能发电量[34]亿kW·h 导出到EXCEL
| 建筑分布式太阳能发电量 | |
加利福尼亚州 |
174.70 |
亚利桑那州 |
29.12 |
新泽西州 |
25.04 |
马萨诸塞州 |
23.22 |
纽约州 |
22.90 |
德克萨斯州 |
16.14 |
夏威夷州 |
12.11 |
佛罗里达州 |
11.17 |
马里兰州 |
9.94 |
内华达州 |
8.72 |
2.4 政策要点
从美国联邦到地方，零碳建筑的政策涉及建筑本身的设计建造运行、能源系统、工业与建材生产及财政激励等几个方面(见图5)。
图5 美国零碳政策要点
对于建筑本身，相关政策会明确给出辖区范围内的零碳/能耗建筑定义、目标、范围；确保政策涵盖建筑物的设计、建造、运营、拆除等全寿命周期；以建筑能效提升为核心，推广高性能电气化；在政策设置时根据建筑类型分类别设定对应基准；以新建筑为抓手推进零碳的落实，协同处理重大改造项目和既有建筑更新。在能源系统方面，相关政策强化末端能源使用，支持从化石燃料的过渡，引导乃至强制禁止在新建筑中使用天然气；鼓励建筑接入具有高比例清洁/可再生能源的电网；鼓励现场提供清洁能源、可再生能源，扩大太阳能光伏(PV)系统；提倡分布式储能，提高电储能标准。对于工业与建材生产，则创建专项工作组为建筑材料(如钢铁或水泥)展开污染性评测，并推广低碳建筑材料。最终通过财政激励措施(如鼓励消费者安装太阳能光伏以获得储能的激励措施),降低可再生能源平衡与碳补偿的成本，加速市场转型，推动整个价值链的深度协作，并创造就业机会，进而提高政策的经济可行性。
3 零碳建筑相关标准、标识
3.1 联邦政府层面
在美国国家层面，现行的相关法律规范与标准主要包括国际节能规范IECC(最新2021版)、ANSI/ASHRAE/IES标准90.1除低层居住建筑外的建筑能源标准(最新2019版)和ANSI/ASHRAE/ICC/USGBC/IES标准189.1高性能绿色建筑设计标准(最新2020版)。其中，IECC与标准90.1是美国国会认可的隶属于《节能与生产法》(ECPA)下的住宅与商业建筑的国家示范能源规范[35],也是几乎每个州建筑能源规范的基础[36]。二者均为每3年更新发布一次。其中，2021版IECC涉及35项居住建筑的能源使用要求更新(包括高效照明、增加外墙保温、增加屋面隔热、改善门窗传热系数、提高机械通风风机效率、热回收通风、自然采光等)[37],与2018版相比能节省9.38%的终端能源和减少8.66%的碳排放量[38];而2019年版的标准90.1增加了88个补充项(涉及建筑围护结构、暖通空调、生活热水、电力、照明、设备等部分的规定性与强制性设计施工要求),相比于2016版，节约4.7%的终端能耗与减少4.2%的碳排放量[35]。这些规范与标准的周期性持续更新，使得相关的技术细节不断完善、指标要求不断加强，从而为渐进式地实现零碳建筑奠定技术基础，为在全美国范围内稳步推进零碳建筑提供保障[36]。
除了基础的绿色建筑标准规范，ASHRAE还与AIA、照明工程学会(IES)和USGBC合作开发制定了《高级能源设计指南(AEDG)——实现零能耗》系列(或零能耗建筑设计导则)及《高级能源设计指南(AEDG)——50%》系列，为实现零能耗建筑提供包括设计、施工、运行阶段的策略建议。前者仅包括2种建筑类型：K-12学校(小学、中学、高中)和中小型办公建筑。其中零能耗建筑采用DOE的ZEB通用定义，并给出了不计算可再生能源情况下的办公与学校的建筑能效目标[39]。后者则涵盖更多的建筑类型，包括中小型办公建筑、K-12 学校、中型到大型零售建筑、大型医院。《高级能源设计指南(AEDG)——50%》系列提供的设计策略指导目标是在标准90.1(2004版)最低要求的建筑物的基础上提高50%的节能要求[40]。这2个系列一起为实现零能耗提供不同层级和阶段性的指导。需要说明的是，随着ASHRAE标准的逐步更新，目前最新版的ASHRAE标准90.1和189.1等已经超过了AEDG的要求。但在发展的过程中，AEDG超前于当时的标准，并为后来的标准更新与开发起到了引领与过渡作用，因此具有不可忽视的抽象历史价值。这种通过指南的形式引领下一阶段建筑政策走向与标准开发的方式是值得借鉴的。
此外，在2021年12月的14057号行政令及“联邦可持续发展计划”中提到将制定并发布针对联邦建筑的性能标准，计划为联邦建筑建立衡量标准、目标和跟踪方法，以达到联邦碳排放目标。但目前尚未确定制定建筑性能标准的时间表与具体细节。
3.2 地方政府层面
依据美国联邦的《节能与生产法》,各地方的规范与标准在参照标准90.1或IECC的基础上，根据自身情况选择是否上调，以确立本地区的具体建筑节能规范与标准。这种为实现更高的建筑物节能效果而对基本规范的部分强化/上调的地方性规范或替代合规路径，称为“加强规范”(Stretch code)。相比于基本规范，加强规范对建筑节能的要求更高，但其差距可能随着基本规范的更新变小甚至消失。因此，加强规范除了可以避免基本规范跟不上技术和设计实践的进步，也有助于市场参与者提前熟悉未来基础规范要求，从而确保在采用新的强制性基础规范后能有更高的合规率。目前，美国许多地方政府已使用加强规范。例如马萨诸塞州于2008年将净零能耗建筑加强规范作为该州建筑规范的附录。该加强规范以IECC为基准，更多地强调能源性能，而不是给出规定性的措施要求[41],即只要建筑物的能源性能足够高效，那么无论它是如何建造的都符合规范要求[42],这是一种目标导向而非过程导向。除了州一级政府，市一级政府也会在州政府的规范基础上制定自己的加强规范。例如2016年加州圣莫尼卡市议会通过了加强规范，要求所有新的独栋住宅的能源使用量比2016年加州能源法规规定的能源少15%[42]。
除了采用加强规范外，一些领先的司法管辖区通过自己制定建筑标准规范推动零能源和零碳目标。加州就是其中的典型代表：加州能源法规(CEC)于1978年创建，旨在减少新建和既有建筑中的浪费和不必要的能源消耗。研究表明，该法规成功地降低了能源消耗：1978年以后建造的普通房屋与1978年之前建造的类似房屋相比，节约8%～13%的制冷用电[43]。加州建筑标准规范每3年更新一次，最新版在住宅光伏系统、围护结构性能和非住宅照明要求等领域有所提升，与上一版相比住宅可节能约53%,非居住建筑的能耗将减少约30%,这将在3年内减少70万t的温室气体排放[44]。此外，加州法规Title 24第11部分的CALGreen是美国第一个强制性的全州绿色建筑规范。该规范涉及新建筑或新建筑的一部分、扩建和改建，以及所有占用的非住宅结构构件。国际规范委员会(ICC)与加州建筑官员(CALBO)合作，提供CALGreen认证考试[45]。除了采用能耗类指标(EUI)外，一些地方政府(如波士顿、纽约)已经开始将全年温室气体排放(GHG)作为标准规范中的建筑衡量指标(如表3所示)[46],这将有助于和碳排放政策目标保持一致性。
表3 一些地方政府采用的不同类型建筑衡量指标[46] 导出到EXCEL
指标 |
地区 |
全年温室气体排放(GHG) |
波士顿、纽约市 |
能源之星分数 |
丘拉维斯塔、华盛顿特区 |
天气标准化的现场能源使用强度(EUI) |
丘拉维斯塔、丹佛市、华盛顿州 |
现场能源使用强度(EUI) |
圣路易斯 |
3.3 其他社会/行业组织标准
除了官方的规范与标准外，美国还有许多致力于零碳建筑推广与认证的组织机构，如建筑2030(Architecture 2030)、ILFI、USGBC等。这些组织的影响力遍布全球。
Architecture 2030制定了零碳建筑规范(zero code),将零碳建筑定义为：一座高效的建筑，不使用现场化石燃料，并生产或采购足够的可再生能源，以满足每年的建筑运营能耗。该规范适用于所有新的商业建筑及中高层住房。零碳建筑规范将具有成本效益的能源效率标准与现场和/或场外可再生能源相结合，从而实现零净碳建筑。在能效上，它要求首先满足ASHRAE或IECC的建筑能效的最低规定或性能要求，并随对应标准的更新而更新[47]。Architecture 2030提供了可再生能源场外采购的几种潜在备选办法，并提供了能量计算器用于简化计算和提供合规路径辅助。目前加州已采纳零碳建筑规范，用于新的商业、机构、高层住宅和酒店/汽车旅馆建筑[48]。
ILFI的净零碳和能源认证是一个同时针对运营碳和隐含碳的基于绩效的零碳第三方认证标准。该标准要求：与项目相关的100%的运营能源使用必须被新的现场或场外可再生能源所抵消，并且必须披露和抵消与项目结构和材料相关的100%隐含的碳排放影响[49]。该标准的合规性基于实际测量而不是建模或预期性能，因此项目必须在12个月的绩效期间，按照既定的效率目标执行并与其所述用途保持一致，以展示实际的净零碳运营。项目的能效目标应满足当地制定的零碳效率目标。此外，新建筑项目(1)不得燃烧天然气。项目需使用经批准的寿命周期评估工具计算项目的隐含碳排放总量，包括基础、结构、围护和室内相关的每种建筑材料和过程的碳影响估计值。任何新建筑和材料通过从批准的来源进行一次性碳抵消。可接受的碳补偿形式包括核证减排量(CER)和验证减排量(VER)碳信用额，不接受可再生能源证书(REC)。碳补偿必须通过Green-e Climate或同等计划的认证。
LEED Zero(包括零碳、零能耗、零水、零垃圾)建筑认证由USGBC开发，是对LEED认证标识系列的补充，用于验证建筑物中净零目标的实现情况。所有LEED Zero认证(无论是零碳还是零能耗)都要求所有项目先通过BD+C或O+M评级系统的认证，并提供绿色商业认证公司(GBCI)所需的12个月性能数据进行判断[50]。LEED零碳认证的碳平衡计算为：碳平衡=碳排放总量-碳减排总量。其中，碳排放总量是指建筑能源消耗及电网以化石燃料发电并传输至现场所产生的碳排放，通过能源或电力消耗量进行转换计算而得(2),目前尚未计入水、垃圾和材料的隐含碳排放；碳减排总量则包括由现场产生的能源和采购场外可再生能源所转换计算的碳排放(3)[50]。需要说明的是，碳平衡计算中包括了输出到电网的现场产生能源，但要注意输出时避免碳排放。目前美国一些司法管辖区已将LEED认证(主要是BD+C或O+M)作为新建筑的标准，但LEED Zero认证还在探索与更新中。
3.4 规范标准标识要点
美国通过联邦政府、地方政府与社会行业组织相协同的方式，构建了包括不同层级的建筑规范、标准、标识和认证的建筑要求与评价体系，从而为通向零碳建筑提供路径与支持(见图6)。其中，美国联邦政府以建筑性能为目标，强调结果而非过程为导向，不断更新基准规范要求。与我国标准框架的构建不同，美国联邦的基准规范对地方政府不具有强制性，仅作为各级地方政府及社会组织制定规范标准的参照依据；各级地方政府在联邦的基准上，依据辖区具体情况，通过加强规范或自定标准，提升建筑性能目标要求，引领下一阶段联邦政府层级的规范更新；社会行业组织机构则以零碳为目标，给出要求更严格、措施更具体、计算方法工具更明确的标识与认证，相关措施与认证会被政府规范采纳引用，为联邦和各级地方的规范政策更新与落实提供市场导向和驱动力。此外，联邦或地方政府的规范编制人员往往来自这些社会/行业组织机构，促进了各类规范、标准、标识和认证的相互引证与协同更新，呈现系统性特征。
图6 美国零碳相关规范标准标识要点
4 案例
案例1:435印第奥路改造项目(435 Indio Way)。
435印第奥路改造项目位于加州桑尼维尔，总规模2 951 m2,于2013年完成改造。原建筑建于1973年，是一座方形的单层混凝土斜屋顶建筑。原建筑老化、低能效，完全没有隔热措施，仅有混凝土墙和单层玻璃。
改造采用了一系列主被动设计策略(见图7),包括集成屋顶光伏发电、定制天窗、电致变色玻璃窗、建筑围护结构隔热、LED照明、户外便利设施活动区、菜园和可食用景观、太阳能热水、能源管理控制、智能设备等[51]。白天，天窗和电致变色玻璃窗使得100%的建筑空间可以完全利用自然光。自然通风系统包括自动可开启的窗户、天窗和吊扇，并在气候变化高峰期由超高效机械系统补充。
![图7 435印第奥路改造项目零碳策略示意[51]](/User/GetImg.ashx?f=NTKD/26278//NTKT202204014_252.jpg&uid=WEEvREcwSlJHSldTTEYzWEpEV3B3NzMvVjFkVm50NUJzcHZyZmxUVEVkWT0=$9A4hF_YAuvQ5obgVAqNKPCYcEjKensW4IQMovwHtwkF4VYPoHbKxJw!!)
图7 435印第奥路改造项目零碳策略示意[51]
改造后，该建筑单位面积年运行能耗为42.5 kW·h/m2,比传统办公楼节能75%。年可再生能源发电为90.4 kW·h/m2,不仅实现了能源抵消，每年还产生47.9 kW·h/m2的剩余能源[52]。此外，在经济性上，单位面积成本为1 744美元/m2。据估算，回收期为5.83年，并且改造完工后该建筑价值与最低标准建筑相比高1 085美元/m2[52]。最终，该项目仅在3个月内以高于预期的租金租赁(而类似建筑则需要18个月才能签署租户),为硅谷商业规范办公室改造提供了一个成功的模型[51]。该项目获得了ASHRAE金门分会现有商业建筑类别技术奖、2015年Acterra商业环境奖最佳可持续建筑环境奖，以及2014年《硅谷商业杂志》的“最佳再利用/康复项目”。
案例2:华盛顿州斯波坎的催化剂大楼(Catalyst Building)。
华盛顿州斯波坎的催化剂大楼是华盛顿州第一座由交叉层压木材(CLT)作为结构和设计元素进行建造的办公楼(见图8)。建筑面积15 690 m2[53],共5层，于2020年完工，单位面积成本2 690美元/m2[54]。目前该建筑正在寻求ILFI的零能源和零碳认证[55]。
图8 华盛顿州斯波坎的催化剂大楼(Catalyst Building)
项目通过可持续的机电设计、智能建筑管理系统及使用超过4 000 m3的CLT和胶合木产品来实现。这些木材来自当地的森林，采用生态采伐，并在距离现场24 km的地方制造。大量木材不仅使建筑物能够实现近乎被动房的热性能水平，对环境的影响与运输成本也小于钢铁或混凝土[55]。此外，该建筑采用了许多被动策略，包括雨水收集，基于被动房标准原则的围护结构设计，以及设计预期寿命为75年的耐用材料应用。它还配备了太阳能光伏阵列，每年将发电超过300 000 kW·h[54]。
项目团队采用了一个针对北美建筑行业的全寿命周期碳排放免费计算工具Athena Impact Estimator(5.2版)展开建筑的隐含碳计算：在对建筑各个部分(包括基础、竖向与横向的承重结构、屋顶与墙面等围护结构)建造所用的各类材料(木材、混凝土、钢材、玻璃、铝等)质量进行统计的基础上，按照建材的单位质量碳排放进行累加计算，从而得到该建筑的单位面积隐含碳排放约为207 kg/m2,低于单位建筑面积的大多数其他非木结构办公楼[53]。此外，Catalyst Building还储存了大约204 kg/m2的生物碳，而这几乎抵消了其前期隐含碳[53]。该项目证明，通过低碳材料的运用，可持续性建筑可以从节约能源使用扩大到建筑物寿命周期内的总碳排放量，实现可负担性、运营效率和租户舒适度指标共存[56]。
5 结语
建筑节能减碳是应对气候变化、实现社会零碳的重要途径。通过了解美国的零碳建筑政策和实践，对我国建筑领域碳中和具有很好的借鉴作用。综合美国经验，对我国建筑领域碳中和政策提出如下建议：
1) 建立建筑领域碳达峰碳中和路线图，并明确政策目标和时间表。
建筑领域碳达峰和碳中和目标的建立对我国建筑领域碳中和各项工作开展具有重要的引领作用。应给出建筑领域碳中和目标和路线图，并以此为基础，更好地引导建筑在不同气候区和终端用能环节的脱碳。建筑零碳路线图也要配合电力脱碳的路线图，给出建筑终端用能电气化路径。
2) 建立完整的建筑节能和零碳建筑标准，并用超前标准引领标准性能不断提升。
标准对建筑节能和脱碳有着指引作用。标准制定应更多地将中长期能效提升纳入考量，从以用能评价为导向逐渐转为以碳排放指标为导向。应加大标准、标识、绿色建筑评价体系在提升过程中的协同性。适当采用超前的高性能标准制定来引导强制性标准的提升。
3) 加大市场引导，推广零碳建筑标识和认证，采用市场手段推动零碳建筑建设。
推动零碳建筑的市场参与力度。采用第三方标识的形式对零能耗和零碳建筑进行认证，提升业主、设计方、施工方、租客等利益相关方对零碳建筑的认识。让公众意识到零碳建筑对社会的重要性，形成共同关注、积极参与的社会氛围与市场环境。
4) 重视建筑隐含碳排放，打通建筑建材生产、建筑设计和建造各环节建筑建材等隐含碳排放的政策。
有关建筑隐含碳排放的政策之前很少被讨论。建筑隐含碳排放相关标准需要建立并放到跟建筑运行碳排放同等重要的位置。考虑到建材生产碳排放主要发生在工业生产环节，需要加大对主要建材如钢铁、水泥、铝、玻璃等产品的碳排放数据公示，并打通建材生产碳排放和建筑建材消耗碳排放的数据通道。建立环保产品声明(EPD)体系对主要建材产品碳排放数据进行披露，并把建筑隐含碳排放纳入建筑设计标准和绿色建筑评价体系，进行定量评价。
收稿日期：2022-01-27
Received： 2022-01-27
本文引用格式：虞菲，冯威，冷嘉伟．美国零碳建筑政策与发展［Ｊ］．暖通空调，2022,52（4）：72-82．
[1] 联合国.气候行动报告[EB/OL].[2022-01-26].https://www.un.org/zh/climatechange/reports.
[2] 新华网.科普：联合国气候变化大会谈什么[EB/OL].[2022-01-26].http://www.news.cn/science/2021-11/01/c_1128019332.htm.
[3] 中华人民共和国中央人民政府.力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和——打赢低碳转型硬仗[EB/OL].[2022-01-26].http://www.gov.cn/xinwen/2021-04/02/content_5597403.htm.
[4] European Commision.A European green deal[EB/OL].[2022-01-26].https://ec.europa.eu/info/strategy/priorities-2019-2024/european-green-deal_en.
[5] The White House.FACT SHEET:President Biden sets 2030 greenhouse gas pollution reduction target aimed at creating good-paying union jobs and securing U.S.leadership on clean energy technologies[EB/OL].[2022-01-26].https://www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2021/04/22/fact-sheet- president- biden- sets- 2030- greenhouse- gas- pollution- reduction- target- aimed- at- creating- good- paying- union- jobs- and- securing- u- s- leadership- on- clean- energy- technologies/.
[6] The White House.ICYMI:President Biden signs executive order catalyzing America's clean energy economy through federal sustainability[EB/OL].[2022-01-26].https://www.whitehouse.gov/ceq/news- updates/ 2021/ 12/ 13/ icymi- president- biden- signs- executive- order- catalyzing- americas- clean- energy- economy- through- federal- sustainability/.
[7] GEARINO D.Inside clean energy:here are 5 states that took leaps on clean energy policy in 2021[EB/OL].[2022-01-26].https://insideclimatenews.org/news/23122021/inside-clean-energy-states-2021/.
[8] CORTESE A.The embodied carbon conundrum:solving for all emission sources from the built environment [EB/OL].[2022-01-26].https://newbuildings.org/ embodied- carbon- conundrum- solving- for- all- emission- sources- from- the- built- environment/.
[9] EIA.U.S.energy-related carbon dioxide emissions 2020 [EB/OL].[2022-01-26].https://www.eia.gov/environment/ emissions/ carbon/ pdf/ 2020_co2analysis.pdf.
[10] WorldGBC.Climate champion California joins the Net Zero Carbon Buildings Commitment [EB/OL].[2022-01-26].https://www.worldgbc.org/news-media/ climate- champion- california- joins- net- zero- carbon- buildings- commitment.
[11] WRI.Release:zero carbon buildings for all initiative launched at UN Climate Action Summit [EB/OL].[2022-01-26].https://wrirosscities.org/news/release- zero- carbon- buildings- all- initiative- launched- un- climate- action- summit.
[12] Architecture 2030.A brief introduction to the development of zero energy and zero carbon buildings in the United States[EB/OL].[2022-01-26].http://china.architecture2030.org/the-development-of-znc-and-zne-in-the-us/.
[13] MARSZAL A J,HEISELBERG P,BOURRELLE J S,et al.Zero energy building:a review of definitions and calculation methodologies[J].Energy and buildings,2011,43(4):971-979.
[14] PAN W.System boundaries of zero carbon buildings[J].Renewable and sustainable energy reviews,2014,37:424-434.
[15] ERHORN H,ERHORN-KLUTTIG H.Terms and definitions for high performance buildings[EB/OL].[2022-01-26].https://www.epbd-ca.eu/outcomes/arc/medias/pdf/High_Performance_Buildings.pdf.
[16] RIEDY C,LEDERWASCH A J,ISON N.Defining zero emission buildings:review and recommendations:final report[EB/OL].[2022-01-26].https://opus.lib.uts.edu.au/bitstream/10453/30817/1/2010004589OK.pdf.
[17] SARTORI I,NAPOLITANO A,VOSS K.Net zero energy buildings:a consistent definition framework[J].Energy and buildings,2012,48:220-232.
[18] ZHANG J J,ZHOU N,ADAM H,et al.Governance strategies to achieve zero-energy buildings in China[J].Building research and information,2016,44(5/6):604-618.
[19] HERNANDEZ P,KENNY P.From net energy to zero energy buildings:defininglife cycle zero energy buildings (LC-ZEB)[J].Energy and buildings,2010,42(6):815-821.
[20] New Building Institution.An insider's guide to talking about carbon neutral buildings[EB/OL].[2022-01-26].https://newbuildings.org/wp-content/uploads/2021/09/Insiders-Guide-to-Carbon-Neutral-Buildings-2021092-1.pdf.
[21] The White House.Executive Order 12873 of October 20,1993 Federal acquisition,recycling,and waste prevention [EB/OL].[2022-01-26].https://www.archives.gov/files/federal-register/executive-orders/pdf/12873.pdf.
[22] FedCenter.EO 13423 (Archive)-revoked by EO 13693 on March 19,2015,Sec.16(a) [EB/OL].[2022-01-26].https://www.fedcenter.gov/programs/eo13423/.
[23] OBAMA B.Executive Order 13514—federal leadership in environmental,energy,and economic performance [EB/OL].[2022-01-26].https://www.energy.gov/sites/prod/files/nepapub/nepa_documents/RedDont/Req-EO13514envtlleader.pdf.
[24] The White House.Executive Order 13693 of March 19,2015 Planning for federal sustainability in the next decade [J/OL].Federal register,2015,80(57):15871-15884[2022-01-26].https://www.govinfo.gov/content/pkg/FR-2015-03-25/pdf/2015-07016.pdf.
[25] Office of Energy Efficiency and Renewable Energy.Zero energy buildings[EB/OL].[2022-01-26].https://www.energy.gov/eere/buildings/zero-energy-buildings.
[26] CAMA T.Trump dials back Obama policy asking agencies to reduce emissions[EB/OL].[2022-01-26].https://thehill.com/policy/energy-environment/ 388293- trump- repeals- obama- policy- asking- federal- agencies- to- reduce.
[27] Hunton Andrews Kurth LLP.What you need to know about the Biden Administration's “long-term strategy” with “pathways to net-zero greenhouse gas emissions by 2050”[J/OL].National law review,2022,6[2022-01-26].https://www.natlawreview.com/article/what-you-need-to-know-about- biden- administration- s- long- term- strategy- pathways- to.
[28] Office of the Federal Chief Sustainability Officer.Federal sustainability plan[EB/OL].[2022-01-26].https://www.sustainability.gov/ federalsustainabilityplan/ index.html.
[29] Office of the Federal Chief Sustainability Officer.Net-zero emissions buildings by 2045,including a 50% reduction by 2032 [EB/OL].[2022-01-26].https://www.sustainability.gov/federalsustainabilityplan/buildings.html.
[30] California Public Utilities Commission.Zero net energy [EB/OL].[2022-01-26].https://www.cpuc.ca.gov/industries-and-topics/electrical-energy/demand-side-management/energy-efficiency/zero-net-energy.
[31] GOLDEN S.California just took a huge step towards building electrification [EB/OL].[2022-01-26].https://www.greenbiz.com/article/california-just-took-huge-step-towards-building-electrification.
[32] DISAVINO S.New York City bans natural gas in new buildings [EB/OL].[2022-01-26].https://www.reuters.com/markets/us/new-york-city-set-ban-natural-gas-new-buildings-2021-12-15/.
[33] California Energy Commission.2022 building energy efficiency standards summary [EB/OL].[2022-01-26].https://www.energy.ca.gov/sites/default/files/2021-08/CEC_2022_Energy Code Update Summary_ADA.pdf.
[34] HORN P.Leaders in small solar [EB/OL].[2022-01-26].https://insideclimatenews.org/news/16122021/ inside- clean- energy- california- rooftop- solar- policy/.
[35] DOE.Energy savings analysis:ANSI/ASHRAE/IES Standard 90.1-2019 [EB/OL].[2022-01-26].https://www.energycodes.gov/sites/default/files/2021-07/Standard_90.1-2019_Final_Determination_TSD.pdf.
[36] New Buildings Institute.Model and base energy codes [EB/OL].[2022-01-26].https://newbuildings.org/code_policy/model-and-base-energy-codes/.
[37] DOE.Energy savings analysis:2021 IECC for residential buildings [EB/OL].[2022-01-26].https://www.energycodes.gov/sites/default/files/2021-07/2021_IECC_Final_Determination_AnalysisTSD.pdf.
[38] DOE.Determinations [EB/OL].[2022-01-26].https://www.energycodes.gov/determinations.
[39] ASHRAE.The advanced energy design guide—achieving zero energy series [EB/OL].[2022-01-26].https://www.ashrae.org/technical-resources/aedgs/zero-energy-aedg-free-download.
[40] ASHRAE.The advanced energy design guide series [EB/OL].[2022-01-26].https://www.ashrae.org/technical-resources/aedgs/50-percent-aedg-free-download.
[41] Commonwealth of Massachusetts.Building energy code:summary of state building energy codes including the stretch code[EB/OL].[2022-01-26].https://www.mass.gov/info-details/building-energy-code.
[42] New Buildings Institute.Stretch codes (advanced codes) [EB/OL].[2022-01-26].https://newbuildings.org/code_policy/stretch-codes-advanced-codes/.
[43] NOVAN K,SMITH A,ZHOU T.Residential building codes do save energy:evidence from hourly smart-meter data [J/OL].The review of economics and statistics,2020,7:1-45[2022-01-26].https://doi.org/10.1162/rest_a_00967.
[44] California Energy Commission.2019 building energy efficiency standards frequently asked questions [EB/OL].[2022-01-26].https://www.energy.ca.gov/sites/default/files/2020-03/Title_24_2019_Building_Standards_FAQ_ada.pdf.
[45] California DGS.CALGreen[EB/OL].[2022-01-26].https://www.dgs.ca.gov/BSC/CALGreen.
[46] Institute for Market Transformation.Comparison of U.S.building performance standard[EB/OL].[2022-01-26].https://www.imt.org/wp-content/uploads/ 2021/ 07/ IMT- Matrix- Comparison- of- Building- Performance- Standards- Nov- 2021.pdf.
[47] Architecture 2030.About the zero code [EB/OL].[2022-01-26].https://zero-code.org/about/#toggle-id-4.
[48] Architecture 2030.Zero code for California [EB/OL].[2022-01-26].https://zero-code.org/wp-content/uploads/2018/09/ZERO-Code-California.pdf.
[49] ILFI.Zero carbon certification [EB/OL].[2022-01-26].https://living-future.org/zero-carbon-certification/.
[50] USGBC,LEED zero program guide [EB/OL].[2022-01-26].https://zero-code.org/wp-content/uploads/2018/09/ZERO-Code-California.pdf.
[51] RMW.Project:435 Indio Way Net Zero Energy Offices,Sunnyvale,CA [EB/OL].[2022-01-26].https://rmw.com/projects/435-indio-way/.
[52] New Buildings Institute.Verified zero net energy building case study:435 Indio Way [EB/OL].[2022-01-26].https://newbuildings.org/wp-content/uploads/2017/03/CPUC_435Indio.pdf.
[53] Carbon Leadership Forum.LCA of Katerra's buildings [EB/OL].[2022-01-26].https://carbonleadershipforum.org/katerra/.
[54] AIA.2020 innovation awards:Catalyst Building [EB/OL].[2022-01-26].https://www.aia.org/showcases/6366951-catalyst-building.
[55] DEVINE A.The Catalyst Building:sparking an eco-district neighborhood [EB/OL].[2022-01-26].https://www.naiop.org/Research-and-Publications/Magazine/ 2021/ Spring- 2021/ Business- Trends/ The- Catalyst- Building- Sparking- an- Eco- District- Neighborhood.
[56] ArchDaily.Catalyst Building / Michael green architecture [EB/OL].[2022-01-26].https://www.archdaily.com/ 950030/ catalyst- building- michael- green- architecture.
[57] Catalyst.South landing eco-district:sharing energy and information [EB/OL].[2022-01-26].https://www.catalystspokane.com/.