建筑生態(tài)環(huán)境與節(jié)能效果綜合評價

　　摘要：本文介紹了清華大學在建筑生態(tài)環(huán)境與節(jié)能效果綜合評價的方法、策略等，提出建筑生態(tài)環(huán)境與節(jié)能效果綜合評價理念，并通過實例介紹了具體的評價內(nèi)容，以期為我國實施建筑“星級”評價標準進行有益的探索。
　　
　　1 前言
　　
　　在可持續(xù)發(fā)展成為全世界所追求的目標時，建筑行業(yè)也在關(guān)注能源以及環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展問題。在中國，建筑能耗目前占國民經(jīng)濟總能耗的25%左右，且呈遞增趨勢，因此開展建筑節(jié)能工作有巨大潛力。建筑能耗不僅僅影響國家能源供應，而且能源使用效率的高低還影響環(huán)境，例如據(jù)有關(guān)測試[1]表明：在城市內(nèi)建筑四周掛滿分體式空調(diào)時，將造成局部“熱島”現(xiàn)象，空調(diào)機的運行能效比COP顯著下降，建筑周圍熱環(huán)境也被嚴重惡化。也就說，建筑節(jié)能和居住環(huán)境是兩個相互關(guān)聯(lián)、相互影響的問題。
　　
　　隨著人民對生活質(zhì)量要求的快速提高，建筑能耗以更高的速度增加，例如冬季供熱地區(qū)正迅速南擴，而北方地區(qū)空調(diào)器擁有量也迅速增加。建筑物壽命一般較長，建筑節(jié)能改造難度很大，因此在設(shè)計之初便考慮建筑能耗與環(huán)境影響便顯得至關(guān)重要。而我國廣大地區(qū)、不同氣候、不同類型的建筑節(jié)能不是依靠墻體保溫等措施就可以解決的[2],更需要從建筑設(shè)計到建筑細布構(gòu)造處理以及環(huán)境控制設(shè)備及系統(tǒng)等各種技術(shù)的集成來解決。
　　
　　另一方面，建筑環(huán)境特別是居住環(huán)境質(zhì)量受到越來越多的重視，居住區(qū)內(nèi)的空氣質(zhì)量、辦公或居室內(nèi)的空氣品質(zhì)、噪聲水平以及交通狀況都是人們關(guān)注的問題。一些房地產(chǎn)開發(fā)商也注意到這一現(xiàn)象，相繼推出了以“綠色”、“生態(tài)”為宣傳點的建設(shè)項目，但真正的“綠色生態(tài)”建筑或住區(qū)不僅僅是依靠多綠化就能解決的，更重要的是要考慮建筑物理環(huán)境中綜合因素的影響，包括聲、光、氣流、熱、能耗等諸多方面。
　　
　　利用信息技術(shù)，以計算機模擬為主要手段，從建筑聲學、光學、氣流、微氣候、空氣品質(zhì)、能耗等角度，對建筑設(shè)計方案進行全面的評價，不僅有助于房地產(chǎn)開發(fā)商提高建設(shè)水平、增強項目市場競爭力，也有助于提高普通消費者的生態(tài)意識、節(jié)能意識和環(huán)保意識，對于促進我國可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文簡要介紹由清華大學提出的建筑生態(tài)環(huán)境與節(jié)能效果綜合評價的方法、策略等，并通過實例介紹了具體的評價內(nèi)容，以期為我國實施建筑“星級”評價標準進行有益的探索。
　　
　　2 評價系統(tǒng)簡介
　　
　　2.1 國外經(jīng)驗
　　
　　關(guān)于建筑節(jié)能的評價，國外已經(jīng)有了一些已經(jīng)成熟并在實施的規(guī)范，并且有相應的標準模擬軟件來評價建筑的節(jié)能狀況以保證規(guī)范的實施。在美國有“節(jié)能之星”標準（Energy Star），這個標準實施已經(jīng)有10年了。它比美國“標準能源法案”（Model energy Code）要求更加節(jié)能30%.通過這套標準的實施，在不增加初投資的前提下可以節(jié)省30——50%能源消耗，可以節(jié)省50%的建造時間。也是因為有了這套標準，可以創(chuàng)造出激勵一些具有創(chuàng)新意義的節(jié)能技術(shù)和建材發(fā)明的氛圍。由于這套標準針對美國某地區(qū)而專門制訂的，因此在美國并沒有一個全國性的統(tǒng)一標準，例如Title-24標準主要在加州實施。
　　
　　芬蘭建立了一套叫做“能耗認證系統(tǒng)”的標準（Energy Certification System）。在香港也通過授予“建筑認證證書”（Building Pass）的方式來對建筑的能耗情況進行規(guī)范。俄羅斯在莫斯科也實行了一種叫做“能耗護照”（Energy Passport）的建筑節(jié)能規(guī)范。它包括一套新的節(jié)能標準MGSN,希望能夠控制建筑設(shè)計、建造以及運行的質(zhì)量，而且它可以為節(jié)能建筑提供潛在的購買者等信息，從而來促進節(jié)能建筑的良性發(fā)展。這些規(guī)范中都沒有包括環(huán)境質(zhì)量的評價內(nèi)容，然而實際上節(jié)能的最終目的是為了提高環(huán)境水平，減少污染排放，從而真正做到可持續(xù)發(fā)展，所以完整的建筑生態(tài)環(huán)境與節(jié)能評價標準中應將環(huán)境質(zhì)量的評價納入其中。
　　
　　2.2 主要內(nèi)容
　　
　　建筑生態(tài)環(huán)境和節(jié)能效果評價系統(tǒng)是對建筑生態(tài)環(huán)境進行綜合分析，從技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境、能源及社會等角度給予研究，從而對建筑環(huán)境給出客觀的評價和可行的建議。建筑生態(tài)環(huán)境的評價系統(tǒng)涉及內(nèi)容廣泛，包括小區(qū)規(guī)劃評價、建筑單體評價、環(huán)境控制系統(tǒng)方案評價等等；牽涉到的關(guān)鍵技術(shù)較多，如建筑熱環(huán)境模擬、計算流體力學（CFD），建筑日照分析與采光技術(shù)，噪聲控制以及建筑材料技術(shù)等。這些內(nèi)容的有機結(jié)合和相互交叉形成了建筑生態(tài)環(huán)境評價系統(tǒng)的技術(shù)核心。
　　
　　開發(fā)成熟的軟件系統(tǒng)實施建筑生態(tài)環(huán)境評價方法的基礎(chǔ)。在我國形成可實施的評價系統(tǒng)，最終可能的有效途徑之一，就是開發(fā)一套可以廣泛運用的評價建筑生態(tài)與節(jié)能效果的軟件平臺，并形成相應的激勵、保障實施措施，從而形成體系。
　　
　　2.3 評價方法
　　
　　一個重要的工作是研究住區(qū)生態(tài)與節(jié)能效果評價指標，以及如何從模塊化軟件的模擬仿真結(jié)果中提煉出能充分反映建筑生態(tài)環(huán)境、能耗特征的評價參數(shù)，從而建立一套可操作的建筑環(huán)境評價軟件平臺的評價方法。
　　
　　評價方法可采用的是模擬其運行狀況的方法。這個方法有兩個層次的標準，首先對于規(guī)劃設(shè)計層次來說，可以通過模擬其日照、噪聲、空氣流場以及微氣候等，對其規(guī)劃和建筑設(shè)計直接進行評價。第二個層次，對于節(jié)能效果，需要對其進行全年模擬分析，而不是僅僅依靠穩(wěn)態(tài)計算或者是設(shè)計計算，從而給出節(jié)能效果星級評價等級。這兩個層次應該是必須同時滿足的。
　　
　　2.4 評價策略
　　
　　對于評價策略，可以分兩步：一、在房屋建造之前，運用評價軟件對規(guī)劃和設(shè)計圖紙進行模擬，給出相應審核評價（Plans review）；二、在建造完成之后，對建筑進行實地抽查考核，以確定建造是否與審核后的圖紙相一致，如果是一致的，可相應授予一定的環(huán)境和節(jié)能效果星級等級。
　　
　　2.5 系統(tǒng)特點
　　
　　歸納起來，這一評價系統(tǒng)具有以下主要特點：
　　
　　a、清晰明了，易于理解與實施
　　
　　b、相對靈活，可允許通過不同的手段達到相同的環(huán)境和節(jié)能效果；；
　　
　　c、數(shù)據(jù)豐富且準確，能給予用戶和房地產(chǎn)開發(fā)商明確的結(jié)論和指導依據(jù)；
　　
　　d、激勵機制完善，可操作。
　　
　　3 評價實例
　　
　　以下通過實例，簡要介紹建筑生態(tài)環(huán)境與節(jié)能效果綜合評價的主要內(nèi)容。
　　
　　3.1 居住小區(qū)聲環(huán)境
　　
　　某居住小區(qū)位于北京東四環(huán)路東側(cè)，距四環(huán)路約400m,被現(xiàn)狀住宅區(qū)和規(guī)劃的城市干道分成東、西兩區(qū)。小區(qū)總面積26公頃，容積率2.0,戶型以一梯兩戶或三戶的高層、小高層單元（11——18層）組成的板樓為主，邊角處輔以一梯四戶或六戶的點式高層（14——18層），板樓前后間距40至60 m.小區(qū)的周邊環(huán)境好，交通便捷，但是隨著小區(qū)及周邊道路、用地建設(shè)的完善，過境交通量可能會增大，小區(qū)的安靜可能會受到干擾，為此業(yè)主要求進行聲環(huán)境評價。
　　
　　經(jīng)現(xiàn)場實測，圖中的三個主要帶狀噪聲源可能影響到居住小區(qū)聲環(huán)境，為此分別進行了模擬分析。
　　
　　圖1—居住小區(qū)聲環(huán)境分析
　　
　　在分析的基礎(chǔ)上，得到居住小區(qū)內(nèi)的噪聲分布，可以看到，顏色愈深的建筑所處的聲環(huán)境越差，在沒有采取設(shè)防噪綠
　　
　　帶等降噪措施的情況下，其臨街一面的室外噪聲級不能滿足居住區(qū)室外白天低于55dB、夜晚低于45dB的國家標準。為此，筆者對合理降噪提出了建議。
　　
　　圖2—居住小區(qū)噪聲分布及小區(qū)示意圖
　　
　　3.2 建筑群空氣流場分析
　　
　　仍以前述居住小區(qū)為例，這種高層建筑、多層建筑混合存在的小區(qū)，其建筑群內(nèi)部的空氣流動情況對其微氣候有著重要的影響，局部風速太大可能對人們的生活、行動造成不便，也有可能在某些地方形成旋渦和死角，不利于室內(nèi)的自然通風。因此，業(yè)主提出在規(guī)劃設(shè)計階段預測居住小區(qū)內(nèi)的空氣流動狀況，以對小區(qū)內(nèi)微氣候作出合理的評價。
　　
　　圖3—建筑群空氣流場分析
　　
　　上圖給出了該居住小區(qū)在北京冬季典型工況（北風，風速5m/s）下，1m水平高度上的空氣流速分布圖，暖色調(diào)表示風速高。原本業(yè)主擔心在建筑群中部的南北大通道上會有較強的氣流，但由于建筑布局比較合理，模擬分析顯示在這一大通道區(qū)域內(nèi)風速基本小于1.2m/s,適于居民走動、生活。倒是在建筑群的一些其他局部發(fā)現(xiàn)，由于繞流等的影響會形成局部氣流過強，筆者對此也提出了合理的建議。值得說明的是，此分析結(jié)果可以多媒體三維動畫顯示，效果更加逼真。
　　
　　3.3 建筑群日照分析
　　
　　當現(xiàn)代建筑越來越密集，從鋼筋水泥的叢林中穿過的一縷陽光顯得彌足珍貴，因此建筑群日照分析被越來越重視，人們不滿足于冬至日一小時日射這樣的要求，而更關(guān)心在周圍建筑物遮擋和建筑物自身遮擋的情況下，究竟自己等實實在在接受多少陽光。下圖給出某建筑群在夏季清晨的日照與遮擋狀況，而利用多媒體技術(shù)的三維動畫效果可將分析結(jié)果表現(xiàn)得更加逼真。
　　
　　圖5—建筑群日照分析
　　
　　3.4 居住小區(qū)微氣候與熱環(huán)境分析評價
　　
　　居住小區(qū)微氣候與熱環(huán)境的評價內(nèi)容，主要是考察人們在室外生活時切身感受到的諸如室外溫度、濕度、太陽輻射、氣流組織和綠化狀況等微氣候參數(shù)。其中溫度作為人們感受居住環(huán)境好壞的主要參數(shù)，對評價小區(qū)熱環(huán)境至關(guān)重要，也是影響人們在室外生活質(zhì)量的主要因素，它同時綜合反映了諸如小區(qū)的太陽輻射及綠化狀況等其它因素的作用，也是就目前的技術(shù)手段而言相對較容易進行預測和比較的熱環(huán)境參數(shù)。
　　
　　值得指出的是，即便是同一個地區(qū)的氣候情況也并不是處處相同的�！俺鞘袩釐u”現(xiàn)象就是其中一個很好的例子。它是城市化對氣溫影響的最突出特征，顯著反映了由于城市化的結(jié)果使得城市氣溫與郊區(qū)或其它地區(qū)氣溫的不同，并將給城市居民的工作生活帶來深刻影響。一般說來，認為某個區(qū)域的實際氣溫是由基礎(chǔ)氣溫、太陽輻射、長波輻射的線性疊加得到的。區(qū)域地貌、建筑密度、建筑材料、建筑布局、綠地率等因素決定了區(qū)域溫度。即： M（I, t, x ）=C（I, t, x ）+L（I, t, x ）+E（I, t, x ）
　　
　　其中M是區(qū)域氣溫， C是基礎(chǔ)氣溫， L是局地地貌， E是城市化程度， I是天氣狀況， t是時間， x是地點。具體來說，在建筑群集地區(qū)，小區(qū)不同地方的溫度環(huán)境在受相鄰位置的建筑的材料結(jié)構(gòu)和布局、小區(qū)的下墊面（如沙土或水泥路面）、綠化情況（包括水景布置）、以及交通和家電等人為排熱因素的影響下，可能使得局地氣溫出現(xiàn)熱島或冷島、以及滯后或提前等現(xiàn)象。
　　
　　結(jié)合建筑群空氣流動分析，在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，筆者預測居住小區(qū)不同位置小范圍內(nèi)的逐時氣溫，同時進行比較并給出評價；所得結(jié)果既可供居民選擇適合個人習慣的工作生活環(huán)境提出參考意見，同時也能為改善居住小區(qū)熱環(huán)境指明方向。
　　
　　下圖是某居住小區(qū)中不同位置的“熱島強度”變化情況。從中可以看出，居住小區(qū)內(nèi)熱島強度小，溫度適宜，利于人們的室外活動以及室內(nèi)持續(xù)進行自然通風，溫度環(huán)境令人滿意。其中的原因在于居住小區(qū)建筑布局合理，建筑間距選擇合適（天空視角系數(shù)較高而利于長波輻射冷卻）；且集中綠地多，綠化好，并或多或少地采用了人工水景布置（使得其與空氣的熱濕交換加強，有效地降低了空氣的溫度）。值得一提的是，環(huán)境最好的區(qū)域均為小區(qū)居民日常生活、起居、休憩、娛樂等活動的主要場所，該區(qū)域內(nèi)的健康適宜的溫度環(huán)境將極大地利于居民的室內(nèi)外的生活質(zhì)量的提高。
　　
　　圖6—居住小區(qū)微氣候與熱環(huán)境分析評價
　　
　　4 小結(jié)
　　
　　目前，該項目以被列為建設(shè)部國家十五科技攻關(guān)項目，并逐步開展整合軟件系統(tǒng)、實際檢驗使用情況的工作，從對建筑生態(tài)環(huán)境和節(jié)能效果綜合評價的項目入手，在實踐中完善這一評價系統(tǒng)，并通過將建筑環(huán)境和節(jié)能效果綜合評價理念的應用，明晰建筑生態(tài)環(huán)境的真正內(nèi)涵，推廣建筑節(jié)能概念，并為我國可持續(xù)發(fā)展做一定的探索。
　　
　　參考文獻
　　
　　[1]. T. T. Chow, Z. Lin, Thermal Problems of Split-type Air-conditioning Units Installed at High-rise Buildings of Hongkong, Proceedings of International Conference of Air Conditioning in High Rise Buildings' 97, pp108-113.
　　
　　[2]. 清華大學建筑環(huán)境與設(shè)備研究所，中國建筑節(jié)能調(diào)查分析報告，2000年1月
　　
　　[3]. 陳義雄，淺說綠化建筑與綠化綠化發(fā)展，暖通空調(diào)，第2期，2000年4月

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