1、 建筑生態環境與節能效果綜合評價 摘要：本文介紹了清華大學在建筑生態環境與節能效果綜合評價的方法、策略等，提出建筑生態環境與節能效果綜合評價理念，并通過實例介紹了具體的評價內容，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 在可持續發展成為全世界所追求的目標時，建筑行業也在關注能源以及環保的可持續發展問題。在中國，建筑能耗目前占國民經濟總能耗的25左右，且呈遞增趨勢，因此開展建筑節能工作有巨大潛力。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境，例如據有關測試1表明：在城市內建筑四周掛滿分體式空調時，將造成局部“熱島”現象，空調機的運行能效比COP顯著下降，建

2、筑周圍熱環境也被嚴重惡化。也就說，建筑節能和居住環境是兩個相互關聯、相互影響的問題。 隨著人民對生活質量要求的快速提高，建筑能耗以更高的速度增加，例如冬季供熱地區正迅速南擴，而北方地區空調器擁有量也迅速增加。建筑物壽命一般較長，建筑節能改造難度很大，因此在設計之初便考慮建筑能耗與環境影響便顯得至關重要。而我國廣大地區、不同氣候、不同類型的建筑節能不是依靠墻體保溫等措施就可以解決的2，更需要從建筑設計到建筑細布構造處理以及環境控制設備及系統等各種技術的集成來解決。 另一方面，建筑環境特別是居住環境質量受到越來越多的重視，居住區內的空氣質量、辦公或居室內的空氣品質、噪聲水平以及交通狀況都是人們關注

3、的問題。一些房地產開發商也注意到這一現象，相繼推出了以“綠色”、“生態”為宣傳點的建設項目，但真正的“綠色生態”建筑或住區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，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、能耗等角度，對建筑設計方案進行全面的評價，不僅有助于房地產開發商提高建設水平、增強項目市場競爭力，也有助于提高普通消費者的生態意識、節能意識和環保意識，對于促進我國可持續發展具有重要意義。本文簡要介紹由清華大學提出的建筑生態環境與節能效果綜合評價的方法、策略等，并通過實例介紹了具體

4、的評價內容，以期為我國實施建筑“星級”評價標準進行有益的探索。 2 評價系統簡介 2.1 國外經驗 關于建筑節能的評價，國外已經有了一些已經成熟并在實施的規范，并且有相應的標準模擬軟件來評價建筑的節能狀況以保證規范的實施。在美國有“節能之星”標準（Energy Star），這個標準實施已經有10年了。它比美國“標準能源法案”（Model energy Code）要求更加節能30。通過這套標準的實施，在不增加初投資的前提下可以節省3050%能源消耗，可以節省50的建造時間。也是因為有了這套標準，可以創造出激勵一些具有創新意義的節能技術和建材發明的氛圍。由于這套標準針對美國某地區而專門制訂的，因此

5、在美國并沒有一個全國性的統一標準，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”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）的建筑節能規范。它包括一套新的節能標準MGSN，希望能夠控制建筑設計、建造以及運行的質量，而且它可以為節能建筑提供潛在的購買者等信息，從而來促進節能建筑的良性發展。這些規范中都沒有包括環境質量的評價內容，然而實際上節能的最終目的是為了提高環境水平，減少

6、污染排放，從而真正做到可持續發展，所以完整的建筑生態環境與節能評價標準中應將環境質量的評價納入其中。 2.2 主要內容 建筑生態環境和節能效果評價系統是對建筑生態環境進行綜合分析，從技術、經濟、環境、能源及社會等角度給予研究，從而對建筑環境給出客觀的評價和可行的建議。建筑生態環境的評價系統涉及內容廣泛，包括小區規劃評價、建筑單體評價、環境控制系統方案評價等等；牽涉到的關鍵技術較多，如建筑熱環境模擬、計算流體力學（CFD），建筑日照分析與采光技術，噪聲控制以及建筑材料技術等。這些內容的有機結合和相互交叉形成了建筑生態環境評價系統的技術核心。 開發成熟的軟件系統實施建筑生態環境評價方法的基礎。在我

7、國形成可實施的評價系統，最終可能的有效途徑之一，就是開發一套可以廣泛運用的評價建筑生態與節能效果的軟件平臺，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生態與節能效果評價指標，以及如何從模塊化軟件的模擬仿真結果中提煉出能充分反映建筑生態環境、能耗特征的評價參數，從而建立一套可操作的建筑環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，首先對于規劃設計層次來說，可以通過模擬其日照、噪聲、空氣流場以及微氣候等，對其規劃和建筑設計直接進行評價。第二個層次，對于節能效果，需要對其進行全年模擬分析，而不是僅僅依靠

8、穩態計算或者是設計計算，從而給出節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，運用評價軟件對規劃和設計圖紙進行模擬，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境和節能效果星級等級。 2.5 系統特點 歸納起來，這一評價系統具有以下主要特點： 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境和節能效果； c、數據豐富且準確，能給予用戶和房地產開發商明確的結論和指導依據； d、激勵

9、機制完善，可操作。 3 評價實例 以下通過實例，簡要介紹建筑生態環境與節能效果綜合評價的主要內容。 3.1 居住小區聲環境 某居住小區位于北京東四環路東側，距四環路約400m，被現狀住宅區和規劃的城市干道分成東、西兩區。小區總面積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(1118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（1418層），板樓前后間距40至60 m。小區的周邊環境好，交通便捷，但是隨著小區及周邊道路、用地建設的完善，過境交通量可能會增大，小區的安靜可能會受到干擾，為此業主要求進行聲環境評價。 經現場實測，圖中的三個主要帶狀噪聲源可能影響到居住小區

10、聲環境，為此分別進行了模擬分析。 圖1居住小區聲環境分析 在分析的基礎上，得到居住小區內的噪聲分布，可以看到，顏色愈深的建筑所處的聲環境越差，在沒有采取設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居住小區噪聲分布及小區示意圖 3.2 建筑群空氣流場分析 仍以前述居住小區為例，這種高層建筑、多層建筑混合存在的小區，其建筑群內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，不利于室內的自然通風。因此，業主提出在規劃設計

11、階段預測居住小區內的空氣流動狀況，以對小區內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，暖色調表示風速高。原本業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域內風速基本小于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現，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

12、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，而利用多媒體技術的三維動畫效果可將分析結果表現得更加逼真。 圖5建筑群日照分析 3.4 居住小區微氣候與熱環境分析評價 居住小區微氣候與熱環境的評價內容，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。其中溫度作為人們感受居住環境好壞的主要參數，對評價小區熱環境至關重要，也是影響人們在室外生活質量的主要因素，它同時綜合反映了諸如小區的太

13、陽輻射及綠化狀況等其它因素的作用，也是就目前的技術手段而言相對較容易進行預測和比較的熱環境參數。 值得指出的是，即便是同一個地區的氣候情況也并不是處處相同的。“城市熱島”現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果使得城市氣溫與郊區或其它地區氣溫的不同，并將給城市居民的工作生活帶來深刻影響。一般說來，認為某個區域的實際氣溫是由基礎氣溫、太陽輻射、長波輻射的線性疊加得到的。區域地貌、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是區域

14、氣溫, C是基礎氣溫, 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，小區不同地方的溫度環境在受相鄰位置的建筑的材料結構和布局、小區的下墊面（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熱島或冷島、以及滯后或提前等現象。 結合建筑群空氣流動分析，在相關研究的基礎上，筆者預測居住小區不同位置小范圍內的逐時氣溫，同時進行比較并給出評價；所得結果既可供居民選擇適合個人習慣的工作生活環境提出參考意見，同時也能為改善居住小區熱環境指明方向。 下圖是某居住小區中不同位置的“熱島強度”變化情況。從中可以看出，居住小區內熱島強度小，溫度適宜，利于人們的室外活動以及室內持續進行自然通風，溫度環境令人滿意。其中的原因在于居住小區建筑布局合理，建筑間距選擇合適（天空視角系數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，環境最好的區域均為小