基于LEEDV4評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的綠色建筑模擬流程探究

摘要：近幾年來(lái)，我國(guó)綠色建筑發(fā)展迅猛。但有助于優(yōu)化綠色建筑設(shè)計(jì)的能耗模擬分析，在當(dāng)前設(shè)計(jì)中存在指導(dǎo)滯后的問(wèn)題。因此，本文基于LEED V4整合設(shè)計(jì)的要求，結(jié)合綠色建筑咨詢(xún)的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，對(duì)綠色建筑能耗模擬流程進(jìn)行了探究，說(shuō)明了在方案設(shè)計(jì)階段進(jìn)行初步能耗模擬的必要性，為項(xiàng)目后續(xù)的節(jié)能設(shè)計(jì)提供了技術(shù)參考與支持。

關(guān)鍵詞：綠色建筑;能耗模擬;方案設(shè)計(jì)階段;LEED V4;建筑能耗

世界能源組織IEA（International Energy Agency）指出，提高能源效率將是世界各國(guó)在降低總能耗、減少碳排放和增強(qiáng)能源安全保障的一個(gè)非常重要的舉措;而提高能源效率這一巨大潛力中，有五分之四的潛力在建筑領(lǐng)域（出自該組織“World Energy Outlook 2012”這一報(bào)告中）。眾所周知，一棟建筑的生命周期（從概念設(shè)計(jì)到實(shí)際運(yùn)營(yíng)維護(hù)）長(zhǎng)達(dá)幾十年甚至幾百年，所以無(wú)論是一棟建筑的初期設(shè)計(jì)還是其后期的建造方式和過(guò)程，都會(huì)對(duì)日后的能源有效利用或過(guò)度消耗產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。因此，充分挖掘公共建筑的節(jié)能潛力的綠色建筑設(shè)計(jì)，將是降低公共建筑能耗的重要舉措之一。

1 國(guó)內(nèi)綠色建筑認(rèn)證現(xiàn)狀

近幾年來(lái)，我國(guó)綠色建筑發(fā)展迅猛。國(guó)內(nèi)綠色建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)主要是依托于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是國(guó)內(nèi)的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，另一個(gè)則是美國(guó)綠色建筑委員會(huì)（USGBC）開(kāi)發(fā)的LEED認(rèn)證體系。而目前國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的新建項(xiàng)目是“雙認(rèn)證”項(xiàng)目，即一棟新建建筑同時(shí)申請(qǐng)國(guó)內(nèi)綠色建筑認(rèn)證和美國(guó)LEED認(rèn)證。

2013年11月份，LEED V4新版本體系正式發(fā)布，并且在2015年6月1號(hào)之后，所有新申請(qǐng)的項(xiàng)目都必須采用LEED V4標(biāo)準(zhǔn)。LEED V4相較于之前的LEED 2009版本，新增“整合過(guò)程”（Integrative process）這一考評(píng)項(xiàng)。該考評(píng)項(xiàng)明確要求在方案設(shè)計(jì)階段，根據(jù)現(xiàn)有信息，建立大樓的能耗模型，發(fā)掘建筑節(jié)能潛力，并對(duì)項(xiàng)目中一些初始假定的合理性展開(kāi)分析（挑戰(zhàn)傳統(tǒng)典型假定）。評(píng)估以下策略中至少2種：

（1）場(chǎng)地情況：遮陽(yáng)、室外照明、相鄰場(chǎng)地。

（2）建筑熱惰性以及朝向：分析建筑體形系數(shù)和朝向?qū)τ诳照{(diào)系統(tǒng)選型、建筑能耗等的影響。

（3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要參數(shù)：保溫、窗墻比、玻璃參數(shù)、外遮陽(yáng)等。

（4）照明：評(píng)估內(nèi)表面的反射率和人員活動(dòng)區(qū)的照度范圍。

（5）熱舒適范圍

（6）室內(nèi)設(shè)備負(fù)荷需求：評(píng)估降低建筑插座、辦公設(shè)備負(fù)荷的可能性（如采用購(gòu)買(mǎi)高能效設(shè)備、制訂采購(gòu)策略等）。

（7）運(yùn)行參數(shù)：評(píng)估多功能的空間、建筑運(yùn)行時(shí)間表等。

基于以上LEED V4“整合過(guò)程”的要求，本文將結(jié)合相關(guān)LEED咨詢(xún)項(xiàng)目的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，探究在方案設(shè)計(jì)階段進(jìn)行初步建筑模擬分析的必要性。

2 傳統(tǒng)的建筑能耗模擬分析流程

《建筑工程設(shè)計(jì)文件編制深度規(guī)定》（由中國(guó)住建部頒布）中將建筑的整個(gè)設(shè)計(jì)周期分為三個(gè)階段，分別為方案設(shè)計(jì)階段、初步設(shè)計(jì)階段以及施工圖設(shè)計(jì)三個(gè)階段。由此可看出，方案設(shè)計(jì)階段是整個(gè)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程的第一階段。

而目前，我國(guó)的建筑能耗模擬分析過(guò)程大都是在施工圖設(shè)計(jì)階段進(jìn)行或施工圖設(shè)計(jì)階段完成后進(jìn)行，還有部分項(xiàng)目甚至是在建筑施工階段或竣工交付后才進(jìn)行。下圖（圖1）為目前最常見(jiàn)的建筑能耗分析的流程（目前大部分項(xiàng)目的建筑能耗模擬分析都是圖中所示流程）。

3 當(dāng)前的建筑能耗分析流程存在的問(wèn)題

3.1 對(duì)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)滯后

在建筑的全生命周期中，各個(gè)階段對(duì)建筑的影響如下圖2所示，各階段的對(duì)建筑性能的影響是逐漸降低的。而目前由于一些甲方（項(xiàng)目建設(shè)者）對(duì)綠色建筑設(shè)計(jì)了解的不夠深入，對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)的不夠明確，在項(xiàng)目的施工圖設(shè)計(jì)階段或后期才會(huì)考慮聘請(qǐng)綠色建筑咨詢(xún)顧問(wèn)（LEED顧問(wèn)）。若在該階段，建筑咨詢(xún)顧問(wèn)（LEED顧問(wèn)）基于施工圖進(jìn)行的建筑能耗模擬分析完成后發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，那么設(shè)計(jì)方案將需要進(jìn)行大量改動(dòng)或整個(gè)設(shè)計(jì)推倒重來(lái)，這樣不僅增加了整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)難度，還會(huì)造成不必要的返工，嚴(yán)重的還會(huì)影響整個(gè)項(xiàng)目的施工進(jìn)度。

3.2 影響項(xiàng)目成本投入

而從圖二可以看出，建筑成本的影響是逐漸升高的，并且在建筑后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段呈持續(xù)上升的態(tài)勢(shì)。而目前部分預(yù)計(jì)申請(qǐng)LEED認(rèn)證或國(guó)內(nèi)綠標(biāo)認(rèn)證的項(xiàng)目中，雖然大部分的建筑設(shè)計(jì)師，在方案設(shè)計(jì)階段都希望在設(shè)計(jì)的過(guò)程中加入節(jié)能概念，但是建筑的外形、功能還是其考慮的首要因素。因而若在施工圖設(shè)計(jì)階段各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)以“補(bǔ)丁”的形式出現(xiàn)，不僅不能從根本上提升建筑的綠色性能，還會(huì)增加建筑的建造成本，進(jìn)而持續(xù)影響后期建筑運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本（成本費(fèi)用持續(xù)增加）。

4 綠色建筑能耗模擬流程優(yōu)化-以項(xiàng)目案例進(jìn)行說(shuō)明

針對(duì)當(dāng)前綠色建筑能耗分析流程中存在的問(wèn)題，本文以L(fǎng)EED V4“整合過(guò)程”的要求為基礎(chǔ)，以實(shí)際項(xiàng)目為例說(shuō)明能耗模擬分析如何在方案設(shè)計(jì)階段指導(dǎo)或優(yōu)化綠色建筑設(shè)計(jì)。此次分析主要從“整合過(guò)程”要求的圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要參數(shù)這一策略（優(yōu)化窗墻比）入手，進(jìn)行深入評(píng)估。

4.1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于中國(guó)上海市，夏熱冬冷地區(qū)，項(xiàng)目總建筑面積約為9萬(wàn)平方米，業(yè)態(tài)為辦公樓，其中辦公標(biāo)準(zhǔn)層層高為4.5m，共35層。基于LEED V4“整合過(guò)程”的要求，此次在方案設(shè)計(jì)階段初期，根據(jù)現(xiàn)有建筑平面圖，利用能耗模擬軟件eQuest建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的模型（simple box model），對(duì)不同方案進(jìn)行了對(duì)比分析。

4.2 建筑設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置

建筑師初步計(jì)算后給出的窗墻比為70%，因本次模擬在方案設(shè)計(jì)階段初期，好多設(shè)計(jì)參數(shù)未明確，故除窗墻比之外的所有圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)均為合理假設(shè)值，且都是根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015進(jìn)行選取設(shè)置的，具體參數(shù)如下：

因本項(xiàng)目在方案設(shè)計(jì)階段初期，建筑圖紙尚未明確劃分區(qū)域，故eQuest模型內(nèi)只建立了核心筒區(qū)（非空調(diào)區(qū)域）與辦公區(qū)（空調(diào)區(qū)域）。

4.3 優(yōu)化方案的參數(shù)確定

因本項(xiàng)目申請(qǐng)LEED認(rèn)證，故在后續(xù)階段需確定本項(xiàng)目較LEED基準(zhǔn)建筑的節(jié)能率。上海是Ashrae中的3A氣候區(qū)，對(duì)應(yīng)的LEED基準(zhǔn)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：

根據(jù)表1與表2的參數(shù)對(duì)比，可見(jiàn)本項(xiàng)目較LEED基準(zhǔn)建筑主要的不節(jié)能因素，是窗墻比過(guò)高。對(duì)于項(xiàng)目所在的以夏季空調(diào)為主的南方地區(qū)，過(guò)大的窗墻比將導(dǎo)致空調(diào)季太陽(yáng)得熱負(fù)荷激增。因此，本項(xiàng)目作為全玻璃幕墻建筑，有必要通過(guò)降低窗墻比方式提高幕墻的節(jié)能效果;故建議優(yōu)化外立面設(shè)計(jì)，將窗墻比調(diào)整為60%。而南方地區(qū)辦公類(lèi)項(xiàng)目，由于室內(nèi)通常存在較大的穩(wěn)定內(nèi)熱源（辦公設(shè)備散熱、人員散熱、燈光散熱等），根據(jù)模擬計(jì)算，加強(qiáng)建筑保溫對(duì)建筑全年能耗的影響不明顯，故其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變;建議的優(yōu)化方案與原方案對(duì)比參數(shù)如下表3：

4.4 模擬結(jié)果與分析

基于優(yōu)化方案確定的參數(shù)，根據(jù)計(jì)算得出圍護(hù)結(jié)構(gòu)各類(lèi)別負(fù)荷構(gòu)成如下圖所示，從圖3可看出，太陽(yáng)得熱造成的冷負(fù)荷占圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷比重最大，為73%左右。而就熱負(fù)荷而言（圖4），墻體及屋面的傳熱負(fù)荷占比最大，為82%左右。

根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，原方案和優(yōu)化后方案兩者圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷差異如下表5所示，將建筑的窗墻比由70%降低60%后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷降低10.71%，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷降低7.85%。

5 結(jié)論與建議

基于以上對(duì)窗墻比優(yōu)化前后的分析，在上海地區(qū)適當(dāng)?shù)慕档徒ㄖ拇皦Ρ?，尤其是全玻璃幕墻建筑，可降低建筑?fù)荷，進(jìn)而降低建筑能耗;這種通過(guò)優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)本身而降低建筑能耗的措施，要比利用設(shè)備減少建筑能耗（建筑采暖、空調(diào)等能耗）的措施，更靈活，更便于實(shí)施，而且在一定程度上，還可以減少后期在設(shè)備采購(gòu)、安裝和維護(hù)上的費(fèi)用。

建筑師在方案設(shè)計(jì)階段確定建筑的基本造型，其他設(shè)計(jì)顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)在建筑師的設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，確定建筑的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)（幕墻參數(shù)、機(jī)電設(shè)計(jì)參數(shù)等）。在該階段確立的建筑設(shè)計(jì)方向與設(shè)計(jì)思路，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程有著重要的指導(dǎo)意義。相關(guān)研究表明，57%的建筑節(jié)能技術(shù)措施是在方案設(shè)計(jì)階段確定的，而只有13%是（下轉(zhuǎn)頁(yè)）

（上接頁(yè)）在初步設(shè)計(jì)階段確定的，并且越往后期，想要實(shí)現(xiàn)相同的技術(shù)目標(biāo)，所付出的成本也就越高。

以本文中的項(xiàng)目為例，如果外立面透明玻璃面積占比較大（窗墻比高），可導(dǎo)致后期冷負(fù)荷計(jì)算值偏大，進(jìn)而造成冷水機(jī)組、水泵、空調(diào)末端等在內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)整體選型偏大，既不利于節(jié)能，又增大了不必要的系統(tǒng)初投資，并可能會(huì)間接導(dǎo)致建筑運(yùn)營(yíng)階段，因多余機(jī)組常年不開(kāi)啟造成的資源浪費(fèi)。

因此，在方案設(shè)計(jì)階段對(duì)建筑進(jìn)行初步的模擬分析，不僅能發(fā)掘建筑節(jié)能潛力，還能在后續(xù)設(shè)計(jì)深化階段對(duì)方案設(shè)計(jì)的不足之處進(jìn)行針對(duì)性的修改，從節(jié)能的角度優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)，達(dá)到建筑節(jié)能的目的。故而在方案設(shè)計(jì)階段進(jìn)行初步的建筑模擬分析，是非常有效的建筑節(jié)能手段之一。

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作者簡(jiǎn)介：趙倩倩（1989—），女，河北石家莊人，碩士研究生，從事綠色建筑咨詢(xún)工作。

（作者單位：科進(jìn)柏誠(chéng)工程技術(shù)（北京）有限公司上海分公司）