基于LEEDV4評價標準的綠色建筑模擬流程探究

摘要：近幾年來，我國綠色建筑發展迅猛。但有助于優化綠色建筑設計的能耗模擬分析，在當前設計中存在指導滯后的問題。因此，本文基于LEED V4整合設計的要求，結合綠色建筑咨詢的項目經驗，對綠色建筑能耗模擬流程進行了探究，說明了在方案設計階段進行初步能耗模擬的必要性，為項目后續的節能設計提供了技術參考與支持。

關鍵詞：綠色建筑;能耗模擬;方案設計階段;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在降低總能耗、減少碳排放和增強能源安全保障的一個非常重要的舉措;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域（出自該組織“World Energy Outlook 2012”這一報告中）。眾所周知，一棟建筑的生命周期（從概念設計到實際運營維護）長達幾十年甚至幾百年，所以無論是一棟建筑的初期設計還是其后期的建造方式和過程，都會對日后的能源有效利用或過度消耗產生深遠影響。因此，充分挖掘公共建筑的節能潛力的綠色建筑設計，將是降低公共建筑能耗的重要舉措之一。

1 國內綠色建筑認證現狀

近幾年來，我國綠色建筑發展迅猛。國內綠色建筑項目的設計及評價主要是依托于兩個標準，一個是國內的《綠色建筑評價標準》，另一個則是美國綠色建筑委員會（USGBC）開發的LEED認證體系。而目前國內越來越多的新建項目是“雙認證”項目，即一棟新建建筑同時申請國內綠色建筑認證和美國LEED認證。

2013年11月份，LEED V4新版本體系正式發布，并且在2015年6月1號之后，所有新申請的項目都必須采用LEED V4標準。LEED V4相較于之前的LEED 2009版本，新增“整合過程”（Integrative process）這一考評項。該考評項明確要求在方案設計階段，根據現有信息，建立大樓的能耗模型，發掘建筑節能潛力，并對項目中一些初始假定的合理性展開分析（挑戰傳統典型假定）。評估以下策略中至少2種：

（1）場地情況：遮陽、室外照明、相鄰場地。

（2）建筑熱惰性以及朝向：分析建筑體形系數和朝向對于空調系統選型、建筑能耗等的影響。

（3）圍護結構主要參數：保溫、窗墻比、玻璃參數、外遮陽等。

（4）照明：評估內表面的反射率和人員活動區的照度范圍。

（5）熱舒適范圍

（6）室內設備負荷需求：評估降低建筑插座、辦公設備負荷的可能性（如采用購買高能效設備、制訂采購策略等）。

（7）運行參數：評估多功能的空間、建筑運行時間表等。

基于以上LEED V4“整合過程”的要求，本文將結合相關LEED咨詢項目的實際經驗，探究在方案設計階段進行初步建筑模擬分析的必要性。

2 傳統的建筑能耗模擬分析流程

《建筑工程設計文件編制深度規定》（由中國住建部頒布）中將建筑的整個設計周期分為三個階段，分別為方案設計階段、初步設計階段以及施工圖設計三個階段。由此可看出，方案設計階段是整個建筑設計過程的第一階段。

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

3 當前的建筑能耗分析流程存在的問題

3.1 對設計的指導滯后

在建筑的全生命周期中，各個階段對建筑的影響如下圖2所示，各階段的對建筑性能的影響是逐漸降低的。而目前由于一些甲方（項目建設者）對綠色建筑設計了解的不夠深入，對建筑節能設計認識的不夠明確，在項目的施工圖設計階段或后期才會考慮聘請綠色建筑咨詢顧問（LEED顧問）。若在該階段，建筑咨詢顧問（LEED顧問）基于施工圖進行的建筑能耗模擬分析完成后發現了問題，那么設計方案將需要進行大量改動或整個設計推倒重來，這樣不僅增加了整個項目的設計難度，還會造成不必要的返工，嚴重的還會影響整個項目的施工進度。

3.2 影響項目成本投入

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營維護階段呈持續上升的態勢。而目前部分預計申請LEED認證或國內綠標認證的項目中，雖然大部分的建筑設計師，在方案設計階段都希望在設計的過程中加入節能概念，但是建筑的外形、功能還是其考慮的首要因素。因而若在施工圖設計階段各項節能技術以“補丁”的形式出現，不僅不能從根本上提升建筑的綠色性能，還會增加建筑的建造成本，進而持續影響后期建筑運營維護成本（成本費用持續增加）。

4 綠色建筑能耗模擬流程優化-以項目案例進行說明

針對當前綠色建筑能耗分析流程中存在的問題，本文以LEED V4“整合過程”的要求為基礎，以實際項目為例說明能耗模擬分析如何在方案設計階段指導或優化綠色建筑設計。此次分析主要從“整合過程”要求的圍護結構主要參數這一策略（優化窗墻比）入手，進行深入評估。

4.1 項目概況

本項目位于中國上海市，夏熱冬冷地區，項目總建筑面積約為9萬平方米，業態為辦公樓，其中辦公標準層層高為4.5m，共35層。基于LEED V4“整合過程”的要求，此次在方案設計階段初期，根據現有建筑平面圖，利用能耗模擬軟件eQuest建立了一個簡單的模型（simple box model），對不同方案進行了對比分析。

4.2 建筑設計參數設置

建筑師初步計算后給出的窗墻比為70%，因本次模擬在方案設計階段初期，好多設計參數未明確，故除窗墻比之外的所有圍護結構參數均為合理假設值，且都是根據《公共建筑節能設計標準》GB50189-2015進行選取設置的，具體參數如下：

因本項目在方案設計階段初期，建筑圖紙尚未明確劃分區域，故eQuest模型內只建立了核心筒區（非空調區域）與辦公區（空調區域）。

4.3 優化方案的參數確定

因本項目申請LEED認證，故在后續階段需確定本項目較LEED基準建筑的節能率。上海是Ashrae中的3A氣候區，對應的LEED基準建筑的圍護結構參數如下：

根據表1與表2的參數對比，可見本項目較LEED基準建筑主要的不節能因素，是窗墻比過高。對于項目所在的以夏季空調為主的南方地區，過大的窗墻比將導致空調季太陽得熱負荷激增。因此，本項目作為全玻璃幕墻建筑，有必要通過降低窗墻比方式提高幕墻的節能效果;故建議優化外立面設計，將窗墻比調整為60%。而南方地區辦公類項目，由于室內通常存在較大的穩定內熱源（辦公設備散熱、人員散熱、燈光散熱等），根據模擬計算，加強建筑保溫對建筑全年能耗的影響不明顯，故其他圍護結構參數保持不變;建議的優化方案與原方案對比參數如下表3：

4.4 模擬結果與分析

基于優化方案確定的參數，根據計算得出圍護結構各類別負荷構成如下圖所示，從圖3可看出，太陽得熱造成的冷負荷占圍護結構冷負荷比重最大，為73%左右。而就熱負荷而言（圖4），墻體及屋面的傳熱負荷占比最大，為82%左右。

根據模擬計算結果，原方案和優化后方案兩者圍護結構冷負荷差異如下表5所示，將建筑的窗墻比由70%降低60%后，圍護結構冷負荷降低10.71%，圍護結構熱負荷降低7.85%。

5 結論與建議

基于以上對窗墻比優化前后的分析，在上海地區適當的降低建筑的窗墻比，尤其是全玻璃幕墻建筑，可降低建筑負荷，進而降低建筑能耗;這種通過優化建筑設計本身而降低建筑能耗的措施，要比利用設備減少建筑能耗（建筑采暖、空調等能耗）的措施，更靈活，更便于實施，而且在一定程度上，還可以減少后期在設備采購、安裝和維護上的費用。

建筑師在方案設計階段確定建筑的基本造型，其他設計顧問團隊在建筑師的設計方案的基礎上，確定建筑的相關設計參數（幕墻參數、機電設計參數等）。在該階段確立的建筑設計方向與設計思路，對整個設計過程有著重要的指導意義。相關研究表明，57%的建筑節能技術措施是在方案設計階段確定的，而只有13%是（下轉頁）

（上接頁）在初步設計階段確定的，并且越往后期，想要實現相同的技術目標，所付出的成本也就越高。

以本文中的項目為例，如果外立面透明玻璃面積占比較大（窗墻比高），可導致后期冷負荷計算值偏大，進而造成冷水機組、水泵、空調末端等在內的空調系統整體選型偏大，既不利于節能，又增大了不必要的系統初投資，并可能會間接導致建筑運營階段，因多余機組常年不開啟造成的資源浪費。

因此，在方案設計階段對建筑進行初步的模擬分析，不僅能發掘建筑節能潛力，還能在后續設計深化階段對方案設計的不足之處進行針對性的修改，從節能的角度優化建筑設計，達到建筑節能的目的。故而在方案設計階段進行初步的建筑模擬分析，是非常有效的建筑節能手段之一。

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

（作者單位：科進柏誠工程技術（北京）有限公司上海分公司）