廣義建筑節能與綠色建筑

■ 楊 麗 Yang Li 錢 鋒 Qian Feng Bing Wang

廣義建筑節能與綠色建筑

■ 楊 麗 Yang Li 錢 鋒 Qian Feng Bing Wang

現今能耗與環境破壞日益嚴重，可持續綠色建筑設計受到世界范圍內的廣泛關注。迫切要求我國建筑業走可持續發展之路，大力推行綠色建筑，建立相應的綠色建筑環境評價體系，使綠色建筑的各項技術措施和手段落到實處。廣義建筑節能理念不同于傳統建筑節能，它相比其更直接、更全面，對幫助綠色建筑環境的建設有創新性的突破。文章提出了廣義建筑節能的概念，從整體節能、海綿城市、既有建筑改造、節能建筑材料、城市整體規劃、節能評估考慮，旨在分析廣義建筑節能與綠色建筑環境的關系。

廣義建筑節能；綠色建筑；節能評估

建筑節能與綠色建筑的建設發展是國內外建筑業發展的主要趨勢，它的發展歷經了低能耗、零能耗、能效建筑、環境友好型建筑，到當下的生態建筑及綠色建筑理念。本文提出了一種區別于傳統建筑節能的理論方法——廣義建筑節能，全面探討了廣義建筑節能和綠色建筑環境的創造方法，旨在創建舒適、合理的綠色建筑。

1 廣義建筑節能

廣義建筑節能是本文提出的一種區別于傳統建筑整體節能理念，是一種遵循環境可持續發展的宏觀設計理念，從整體的環境、建筑節能可持續發展機制，從城市環境、建筑能源規劃到建筑單體節能，從整體節能概念把控到單個建筑節能設施建設（圖1）。綠色建筑環境的理念是應用環境回饋和資源效率的集成思維去設計和建造建筑。綠色建筑環境從建筑及其構件的全生命周期出發，考慮建筑使用性能和對環境、經濟的影響。海綿城市的建設是指，通過對城市建設規劃管理的加強，使城市內建筑、城市街道、綠化景觀及湖泊河流等生態系統對雨水進行自然吸納、蓄滲及緩釋，以此來有效控制城市的自然水環境，實現自然積存、滲透、凈化城市的方式。以雨水徑流減排、積蓄回用、污染控制、灰色綠色基礎設施相結合的多目標雨水系統構建為切入點，建立科學的城市建設方式，建成具有彈性的海綿城市。簡而言之，綠色建筑就是可持續建筑，其發展需要建立在正確的節能方法之上[1]。

2 綠色建筑

綠色建筑是基于建筑物的全壽命周期，在概念規劃、建設施工、運營使用到整修拆除的整個周期過程中，對自然資源進行最高效的利用，并對環境產生最小的負面影響。整個生命周期遵循“可持續發展”與“以人為本”的核心理念，提供一個舒適、健康的活動空間[2]。為了實現建筑節能的目的，在建筑方案構思和設計的階段，就應該分析建筑空間和區域內建筑群的能耗情況，明確節能思路與方向，有利于建筑空間與區域內建筑群節能措施的有效實施，從而達到廣義建筑節能的整體節能和環境優化效果。

綠色建筑是以生態系統的良性循環為基本原則，運用系統工程的方法和多學科交叉應用的現代建筑科學技術。綠色建筑與傳統的一般建筑有著許多區別，它是更高標準的建筑，綠色建筑的特點涵蓋了下列方面:

（1）綠色建筑的融合性。此處的融合性是指雖然綠色建筑作為一個獨立的個體，但它卻不是獨立存在的，它依附于周圍的環境，二者相輔相成的存在。建筑會對周圍的環境產生影響，環境也同樣會對建筑產生作用。

（2）綠色建筑的全生命周期性。綠色建筑考慮的是從物料的生產，規劃與設計、施工、運營維護、拆除和回收全過程周期，是從搖籃到墳墓時期的考慮。

（3）綠色建筑的不可再生資源和能源的消耗少。運用了先進的施工技術、管理方法，發展清潔能源，提高項目相關各方的工作效率。

（4）綠色建筑的技術經濟性。綠色建筑在其全生命周期中能夠實現最優的社會效益和經濟效益。綠色建筑在建造階段不可避免的會有一定的成本增量，但是如果從建筑的整個生命周期來看，卻是能夠實實在在的節約各項費用。

（5）綠色建筑的舒適性。綠色建筑不是像很多人想象的那樣只有園林綠化，那是一種室外環境的綠，而綠色建筑還需要表現室內環境的綠。只不過這種健康舒適的居住環境是有低能耗、高效率、親自然的各種技術水平提供的。

（6）綠色建筑的可持續性。海綿城市規劃建設的目的是，通過海綿城市建設確保城市水安全、合理利用和保護城市水資源，有效保護和提升城市水環境，科學保護城市規劃建設策略研究和修復城市水生態，因地制宜地維持和營造城市水文化，從而使城市具有良性的水循環、良好的生態環境和優美的城市景觀系統。海綿城市規劃建設原則應遵循：規劃引領、生態優先、安全為重、因地制宜、統籌建設。海綿城市規劃建設抓住雨水徑流總量控制、雨水徑流峰值控制、雨水徑流污染控制、雨水資源充分利用等多目標控制，采用多種技術，使雨水快速浸透、無損滯留、安全蓄存、有效凈化、科學使用、適時排放。通過降落雨水的削減、轉輸、調蓄，多途徑保護、修復、建設城市水環境和水生態，確保城市水安全，營造城市水文化[3][4]（圖2）。

圖1 廣義建筑節能與綠色建筑

3 整體節能

綠色建筑的建設應從整體規劃設計出發考慮，充分結合環境氣候因素，分析氣候的決定因素(如大氣環流、太陽輻射因素、地理等)的利弊影響，通過單體建筑的規劃布局，在區域范圍建筑群內創造有利于節能且舒適的微氣候環境。主要從日照環境設計、風照環境設計、綠化環境設計、光環境設計、水環境設計、垃圾處理設計、自然能源利用設計等方面進行全局設計（圖3）。不僅局限于建筑本身，結合環境因素，依靠節能技術整體實現建筑與氣候的和諧統一，達到最佳節能效果。

圖2 海綿城市示意圖

圖3 整體規劃與單體設計體系圖

圖4 既有建筑改造體系

3.1 既有建筑改造

既有建筑再利用與新建建筑建造在根本目的上就有所不同，既有建筑的目的是節能性能的提升，為了實現其目的需要對既有建筑的價值有所認識，其包括物質價值和歷史價值兩個方面。從歷史角度出發，社會經濟、意識形態等因素直接影響到公眾對既有建筑價值的認識，這也使得不同時期內的技術運用策略存在較大差異。物質價值是對既有建筑價值的最初認識，而忽略了其歷史價值，許多歷史建筑慘遭破壞，主要的再利用技術則以修繕技術為主[5]。而從現代城市建設發展開始，既有建筑的歷史價值才受到重視，然而建筑的物質價值卻受到了忽視，大量普通建筑被拆除。

太陽能、風能、生物質能、淺層地熱能等可再生能源被廣泛運用。但這些可再生清潔能源在既有建筑上卻應用較少或應用不合理。所以，既有建筑節能改造是指，對那些不符合建筑節能強制性標準的圍護結構、采暖制冷系統、供熱系統、照明設備和熱水供給設備等進行節能改造。既有建筑的節能改造是在建筑空間保證舒適度的前提下降低建筑物能量的消耗。既有建筑節能改造的范圍包括建筑的體形系數、建筑的窗墻面積比、窗的遮陽系數與氣密性、自然通風、天然采光、圍護結構的建筑熱工、屋頂及樓板受溫性能、室內節點節能（圖4）[6]。

對既有建筑進行改造具有很多效益：從經濟層面上來說，建造一個建筑的費用遠遠大于改造一個建筑；從市場的需求上來說,節能改造可以減少對新建建筑的需求,有利于房地產業的健康、持續發展；從地域的優勢上來說,既有建筑一般處于城市中心區域，附近交通很便利，人氣較高，而一個新建的建筑則可能需要用2～3年時間來發展成熟。所以，對既有建筑進行節能改造具有更多的效益，具有投入少、收效快的特點。

實現建筑節能的根本手段就是降低建筑能耗，而這種手段的實施是可以通過周密且有效的建筑節能技術來實現的。所以，必須在滿足室內消防安全、環境衛生、高舒適性的前提下，再因地適宜地運用不同的節能技術與措施，才能達到環保與節能的雙重目的。

3.2 節能建筑材料

建筑材料能耗的減少也是建筑節能的關鍵，建筑保溫措施的不斷加強，節能技術與設備的運用愈發成熟，建筑能耗逐步減少，但同時這些措施又會造成建材和其生產能耗的上升。建筑生命周期能耗評價的結果表明，對于有些節能建筑，建筑材料的能耗占了建筑全生命周期總能耗的40%以上，所以減少建筑材料的能耗具有重要意義，這就說明了節材就是節能。所以研究與提升新型建筑材料的節能保溫效果以及其環保特性，并在建筑設計中推廣應用，對我國構建可持續發展節能環保型社會具有重要的意義[7][8]。

3.2.1 新型建筑節能保溫材料應用

由于我國地域遼闊且南方、北方的氣候差異性比較大，北方相對較為寒冷，對墻體保溫性能有很高的要求。所以，良好的墻體與圍護結構保溫不僅可以減少熱量的損失從而節約能源，還能減少熱供暖設備對身體健康的影響。內保溫及外保溫是目前墻體保溫措施上的主要運用方法。

3.2.2 內保溫與外保溫

在建筑施工階段中，在墻體結構內增加保溫層，這種形式稱為內保溫，這種方法簡單靈活，且施工速度較快，保溫的時間也相對較長，在外墻體保護的情況下也不易受到破壞，是一種較為成熟的保溫方法。有諸多優點的同時也存在一些實際的不足，比如保溫材料的體形增大占據了一部分建筑空間的使用面積，對居民的裝修裝飾也有一定的影響，如果對房屋進行結構的改變也會破壞保溫材料，從而影響保溫效果。

墻體外保溫不同于內保溫，外保溫結構則不是在墻體內部增加保溫材料，而是在建筑墻體與結構建造完成以后，在墻體外增設保溫材料來達到建筑保溫的目的。相比內保溫，外保溫在二次裝修與施工上更為靈活，建筑面積受影響較小，并且更適用于既有建筑改造中。所以外保溫技術應用相對較廣。墻體外保溫起到保溫效果的同時，還一定程度上保護和美化了建筑外表，增加了建筑的使用壽命。外保溫技術與材料有著明顯優點的同時也存在一些不足，但節能外保溫材料的發展是建筑業未來發展的趨勢和需求。科學技術迅速發展的同時，新節能環保材料和技術將會不斷地創新和運用[9]。

從圖5曲線中可以看出，節能圍護結構利用了保溫材料的蓄熱性能，使得建筑內部空間受外界的影響較小，提高了建筑內部空間的溫度與舒適度；在向室內空間傳遞熱量的過程中會產生滯后效果，這種滯后效果比未增設相變材料的外圍護結構要小，且熱流傳播過程中的波動較小，這也使得室內空間的熱流損失很小，建筑的能量負荷大大降低。需要采暖的房間可以在用電低谷期運用相變墻體將熱量儲存起來，當遭遇用電高峰期的時候，則可將低谷期時儲存起來的熱能釋放出來，減小用電負荷。所以，將蓄熱保溫材料與建筑墻體結合，大大降低建筑能耗的同時，提高了建筑室內空間環境質量，還可以降低空調、供暖等設備的維護費用和利用率。

3.3 城市整體規劃

3.3.1 多樣布置街道

為了在城市空間內達到通風道的要求，可以在街道布置的時候整合幾種城市功能，讓通風道具備生態、環保、休閑、娛樂等多元化功能。例如，可以在街道的兩旁增設適當面積的公園或綠化帶美化環境的同時，街道兩邊的建筑橫向距離也得到了增加，使通風道的寬度符合需求，而且綠化本身就能為城市降溫。據研究統計，每平方米綠地平均每天可以從周邊的環境吸收約81MJ的熱量，相當于170臺空調制冷的效果。還可以在道路周圍建設公共活動空間，增設為行人休憩和服務的空間。

圖5 相變蓄能圍護結構對室內外溫度波動示意圖

3.3.2 整合生態綠地增進效果

將城市內部及近郊如河流、濕地、森林等大型的生態資源充分整合起來，并嚴格保護，這些河流水體與生態綠地的存在就是一種降低城市溫度、優化大氣質量、減少霧霾的主要載體，能使城市環境更為舒適與健康。每個水體與綠地都起到城市“通風道”的樞紐作用，盡量將建筑空間與各種生態用地整合和串聯到一起，以此提高建筑空間環境與氣候條件的適應性，做到建筑和城市通風道的相互連接。如圖6中的生態建設規劃，湖泊水域、綠地作為一個整體，從而建立通風道，則可以得到較理想的生態節能結果[10]。

3.3.3 明確規劃生態導向

生態導向對于一個城市的生態發展起著決定性的作用。根據生態導向的要求，將保護優化城市生態環境與建筑節能作為一項重要的指導思想，用節能環保的視角來處理城市規劃與大氣環境問題，需對城市體系、城鎮體系、生態小區進行生態環境規劃與改造研究。在城市規劃總體層面，首先確定保護目標，建立環境承載力為城市發展主導發展規模的思路，提出污染防護與治理的有效措施，調整優化城鄉產業與環境發展結構的規劃布局，優化城鄉生態環境的銜接并加快融合；其次在城市的詳細規劃與設計中，增設建設指標，以空容比、空地率、綠容比等為主，推行城鄉生態園區、城鄉生態居住小區，鼓勵綠色建筑的建設與既有建筑的綠色節能改造。

圖6 城市綠色規劃系統圖

圖7 節能評估指標體系

4 節能評估

建筑在初期設計階段的節能規劃方案與措施尤為重要，這直接影響到建筑在其全壽命周期內的節能水平，所以要對建筑設計方案進行節能評估，使建筑既美觀又節能。在全面發展綠色建筑與既有建筑綠色改造的大環境下，節能技術與評估被廣泛地應用在項目實例當中，節能報告主要從以下幾個方面進行評估：節地和環境、節約能源、節約水資源、節約建筑材料、室內外環境、運營管理等（圖7）。

評估方法：①規劃方案評估。當項目處于初步規劃構思階段時，一般僅能給出該項目的平面圖和經濟技術指標等少許內容，在這種情況下，按《公共建筑節能設計標準》和《低能耗居住建筑節能設計標準》控制規定性指標，且對此項目的常規方案進行評估預測。②設計評估。當項目進行至設計階段時，應該對設計圖紙內容進行評估，評估系統方案、節能方案、設備選用是否滿足要求。

評估內容：包括項目概況、建設方案、用能和能效水平等，即審視被評估的項目是否滿足評估依據中各項標準規范的要求。整個評估應該從“因地制宜”“節約資源和保護環境”的國家政策出發，對設計方案、節能措施貫徹可持續發展的方針，滿足建筑節能標準。嚴格執行強制性標準和環保政策，杜絕過于豪華且耗能的建筑建設。根據當地自然與人文條件，并結合當地節能技術特點等，評估并改善建設方案[11]。

4.1 選址

項目選址是建筑規劃中的一個重要環節和因素。合理的建設用地選擇可以滿足該項目的能源需求，所以應優先考察項目建設地點、發展規劃策略、國民經濟情況和社會發展情況、統計年鑒、能源規劃和供應批文等文件。

4.2 平面布置

適宜合理的平面布置是一個很重要的被動建筑節能手段，對建設項目的平面布局進行評估是否合理，評估的要點是：建筑朝向、建筑間距和綠化景觀。

（1）建筑間合理的間距可以使建筑空間光照環境更加好，并且減少多余的照明能耗，區域空間內的建筑密度不宜太大，所以在建筑規劃中，合理的建筑間距是不可或缺的。《城市居住區規劃設計規范》中規定：條型住宅之間間距不宜小于6m；多層和高層住宅之間的間距不宜小于13m；在建筑平面布局的過程中可以采用日照模擬軟件對建筑方案進行模擬，得出日照分析圖。

（2）合理的建筑朝向可以優化建筑空間的光環境，避免產生東西向的日曬。夏季自然通風和冬季足夠的日照時間，直接影響到建筑室內空間的舒適度和冷熱負荷，以及空調設備的能耗。根據區域空間建筑群的氣候環境、綠化環境等因素確定建筑的朝向，盡量采用南北朝向的布置。臥室則盡量采用南偏東15°～南偏西15°。建議對夏、冬兩季進行風環境模擬，滿足小區微環境的同時優化了室內的自然通風情況，同時滿足了《綠色建筑評價標準》，室外的風速不大于5m/s的標準。

（3）綠化景觀布置也是節能的一大要素，綠色植物在光合作用的過程中吸收大量的太陽輻射，其直接減少了陽光對建筑的直接輻射，同時還通過蒸騰作用吸收空氣中的熱量，有效地增加空氣濕度、降低空氣溫度。合理的綠化設計很好地降低了城市熱島效應，營造了適宜人居住小區微氣候。

5 結語

廣義建筑節能理念不同于傳統建筑節能，它相比其更直接、更全面，對幫助綠色建筑環境的建設有創新性的突破。另外，環境數字化模擬是一種快速、高效、經濟的研究手段，與傳統研究方法相比，它不但節省了大量的人力和物力，還能完成傳統方法所無法完成的實驗，本文通過數字模擬的方法，對上海市夏、冬兩季進行了仿真模擬，使我們對城市“熱島效應”的分布、成因以及與城市熱環境密切相關的風速、溫度、輻射溫度、大氣壓等一系列氣候因素有了更深的了解。并分析了適用于不同環境條件下的不同節能手段，對城市市中心及郊區空間布局，通風廊道，綠地布局，既有建筑通風保溫能力改造，新能源、太陽能等普及利用，城市廢氣處理系統建設等提出建議，為城市規劃、綠色建筑環境建設提供參考意見。此舉不僅可以改善城市熱環境，營造“宜居城市”，對于實現我國“低碳城市”、綠色建筑環境的戰略目標有著重要意義。

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Generalized Building Energy Saving and Green Building

The energy consumption and environmental destruction is becoming worse and worse, design of sustainable green building is widely concerned worldwide. It urgently requires China's building industry to go a sustainable development way, forcefully promotes green building, establishes corresponding environmental evaluation system for green buildings and fulfills each technical measures of green building. Different from traditional building energy saving, the generalized building energy saving concept is more direct and comprehensive and it has innovative breakthrough for construction of green building environment. The paper proposes the concept of generalized energy saving from overall energy saving, sponge city, remolding of existing buildings, energy saving building material, overall urban planning to energy saving evaluation aiming at analyze the relationship between generalized building energy saving and green building environment.

generalized building energy saving, green building; energy saving evaluation

2016-09-29）

國家自然科學基金資助（項目批準號：51378365；51178313/E0801）。

楊麗，博士，同濟大學建筑與城市規劃學院教授、博士生導師，高密度人居環境生態與節能教育部重點實驗室；錢鋒， 博士，同濟大學建筑與城市規劃學院教授、博士生導師，高密度人居環境生態與節能教育部重點實驗室主任；Bing Wang，博士，哈佛大學設計研究生學院副教授。