零能耗建筑（Zero-energy building），也称为零净能源（ZNE）建筑，净零能耗建筑（NZEB），净零建筑或零碳建筑是一座零净能耗建筑，意味着能源总量建筑物每年使用的大致相当于现场可再生能源的数量，或其他地方可再生能源的其他定义。 与类似的非ZNE建筑相比，这些建筑物对大气的总温室气体贡献较少。 它们有时会消耗不可再生的能源并产生温室气体，但在其他时候会减少相同数量的能源消耗和温室气体产量。 欧盟和其他同意国家批准和实施的类似概念是近零能源大楼（nZEB），其目标是到2020年使该地区的所有建筑物都符合nZEB标准。零能耗建筑正在变得更加普遍用于新建筑但对现有房屋的升级仍然相当罕见。
概观
大多数零净能源建筑从电网获得一半或更多的能量，并在其他时间返回相同的数量。 一年中产生过剩能源的建筑物可称为“能源加建筑物”，消耗能量略高于其生产能耗的建筑物被称为“近零能源建筑”或“超低能耗建筑”。
为了实现零能耗建设，建筑物的能源使用必须减少到使用零碳源（如太阳能电池板或风力涡轮机）在现场生成所有能源的程度。 能源使用减少：
在墙壁，屋顶和地下室天花板上安装厚绝缘材料（最多12“），
防风雨，防止冬天冷空气泄漏到房子里，夏天暖空气进入房子，
安装高效电器，例如新冰箱和用于加热/交流系统的新型循环风扇。
安装双层玻璃或三层玻璃窗（绝对是单层玻璃的八倍），
用高效热泵为房屋供暖（热泵的效率是燃烧天然气或煤炭等化石燃料的四倍，
使用高效灯泡，例如LED（LED产生的光效率是白炽灯的五倍 – 即传统的灯泡）。
现代零能耗建筑的发展主要是通过新能源和建筑技术和技术的进步实现的。 这些包括高绝缘喷涂泡沫绝缘，高效太阳能电池板，高效热泵和高度绝缘的低辐射三层玻璃窗。 这些创新也通过学术研究得到了显着改善，该研究收集了传统建筑和实验建筑的精确能源性能数据，并为先进的计算机模型提供了性能参数，以预测工程设计的功效。
零能耗建筑可以成为智能电网的一部分。 这些建筑的一些优点如下：
整合可再生能源
插电式电动车的集成 – 称为车辆到电网
实施零能耗概念
虽然净零概念适用于各种资源，如能源，水和废物。 能源通常是第一个被定位的资源，因为：
能源，特别是电力和加热燃料，如天然气或取暖油，价格昂贵。 因此，减少能源使用可以节省建筑物所有者的钱。 相反，水和废物是便宜的。
能源，特别是电力和燃料燃料，碳足迹很高。 因此，减少能源使用是减少建筑物碳足迹的主要方式
有明确的手段可以显着减少建筑物的能源消耗和碳足迹。 其中包括：添加隔热材料，使用热泵代替炉子，使用低辐射双层或三层玻璃窗户，并在屋顶上添加太阳能电池板。
政府资助的补贴和税收优惠安装热泵，太阳能电池板，三层玻璃窗和隔热材料，大大降低了建筑物所有者获得净零能耗建筑的成本。 例如，在美国，有太阳能电池板的联邦税收抵免，国家激励措施（根据州而有所列出），用于太阳能电池板，热泵和高度隔热的三层玻璃窗。 一些州，如马萨诸塞州，也提供零利息或低息贷款，允许业主购买热泵，太阳能电池板和三层玻璃窗，否则他们无法负担。 据报道，将现有房屋变为净零能源的成本占房屋价值的5-10％。 据报道，投资回报率为15％。 详情请见此处。
定义
尽管名称为“零净能量”，但该术语在实践中的含义有几种定义，北美和欧洲之间的使用情况有所不同。
零网站能源使用
在这种类型的ZNE中，现场可再生能源提供的能量等于建筑物所使用的能量。 在美国，“零净能源建设”通常指的是这种类型的建筑。
零净能源使用
该ZNE产生与所使用的能量相同的能量，包括用于将能量传输到建筑物的能量。 这种类型解释了发电和输电过程中的能量损失。 这些ZNE必须产生比零网站能源建筑更多的电力。
净零能量排放
在美国和加拿大之外，ZEB通常被定义为净能量排放为零的ZEB，也称为零碳建筑或零排放建筑。 根据这一定义，现场或非现场化石燃料使用产生的碳排放量由现场可再生能源产量的平衡。 其他定义不仅包括建筑物在使用中产生的碳排放，还包括建筑物建造中产生的碳排放和结构的体现能量。 其他人则在讨论是否应该将计算中包括往返建筑物的碳排放量计算在内。新西兰的最新工作已经开始采用一种方法，包括在零能耗建筑框架内建设用户运输能源。
净零成本
在这种类型的建筑物中，购买能源的成本通过电力销售到现场发电电网的收入来平衡。 这种状态取决于公用事业如何归功于净发电和建筑物使用的公用事业费率结构。
净场外零能耗
如果建筑物100％的能源来自可再生能源，即使能源是从场地产生的，也可以将建筑物视为ZEB。
现成的电网
离网建筑物是独立的ZEB，不与场外能源设施连接。 它们需要分布式可再生能源发电和储能能力（当太阳不发光，风不吹等时）。 能源自给自足的房屋是一种建筑概念，可以在每小时甚至更小的基础上实现自身能源消耗和生产的平衡。 能源自给自足的房屋可以在离网时使用。
发电
在个别房屋的情况下，可以使用几种微型发电技术来为建筑物提供热量和电力。
电力：通过太阳能电池（光伏），风力涡轮机（风能）和燃料电池（氢气）。
热量：通过生物燃料，生物质，太阳能集热器（热水，热空气，低压蒸汽），建筑物热量积聚，水墙和Trombe-Michel墙，以及生物气候库中的其他热策略，在被动的房子。 利用这些技术可以为房屋或建筑物的环境提供加热，冷却甚至冷却。 最近的发展包括地热加热或潜水的积累，井的深度在40至70米之间，直径约30厘米，水从风机盘管或辐射地板空调系统再循环。 因此夏季热量积累在冬季使用，反之亦然。 最臭名昭着的例子是建筑师诺曼福斯特在柏林建造德国议会。
需求波动：为了应对热能或电力需求的波动，零能耗建筑通常连接到网络并具有双向计量表。 通过这种方式，他们在白天输出电力并在夜间进口。 最大的优点是避免固定电池的高成本及其维护以积聚电力。 实施该法案需要具体的立法和补贴政策。 在私人服务和弱国的力量的国家，这是非常困难的。 另一种可能性是建筑物完全自主（不与网络连接），但初始成本要高得多，如果没有补贴，很难摊销。
社区或零能源住宅开发是可行的，例如英国建造的BedZED，尽管德国有几个例子。 在这些情况下，分布式发电的概念与区域供热一起使用。 最近有一些零能耗整个城市建设的例子，例如中国上海附近的东滩。 在日本，有区域供暖和制冷的城市部门已经配备了热水和冷水作为公共服务。
净零能耗建设
根据联合研究计划“走向净零能源太阳能建筑”的科学分析，建立了一个方法框架，根据国家的政治目标，具体（气候）条件和分别制定的室内条件要求，允许不同的定义：整体对净ZEB的概念性理解是一种节能，并网建筑，能够从可再生能源中产生能量，以补偿其自身的能源需求。
“网”一词强调建筑与能源基础设施之间的能源交换。 通过建筑 – 电网互动，净ZEB成为可再生能源基础设施的积极组成部分。 这种与能源网络的连接可以防止季节性能源存储和超大型现场系统，以便从可再生能源（如能源自治建筑）中发电。 这两个概念的相似性是通过能源效率措施和被动能源使用来减少能源需求的两种行动的途径。 然而，净ZEB网格交互和计划广泛增加其数量引起了对能量负荷转移和降低峰值需求的灵活性的考虑。
在此平衡过程中，必须确定几个方面和明确的选择：
建筑系统边界被分成一个物理边界，分别确定考虑哪些可再生资源（例如在建筑物足迹，现场甚至非现场，参见），平衡中包含多少建筑物（单个建筑物，建筑群） ）和平衡边界，确定所包含的能源使用（例如加热，冷却，通风，热水，照明，电器，IT，中央服务，电动汽车和体现能源等）。 应该注意的是，可以优先考虑可再生能源供应选择（例如通过运输或转换努力，建筑物寿命期间的可用性或未来的复制潜力等），从而创建层次结构。 可能有人认为，建筑物占地面积或现场资源应优先于场外供应选择。
加权系统将不同能量载体的物理单位转换为统一的度量标准（现场/最终能源，包括或不包括源/一次能源可再生部件，能源成本，等效碳排放，甚至能源或环境信用），并允许他们进行比较和补偿在一个单一的平衡中相互之间（例如，出口的光伏电力可以补偿进口的生物质）。 受政治影响并且因此可能不对称或时间相关的转换/加权因子可以影响能量载体的相对值并且可以影响所需的能量产生能力。
平衡期通常假设为一年（适合涵盖所有运营能源用途）。 还可以考虑较短的时期（月度或季节性）以及整个生命周期的平衡（包括具体能源，除了运营能源使用之外，还可以进行年度化和计算）。
能量平衡可以在两种平衡类型中完成：1）交付/输入和输出能量的平衡（监测阶段可以包括现场产生的能量的自我消耗）; 2）（加权）能量需求和（加权）能量产生之间的平衡（对于设计阶段，通常最终用户的时间消耗模式 – 例如照明，电器等 – 缺乏）。 或者，可以想象基于每月净值的余额，其中每月只有残差总计为年度余额。 这可以看作是负载/发电余额，也可以看作是假设“虚拟月度自我消费”的进出口平衡的特例。
除了能源平衡之外，净ZEB的特点还在于它们能够通过能源生成（负载匹配）匹配建筑物的负荷，或者根据当地电网基础设施（研磨交互）的需要有益地工作。 两者都可以通过适当的指标来表达，这些指标仅用作评估工具。
这些信息以出版物为基础，可以找到更深入的信息。
设计和施工
降低建筑物能耗的最具成本效益的步骤通常发生在设计过程中。 为了实现有效的能源使用，零能耗设计明显偏离了传统的建筑实践。 成功的零能耗建筑设计师通常将经过时间考验的被动式太阳能或人工/假冒调节技术与现场资产相结合。 阳光和太阳能热，盛行的微风和建筑物下方的地球凉爽，可以用最少的机械手段提供采光和稳定的室内温度。 ZEB通常经过优化，可以使用被动太阳能热量增益和阴影，结合热质量来稳定全天的昼夜温度变化，并且在大多数气候条件下都是超绝缘的。 创造零能耗建筑所需的所有技术现在都可以在现货供应。
先进的三维建筑能源模拟工具可用于模拟建筑物如何使用一系列设计变量进行建模，例如建筑物方向（相对于太阳的日常和季节位置），窗户和门的类型和位置，悬伸深度，建筑构件的绝缘类型和数值，气密性（风化），加热，冷却，照明和其他设备的效率，以及当地的气候。 这些模拟有助于设计人员预测建筑物在建成之前的表现，并使他们能够对建筑成本效益分析的经济和财务影响进行建模，甚至更合适 – 生命周期评估。
零能耗建筑具有显着的节能特性。 通过使用高效设备（例如热泵而不是熔炉，热泵的效率是炉子的四倍）增加隔热（特别是在阁楼和房屋的地下室），降低了加热和冷却负荷，效率窗（如低辐射三层玻璃窗），防风雨，高效电器（特别是现代高效冰箱），高效LED照明，冬季被动式太阳能增益和夏季被动遮阳，自然通风和其他技术。 这些特征取决于施工发生的气候区域。 通过使用节水装置，废水上的热回收装置，以及使用太阳能热水和高效水加热设备，可以降低水加热负荷。 此外，使用天窗或日光灯进行采光可以在家中提供100％的日间照明。 夜间照明通常使用荧光灯和LED照明，使用比白炽灯低1/3或更低的功率，而不会增加不必要的热量。 通过选择有效的设备并最大限度地减少幻象负载或待机功率，可以减少各种电力负荷。 达到净零（取决于气候）的其他技术是地球保护建筑原则，使用稻草建筑的超绝缘墙，Vitruvianbuilt预制建筑板和屋顶元件以及用于季节性遮阳的外部景观。
一旦建筑物的能源使用最小化，就可以使用屋顶安装的太阳能电池板在现场产生所有能量。 在这里查看零净能源房屋的例子。
零能耗建筑通常设计用于双重使用能源，包括来自白色家电的能源。 例如，使用冰箱排气来加热生活用水，通风空气和淋浴排水热交换器，办公室机器和计算机服务器，以及体热来加热建筑物。 这些建筑物利用传统建筑物可能在外面排出的热能。 他们可能使用热回收通风，热水热回收，热电联产和吸收式冷却装置。
能量收获
ZEB收获可用能源以满足其电力和供暖或制冷需求。 到目前为止，最常见的获取能源的方法是使用屋顶安装的太阳能光伏板，将太阳光转化为电能。 也可以使用太阳能集热器（利用太阳的热量为建筑物加热水）收获能源。 地热源（也称为地热）或空气源的热泵也可以从建筑物附近的空气或地面收集热量和冷却。 技术上，热泵移动热量而不是收获热量，但是在减少能源使用和减少碳足迹方面的总体效果是相似的。 在个别房屋的情况下，各种微型发电技术可用于向建筑物提供热量和电力，使用太阳能电池或风力涡轮机用于电力，以及与季节性热能储存（STES）相连的生物燃料或太阳能集热器用于空间供暖。 通过将冬季寒冷储存在地下，STES也可用于夏季降温。 为了应对需求的波动，零能耗建筑物经常与电网连接，在有剩余电力时向电网输出电力，在没有足够的电力生产时抽取电力。 其他建筑可能完全自治。
当在当地但组合的规模上进行能量收集时，通常更有效（在成本和资源利用方面），例如，一组房屋，住宅，当地区，村庄等，而不是个人基础。 这种局部能量收集的能量益处是虚拟消除电力传输和电力分配损失。 现场能量收集，例如屋顶安装的太阳能电池板，完全消除了这些传输损耗。 这些损失约占转移能量的7.2％-7.4％。 商业和工业应用中的能量收集应受益于每个地点的地形。 然而，没有阴影的场地可以从建筑物的屋顶产生大量的太阳能电力，几乎任何地方都可以使用地热或空气来源的热泵。 在零净化石能源消耗下的商品生产需要地热，微水，太阳能和风能资源的位置来维持这一概念。
零能源社区，例如英国的BedZED开发，以及在加利福尼亚和中国迅速传播的社区，可能会使用分布式发电方案。 在某些情况下，这可能包括区域供热，社区冷冻水，共用风力涡轮机等。目前有计划使用ZEB技术来建造整个离网或净零能耗城市。
“能源收获”与“节约能源”的争论
零能耗建筑设计争论的一个关键领域是能源节约与可再生能源（太阳能，风能和热能）的分布式使用点收获之间的平衡。 大多数零能耗家庭都使用这些策略的组合。
由于政府对光伏太阳能电力系统，风力涡轮机等进行了大量补贴，有人认为ZEB是一个传统的房屋，采用分布式可再生能源收集技术。 这些房屋的全部增加都出现在光伏（PV）补贴很重要的地方，但许多所谓的“零能源房屋”仍然有水电费。 在没有增加节能的情况下，这种类型的能量收集对于光伏设备产生的当前电价（取决于电力公司电力的当地价格）可能不具有成本效益。 与现场发电（例如太阳能电池板）相比，保护所节省的成本，能源和碳足迹（例如，增加的隔热，三层玻璃窗和热泵）已经发布，用于升级到现有房屋这里。
自20世纪80年代以来，被动式太阳能建筑设计和被动式房屋已经证明，在没有主动能量收集的情况下，许多地方的加热能耗降低了70％至90％。 对于新建筑和专业设计，这可以通过与传统建筑相比较少的额外建筑成本来实现。 很少有行业专家具备完全掌握被动设计优势的技能或经验。 这种无源太阳能设计比在传统的低效建筑物的屋顶上添加昂贵的光伏板更具成本效益。 几千瓦时的光伏电池板（每年每千瓦时产量2至3美元，相当于美元）可能只会将外部能源需求减少15％至30％。 10万BTU（110 MJ）的高季节能效比14传统空调在运行时需要超过7 kW的光伏电力，并且不足以进行离网夜间运行。 被动冷却和卓越的系统工程技术可将空调需求降低70％至90％。 当总体电力需求较低时，光伏发电变得更具成本效益。
占用者的行为
建筑物中使用的能量可以根据其居住者的行为而有很大差异。 对被认为舒适的东西的接受程度差异很大。 对美国同类住宅的研究表明，能源使用方面存在巨大差异，一些相同的住宅使用的能源是其他住宅的两倍多。 乘员行为可能因设置和编程恒温器的差异，不同的照明和热水水平以及所使用的各种电气设备或插头负载的数量而异。
实用问题
公用事业公司通常在法律上负责维护为我们的城市，社区和个别建筑物供电的电力基础设施。 公用事业公司通常拥有这种基础设施，直到单个地块的房产线，并且在某些情况下也拥有私人土地上的电力基础设施。 公用事业公司表示担心，对ZNE项目使用净计量会对公用事业基础收入产生威胁，从而影响其维护和服务他们负责的部分电网的能力。 公用事业公司表示担心，维持净计量法的州可能会使非ZNE家庭的公用事业成本更高，因为那些房主将负责支付电网维护费用，而ZNE房主理论上如果他们确实达到ZNE状态就不会支付任何费用。 这造成了潜在的公平问题，因为目前，负担似乎落在低收入家庭身上。 这个问题的一个可能的解决方案是为连接到公用电网的所有房屋创建最低基本费用，这将迫使ZNE房主独立于电力使用而支付电网服务费用。
另外存在的问题是，局部分布以及较大的传输网格尚未设计为在两个方向上传输电力，这可能是必要的，因为更高水平的分布式能量产生在线。 克服这一障碍可能需要对电网进行大规模升级，但是，在可再生能源发电达到比目前实现的更高水平的渗透之前，这不被认为是一个主要问题。
发展努力
零能耗建筑技术的广泛接受可能需要更多的政府激励措施或建立规范法规，制定公认的标准，或显着增加常规能源的成本。
谷歌光伏校园和微软480千瓦光伏校园依靠美国联邦，特别是加州的补贴和财政激励措施。 加州目前为住宅和商业近零能耗建筑提供32亿美元的补贴。 其他美国州的可再生能源补贴（每瓦最高5.00美元）的详细信息可以在可再生能源和效率的国家激励数据库中找到。 佛罗里达州太阳能中心简要介绍了该领域的最新进展。
世界可持续发展工商理事会发起了一项支持ZEB发展的重大举措。 在联合技术公司首席执行官和拉法基公司董事长的带领下，该组织既有大型跨国公司的支持，也有动员企业界和政府支持的专业知识，使ZEB成为现实。 他们的第一份报告是对房地产和建筑业主要参与者的调查，结果显示建筑绿色的成本被高估了300％。 调查受访者估计，建筑物的温室气体排放量占全球总排放量的19％，而实际值约为40％。
有影响力的零能耗和低能耗建筑
那些委托建造被动房屋和零能耗房屋（过去三十年）的人对于迭代，渐进，前沿的技术创新至关重要。 从许多重大成功和一些昂贵的失败中学到了很多东西。
零能耗建筑概念是其他低能耗建筑设计的逐步演变。 其中，加拿大R-2000和德国被动房屋标准具有国际影响力。 协同政府示范项目，如超绝缘的萨斯喀彻温省议院和国际能源机构的任务13，也发挥了作用。
优点和缺点
优点
建筑业主隔离未来的能源价格上涨
由于内部温度更均匀，所以增加了舒适度（这可以通过比较等温线图来证明）
减少对能源紧缩的要求
由于提高了能源效率，降低了总体拥有成本
每月净生活费用总额减少
降低电网停电造成的损失风险
提高可靠性 – 光伏系统有25年保修期，在天气问题期间很少失败 – 在经历了最近三次飓风之后，沃尔特迪斯尼世界EPCOT能源馆的1982年光伏系统今天仍然运行良好
与事后的改造相比，新建筑的额外成本最小化
较高的转售价值，因为潜在的所有者需要更多的ZEB而不是可用的供应
相对于类似的传统建筑物，ZEB建筑物的价值应该在每次能源成本增加时增加
未来的立法限制，碳排放税/罚款可能会迫使昂贵的建筑物进行昂贵的改造
有助于社会的更大利益，例如为电网提供可持续的可再生能源，减少电网扩建的需要
缺点
初始成本可能更高 – 理解，应用和符合ZEB补贴（如果存在的话）所需的努力。
很少有设计师或建筑商拥有构建ZEB所需的技能或经验
未来公用事业公司可能出现的可再生能源成本下降可能会降低投资能效的资本价值
新的光伏太阳能电池设备技术价格每年下降约17％ – 这将减少投资太阳能发电系统的资本价值 – 随着光伏大规模生产降低未来价格，当前的补贴将逐步取消
在建筑物转售中恢复较高的初始成本的挑战，但新的能源评级系统正在逐步引入。
虽然个别房屋可能在一年内使用平均净零能量，但在电网的峰值需求出现时可能需要能源。 在这种情况下，电网的容量仍必须为所有负载提供电力。 因此，ZEB可能不会降低所需的发电厂容量。
在没有优化的热封套的情况下，所体现的能量，加热和冷却能量以及资源使用高于所需的能量。 根据定义，ZEB不要求最低的加热和冷却性能水平，从而允许超大的可再生能源系统填补能源缺口。
使用房屋信封捕获太阳能仅适用于不受太阳影响的地方。 太阳能捕获不能在北方（北半球，南半球南部）面向阴影或树木繁茂的环境进行优化。
零能源建设与绿色建筑
绿色建筑和可持续建筑的目标是更有效地利用资源并减少建筑物对环境的负面影响。 零能耗建筑实现了一个关键的绿色建筑目标，即在建筑物的整个生命周期内完全或非常显着地减少能源使用和温室气体排放。零能耗建筑在所有区域可能会或可能不会被视为“绿色”，例如减少浪费，使用回收的建筑材料等。但是，零能耗或净零建筑确实对生活的生态影响要小得多该建筑物与其他“绿色”建筑物相比，这些建筑物需要进口能源和/或化石燃料才能居住并满足居住者的需求。
由于设计挑战和对场地的敏感性，有效地满足建筑物和可再生能源（太阳能，风能，地热等）的能源需求，设计师必须采用整体设计原则，并利用免费的自然资产，如被动太阳能定向，自然通风，采光，热质量和夜间冷却。