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建筑生態(tài)環(huán)境與節(jié)能效果綜合評價(jià)
摘要：本文介紹了清華大學(xué)在建筑生態(tài)環(huán)境與節(jié)能效果綜合評價(jià)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(jià)理念，并通過實(shí)例介紹了具體的評價(jià)內(nèi)容，以期為我國實(shí)施建筑“星級”評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(biāo)時(shí)，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(jì)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(yīng)，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(shí)，將造成局部“熱島”現(xiàn)象，空調(diào)機(jī)的運(yùn)行能效比COP顯著下降，建筑周圍熱環(huán)境也被嚴(yán)重惡化。也就說，建筑節(jié)能和居住環(huán)境是兩個(gè)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(kuò)，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(jì)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(jì)到建筑細(xì)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(diǎn)的建設(shè)項(xiàng)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(jì)算機(jī)模擬為主要手段，從建筑聲學(xué)、光學(xué)、氣流、微氣候、空氣品質(zhì)、能耗等角度，對建筑設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面的評價(jià)，不僅有助于房地產(chǎn)開發(fā)商提高建設(shè)水平、增強(qiáng)項(xiàng)目市場競爭力，也有助于提高普通消費(fèi)者的生態(tài)意識(shí)、節(jié)能意識(shí)和環(huán)保意識(shí)，對于促進(jìn)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(xué)提出的建筑生態(tài)環(huán)境與節(jié)能效果綜合評價(jià)的方法、策略等，并通過實(shí)例介紹了具體的評價(jià)內(nèi)容，以期為我國實(shí)施建筑“星級”評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有益的探索。
2 評價(jià)系統(tǒng)簡介
2.1 國外經(jīng)驗(yàn)
關(guān)于建筑節(jié)能的評價(jià)，國外已經(jīng)有了一些已經(jīng)成熟并在實(shí)施的規(guī)范，并且有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模擬軟件來評價(jià)建筑的節(jié)能狀況以保證規(guī)范的實(shí)施。在美國有“節(jié)能之星”標(biāo)準(zhǔn)（Energy Star），這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施已經(jīng)有10年了。它比美國“標(biāo)準(zhǔn)能源法案”（Model energy Code）要求更加節(jié)能30%.通過這套標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)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(shí)間。也是因?yàn)橛辛诉@套標(biāo)準(zhǔn)，可以創(chuàng)造出激勵(lì)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(biāo)準(zhǔn)針對美國某地區(qū)而專門制訂的，因此在美國并沒有一個(gè)全國性的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，例如Title-24標(biāo)準(zhǔn)主要在加州實(shí)施。
芬蘭建立了一套叫做“能耗認(rèn)證系統(tǒng)”的標(biāo)準(zhǔn)（Energy Certification System）。在香港也通過授予“建筑認(rèn)證證書”（Building Pass）的方式來對建筑的能耗情況進(jìn)行規(guī)范。俄羅斯在莫斯科也實(shí)行了一種叫做“能耗護(hù)照”（Energy Passport）的建筑節(jié)能規(guī)范。它包括一套新的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)MGSN,希望能夠控制建筑設(shè)計(jì)、建造以及運(yùn)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(jìn)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(jià)內(nèi)容，然而實(shí)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(jià)標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)將環(huán)境質(zhì)量的評價(jià)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(jià)系統(tǒng)是對建筑生態(tài)環(huán)境進(jìn)行綜合分析，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、能源及社會(huì)等角度給予研究，從而對建筑環(huán)境給出客觀的評價(jià)和可行的建議。建筑生態(tài)環(huán)境的評價(jià)系統(tǒng)涉及內(nèi)容廣泛，包括小區(qū)規(guī)劃評價(jià)、建筑單體評價(jià)、環(huán)境控制系統(tǒng)方案評價(jià)等等；牽涉到的關(guān)鍵技術(shù)較多，如建筑熱環(huán)境模擬、計(jì)算流體力學(xué)（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(jī)結(jié)合和相互交叉形成了建筑生態(tài)環(huán)境評價(jià)系統(tǒng)的技術(shù)核心。
開發(fā)成熟的軟件系統(tǒng)實(shí)施建筑生態(tài)環(huán)境評價(jià)方法的基礎(chǔ)。在我國形成可實(shí)施的評價(jià)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(yùn)用的評價(jià)建筑生態(tài)與節(jié)能效果的軟件平臺(tái)，并形成相應(yīng)的激勵(lì)、保障實(shí)施措施，從而形成體系。
2.3 評價(jià)方法
一個(gè)重要的工作是研究住區(qū)生態(tài)與節(jié)能效果評價(jià)指標(biāo)，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(jià)參數(shù)，從而建立一套可操作的建筑環(huán)境評價(jià)軟件平臺(tái)的評價(jià)方法。
評價(jià)方法可采用的是模擬其運(yùn)行狀況的方法。這個(gè)方法有兩個(gè)層次的標(biāo)準(zhǔn)，首先對于規(guī)劃設(shè)計(jì)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(jì)直接進(jìn)行評價(jià)。第二個(gè)層次，對于節(jié)能效果，需要對其進(jìn)行全年模擬分析，而不是僅僅依靠穩(wěn)態(tài)計(jì)算或者是設(shè)計(jì)計(jì)算，從而給出節(jié)能效果星級評價(jià)等級。這兩個(gè)層次應(yīng)該是必須同時(shí)滿足的。
2.4 評價(jià)策略
對于評價(jià)策略，可以分兩步：一、在房屋建造之前，運(yùn)用評價(jià)軟件對規(guī)劃和設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行模擬，給出相應(yīng)審核評價(jià)（Plans review）；二、在建造完成之后，對建筑進(jìn)行實(shí)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(yīng)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(diǎn)
歸納起來，這一評價(jià)系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)：
a、清晰明了，易于理解與實(shí)施
b、相對靈活，可允許通過不同的手段達(dá)到相同的環(huán)境和節(jié)能效果；；
c、數(shù)據(jù)豐富且準(zhǔn)確，能給予用戶和房地產(chǎn)開發(fā)商明確的結(jié)論和指導(dǎo)依據(jù)；
d、激勵(lì)機(jī)制完善，可操作。
3 評價(jià)實(shí)例
以下通過實(shí)例，簡要介紹建筑生態(tài)環(huán)境與節(jié)能效果綜合評價(jià)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(diǎn)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(huì)增大，小區(qū)的安靜可能會(huì)受到干擾，為此業(yè)主要求進(jìn)行聲環(huán)境評價(jià)。
經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測，圖中的三個(gè)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)。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(dòng)情況對其微氣候有著重要的影響，局部風(fēng)速太大可能對人們的生活、行動(dòng)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(fēng)。因此，業(yè)主提出在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段預(yù)測居住小區(qū)內(nèi)的空氣流動(dòng)狀況，以對小區(qū)內(nèi)微氣候作出合理的評價(jià)。
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(fēng)，風(fēng)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(fēng)速高。原本業(yè)主擔(dān)心在建筑群中部的南北大通道上會(huì)有較強(qiáng)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(fēng)速基本小于1.2m/s,適于居民走動(dòng)、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(huì)形成局部氣流過強(qiáng)，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(dòng)畫顯示，效果更加逼真。
3.3 建筑群日照分析
當(dāng)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(shí)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(shí)實(shí)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(dòng)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(jià)
居住小區(qū)微氣候與熱環(huán)境的評價(jià)內(nèi)容，主要是考察人們在室外生活時(shí)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(jià)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(shí)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(jìn)行預(yù)測和比較的熱環(huán)境參數(shù)。
值得指出的是，即便是同一個(gè)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(gè)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(rèn)為某個(gè)區(qū)域的實(shí)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(shí)間， x是地點(diǎn)。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(dòng)分析，在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，筆者預(yù)測居住小區(qū)不同位置小范圍內(nèi)的逐時(shí)氣溫，同時(shí)進(jìn)行比較并給出評價(jià)；所得結(jié)果既可供居民選擇適合個(gè)人習(xí)慣的工作生活環(huán)境提出參考意見，同時(shí)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(qiáng)度”變化情況。從中可以看出，居住小區(qū)內(nèi)熱島強(qiáng)度小，溫度適宜，利于人們的室外活動(dòng)以及室內(nèi)持續(xù)進(jìn)行自然通風(fēng)，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(qiáng)，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(dòng)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(jià)
4 小結(jié)
目前，該項(xiàng)目以被列為建設(shè)部國家十五科技攻關(guān)項(xiàng)目，并逐步開展整合軟件系統(tǒng)、實(shí)際檢驗(yàn)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(jià)的項(xiàng)目入手，在實(shí)踐中完善這一評價(jià)系統(tǒng)，并通過將建筑環(huán)境和節(jié)能效果綜合評價(jià)理念的應(yīng)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(xiàn)
[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.
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[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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