广义建筑节能与绿色建筑

■ 杨 丽 Yang Li 钱 锋 Qian Feng Bing Wang

广义建筑节能与绿色建筑

■ 杨 丽 Yang Li 钱 锋 Qian Feng Bing Wang

现今能耗与环境破坏日益严重，可持续绿色建筑设计受到世界范围内的广泛关注。迫切要求我国建筑业走可持续发展之路，大力推行绿色建筑，建立相应的绿色建筑环境评价体系，使绿色建筑的各项技术措施和手段落到实处。广义建筑节能理念不同于传统建筑节能，它相比其更直接、更全面，对帮助绿色建筑环境的建设有创新性的突破。文章提出了广义建筑节能的概念，从整体节能、海绵城市、既有建筑改造、节能建筑材料、城市整体规划、节能评估考虑，旨在分析广义建筑节能与绿色建筑环境的关系。

广义建筑节能；绿色建筑；节能评估

建筑节能与绿色建筑的建设发展是国内外建筑业发展的主要趋势，它的发展历经了低能耗、零能耗、能效建筑、环境友好型建筑，到当下的生态建筑及绿色建筑理念。本文提出了一种区别于传统建筑节能的理论方法——广义建筑节能，全面探讨了广义建筑节能和绿色建筑环境的创造方法，旨在创建舒适、合理的绿色建筑。

1 广义建筑节能

广义建筑节能是本文提出的一种区别于传统建筑整体节能理念，是一种遵循环境可持续发展的宏观设计理念，从整体的环境、建筑节能可持续发展机制，从城市环境、建筑能源规划到建筑单体节能，从整体节能概念把控到单个建筑节能设施建设（图1）。绿色建筑环境的理念是应用环境回馈和资源效率的集成思维去设计和建造建筑。绿色建筑环境从建筑及其构件的全生命周期出发，考虑建筑使用性能和对环境、经济的影响。海绵城市的建设是指，通过对城市建设规划管理的加强，使城市内建筑、城市街道、绿化景观及湖泊河流等生态系统对雨水进行自然吸纳、蓄渗及缓释，以此来有效控制城市的自然水环境，实现自然积存、渗透、净化城市的方式。以雨水径流减排、积蓄回用、污染控制、灰色绿色基础设施相结合的多目标雨水系统构建为切入点，建立科学的城市建设方式，建成具有弹性的海绵城市。简而言之，绿色建筑就是可持续建筑，其发展需要建立在正确的节能方法之上[1]。

2 绿色建筑

绿色建筑是基于建筑物的全寿命周期，在概念规划、建设施工、运营使用到整修拆除的整个周期过程中，对自然资源进行最高效的利用，并对环境产生最小的负面影响。整个生命周期遵循“可持续发展”与“以人为本”的核心理念，提供一个舒适、健康的活动空间[2]。为了实现建筑节能的目的，在建筑方案构思和设计的阶段，就应该分析建筑空间和区域内建筑群的能耗情况，明确节能思路与方向，有利于建筑空间与区域内建筑群节能措施的有效实施，从而达到广义建筑节能的整体节能和环境优化效果。

绿色建筑是以生态系统的良性循环为基本原则，运用系统工程的方法和多学科交叉应用的现代建筑科学技术。绿色建筑与传统的一般建筑有着许多区别，它是更高标准的建筑，绿色建筑的特点涵盖了下列方面:

（1）绿色建筑的融合性。此处的融合性是指虽然绿色建筑作为一个独立的个体，但它却不是独立存在的，它依附于周围的环境，二者相辅相成的存在。建筑会对周围的环境产生影响，环境也同样会对建筑产生作用。

（2）绿色建筑的全生命周期性。绿色建筑考虑的是从物料的生产，规划与设计、施工、运营维护、拆除和回收全过程周期，是从摇篮到坟墓时期的考虑。

（3）绿色建筑的不可再生资源和能源的消耗少。运用了先进的施工技术、管理方法，发展清洁能源，提高项目相关各方的工作效率。

（4）绿色建筑的技术经济性。绿色建筑在其全生命周期中能够实现最优的社会效益和经济效益。绿色建筑在建造阶段不可避免的会有一定的成本增量，但是如果从建筑的整个生命周期来看，却是能够实实在在的节约各项费用。

（5）绿色建筑的舒适性。绿色建筑不是像很多人想象的那样只有园林绿化，那是一种室外环境的绿，而绿色建筑还需要表现室内环境的绿。只不过这种健康舒适的居住环境是有低能耗、高效率、亲自然的各种技术水平提供的。

（6）绿色建筑的可持续性。海绵城市规划建设的目的是，通过海绵城市建设确保城市水安全、合理利用和保护城市水资源，有效保护和提升城市水环境，科学保护城市规划建设策略研究和修复城市水生态，因地制宜地维持和营造城市水文化，从而使城市具有良性的水循环、良好的生态环境和优美的城市景观系统。海绵城市规划建设原则应遵循：规划引领、生态优先、安全为重、因地制宜、统筹建设。海绵城市规划建设抓住雨水径流总量控制、雨水径流峰值控制、雨水径流污染控制、雨水资源充分利用等多目标控制，采用多种技术，使雨水快速浸透、无损滞留、安全蓄存、有效净化、科学使用、适时排放。通过降落雨水的削减、转输、调蓄，多途径保护、修复、建设城市水环境和水生态，确保城市水安全，营造城市水文化[3][4]（图2）。

图1 广义建筑节能与绿色建筑

3 整体节能

绿色建筑的建设应从整体规划设计出发考虑，充分结合环境气候因素，分析气候的决定因素(如大气环流、太阳辐射因素、地理等)的利弊影响，通过单体建筑的规划布局，在区域范围建筑群内创造有利于节能且舒适的微气候环境。主要从日照环境设计、风照环境设计、绿化环境设计、光环境设计、水环境设计、垃圾处理设计、自然能源利用设计等方面进行全局设计（图3）。不仅局限于建筑本身，结合环境因素，依靠节能技术整体实现建筑与气候的和谐统一，达到最佳节能效果。

图2 海绵城市示意图

图3 整体规划与单体设计体系图

图4 既有建筑改造体系

3.1 既有建筑改造

既有建筑再利用与新建建筑建造在根本目的上就有所不同，既有建筑的目的是节能性能的提升，为了实现其目的需要对既有建筑的价值有所认识，其包括物质价值和历史价值两个方面。从历史角度出发，社会经济、意识形态等因素直接影响到公众对既有建筑价值的认识，这也使得不同时期内的技术运用策略存在较大差异。物质价值是对既有建筑价值的最初认识，而忽略了其历史价值，许多历史建筑惨遭破坏，主要的再利用技术则以修缮技术为主[5]。而从现代城市建设发展开始，既有建筑的历史价值才受到重视，然而建筑的物质价值却受到了忽视，大量普通建筑被拆除。

太阳能、风能、生物质能、浅层地热能等可再生能源被广泛运用。但这些可再生清洁能源在既有建筑上却应用较少或应用不合理。所以，既有建筑节能改造是指，对那些不符合建筑节能强制性标准的围护结构、采暖制冷系统、供热系统、照明设备和热水供给设备等进行节能改造。既有建筑的节能改造是在建筑空间保证舒适度的前提下降低建筑物能量的消耗。既有建筑节能改造的范围包括建筑的体形系数、建筑的窗墙面积比、窗的遮阳系数与气密性、自然通风、天然采光、围护结构的建筑热工、屋顶及楼板受温性能、室内节点节能（图4）[6]。

对既有建筑进行改造具有很多效益：从经济层面上来说，建造一个建筑的费用远远大于改造一个建筑；从市场的需求上来说,节能改造可以减少对新建建筑的需求,有利于房地产业的健康、持续发展；从地域的优势上来说,既有建筑一般处于城市中心区域，附近交通很便利，人气较高，而一个新建的建筑则可能需要用2～3年时间来发展成熟。所以，对既有建筑进行节能改造具有更多的效益，具有投入少、收效快的特点。

实现建筑节能的根本手段就是降低建筑能耗，而这种手段的实施是可以通过周密且有效的建筑节能技术来实现的。所以，必须在满足室内消防安全、环境卫生、高舒适性的前提下，再因地适宜地运用不同的节能技术与措施，才能达到环保与节能的双重目的。

3.2 节能建筑材料

建筑材料能耗的减少也是建筑节能的关键，建筑保温措施的不断加强，节能技术与设备的运用愈发成熟，建筑能耗逐步减少，但同时这些措施又会造成建材和其生产能耗的上升。建筑生命周期能耗评价的结果表明，对于有些节能建筑，建筑材料的能耗占了建筑全生命周期总能耗的40%以上，所以减少建筑材料的能耗具有重要意义，这就说明了节材就是节能。所以研究与提升新型建筑材料的节能保温效果以及其环保特性，并在建筑设计中推广应用，对我国构建可持续发展节能环保型社会具有重要的意义[7][8]。

3.2.1 新型建筑节能保温材料应用

由于我国地域辽阔且南方、北方的气候差异性比较大，北方相对较为寒冷，对墙体保温性能有很高的要求。所以，良好的墙体与围护结构保温不仅可以减少热量的损失从而节约能源，还能减少热供暖设备对身体健康的影响。内保温及外保温是目前墙体保温措施上的主要运用方法。

3.2.2 内保温与外保温

在建筑施工阶段中，在墙体结构内增加保温层，这种形式称为内保温，这种方法简单灵活，且施工速度较快，保温的时间也相对较长，在外墙体保护的情况下也不易受到破坏，是一种较为成熟的保温方法。有诸多优点的同时也存在一些实际的不足，比如保温材料的体形增大占据了一部分建筑空间的使用面积，对居民的装修装饰也有一定的影响，如果对房屋进行结构的改变也会破坏保温材料，从而影响保温效果。

墙体外保温不同于内保温，外保温结构则不是在墙体内部增加保温材料，而是在建筑墙体与结构建造完成以后，在墙体外增设保温材料来达到建筑保温的目的。相比内保温，外保温在二次装修与施工上更为灵活，建筑面积受影响较小，并且更适用于既有建筑改造中。所以外保温技术应用相对较广。墙体外保温起到保温效果的同时，还一定程度上保护和美化了建筑外表，增加了建筑的使用寿命。外保温技术与材料有着明显优点的同时也存在一些不足，但节能外保温材料的发展是建筑业未来发展的趋势和需求。科学技术迅速发展的同时，新节能环保材料和技术将会不断地创新和运用[9]。

从图5曲线中可以看出，节能围护结构利用了保温材料的蓄热性能，使得建筑内部空间受外界的影响较小，提高了建筑内部空间的温度与舒适度；在向室内空间传递热量的过程中会产生滞后效果，这种滞后效果比未增设相变材料的外围护结构要小，且热流传播过程中的波动较小，这也使得室内空间的热流损失很小，建筑的能量负荷大大降低。需要采暖的房间可以在用电低谷期运用相变墙体将热量储存起来，当遭遇用电高峰期的时候，则可将低谷期时储存起来的热能释放出来，减小用电负荷。所以，将蓄热保温材料与建筑墙体结合，大大降低建筑能耗的同时，提高了建筑室内空间环境质量，还可以降低空调、供暖等设备的维护费用和利用率。

3.3 城市整体规划

3.3.1 多样布置街道

为了在城市空间内达到通风道的要求，可以在街道布置的时候整合几种城市功能，让通风道具备生态、环保、休闲、娱乐等多元化功能。例如，可以在街道的两旁增设适当面积的公园或绿化带美化环境的同时，街道两边的建筑横向距离也得到了增加，使通风道的宽度符合需求，而且绿化本身就能为城市降温。据研究统计，每平方米绿地平均每天可以从周边的环境吸收约81MJ的热量，相当于170台空调制冷的效果。还可以在道路周围建设公共活动空间，增设为行人休憩和服务的空间。

图5 相变蓄能围护结构对室内外温度波动示意图

3.3.2 整合生态绿地增进效果

将城市内部及近郊如河流、湿地、森林等大型的生态资源充分整合起来，并严格保护，这些河流水体与生态绿地的存在就是一种降低城市温度、优化大气质量、减少雾霾的主要载体，能使城市环境更为舒适与健康。每个水体与绿地都起到城市“通风道”的枢纽作用，尽量将建筑空间与各种生态用地整合和串联到一起，以此提高建筑空间环境与气候条件的适应性，做到建筑和城市通风道的相互连接。如图6中的生态建设规划，湖泊水域、绿地作为一个整体，从而建立通风道，则可以得到较理想的生态节能结果[10]。

3.3.3 明确规划生态导向

生态导向对于一个城市的生态发展起着决定性的作用。根据生态导向的要求，将保护优化城市生态环境与建筑节能作为一项重要的指导思想，用节能环保的视角来处理城市规划与大气环境问题，需对城市体系、城镇体系、生态小区进行生态环境规划与改造研究。在城市规划总体层面，首先确定保护目标，建立环境承载力为城市发展主导发展规模的思路，提出污染防护与治理的有效措施，调整优化城乡产业与环境发展结构的规划布局，优化城乡生态环境的衔接并加快融合；其次在城市的详细规划与设计中，增设建设指标，以空容比、空地率、绿容比等为主，推行城乡生态园区、城乡生态居住小区，鼓励绿色建筑的建设与既有建筑的绿色节能改造。

图6 城市绿色规划系统图

图7 节能评估指标体系

4 节能评估

建筑在初期设计阶段的节能规划方案与措施尤为重要，这直接影响到建筑在其全寿命周期内的节能水平，所以要对建筑设计方案进行节能评估，使建筑既美观又节能。在全面发展绿色建筑与既有建筑绿色改造的大环境下，节能技术与评估被广泛地应用在项目实例当中，节能报告主要从以下几个方面进行评估：节地和环境、节约能源、节约水资源、节约建筑材料、室内外环境、运营管理等（图7）。

评估方法：①规划方案评估。当项目处于初步规划构思阶段时，一般仅能给出该项目的平面图和经济技术指标等少许内容，在这种情况下，按《公共建筑节能设计标准》和《低能耗居住建筑节能设计标准》控制规定性指标，且对此项目的常规方案进行评估预测。②设计评估。当项目进行至设计阶段时，应该对设计图纸内容进行评估，评估系统方案、节能方案、设备选用是否满足要求。

评估内容：包括项目概况、建设方案、用能和能效水平等，即审视被评估的项目是否满足评估依据中各项标准规范的要求。整个评估应该从“因地制宜”“节约资源和保护环境”的国家政策出发，对设计方案、节能措施贯彻可持续发展的方针，满足建筑节能标准。严格执行强制性标准和环保政策，杜绝过于豪华且耗能的建筑建设。根据当地自然与人文条件，并结合当地节能技术特点等，评估并改善建设方案[11]。

4.1 选址

项目选址是建筑规划中的一个重要环节和因素。合理的建设用地选择可以满足该项目的能源需求，所以应优先考察项目建设地点、发展规划策略、国民经济情况和社会发展情况、统计年鉴、能源规划和供应批文等文件。

4.2 平面布置

适宜合理的平面布置是一个很重要的被动建筑节能手段，对建设项目的平面布局进行评估是否合理，评估的要点是：建筑朝向、建筑间距和绿化景观。

（1）建筑间合理的间距可以使建筑空间光照环境更加好，并且减少多余的照明能耗，区域空间内的建筑密度不宜太大，所以在建筑规划中，合理的建筑间距是不可或缺的。《城市居住区规划设计规范》中规定：条型住宅之间间距不宜小于6m；多层和高层住宅之间的间距不宜小于13m；在建筑平面布局的过程中可以采用日照模拟软件对建筑方案进行模拟，得出日照分析图。

（2）合理的建筑朝向可以优化建筑空间的光环境，避免产生东西向的日晒。夏季自然通风和冬季足够的日照时间，直接影响到建筑室内空间的舒适度和冷热负荷，以及空调设备的能耗。根据区域空间建筑群的气候环境、绿化环境等因素确定建筑的朝向，尽量采用南北朝向的布置。卧室则尽量采用南偏东15°～南偏西15°。建议对夏、冬两季进行风环境模拟，满足小区微环境的同时优化了室内的自然通风情况，同时满足了《绿色建筑评价标准》，室外的风速不大于5m/s的标准。

（3）绿化景观布置也是节能的一大要素，绿色植物在光合作用的过程中吸收大量的太阳辐射，其直接减少了阳光对建筑的直接辐射，同时还通过蒸腾作用吸收空气中的热量，有效地增加空气湿度、降低空气温度。合理的绿化设计很好地降低了城市热岛效应，营造了适宜人居住小区微气候。

5 结语

广义建筑节能理念不同于传统建筑节能，它相比其更直接、更全面，对帮助绿色建筑环境的建设有创新性的突破。另外，环境数字化模拟是一种快速、高效、经济的研究手段，与传统研究方法相比，它不但节省了大量的人力和物力，还能完成传统方法所无法完成的实验，本文通过数字模拟的方法，对上海市夏、冬两季进行了仿真模拟，使我们对城市“热岛效应”的分布、成因以及与城市热环境密切相关的风速、温度、辐射温度、大气压等一系列气候因素有了更深的了解。并分析了适用于不同环境条件下的不同节能手段，对城市市中心及郊区空间布局，通风廊道，绿地布局，既有建筑通风保温能力改造，新能源、太阳能等普及利用，城市废气处理系统建设等提出建议，为城市规划、绿色建筑环境建设提供参考意见。此举不仅可以改善城市热环境，营造“宜居城市”，对于实现我国“低碳城市”、绿色建筑环境的战略目标有着重要意义。

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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）

国家自然科学基金资助（项目批准号：51378365；51178313/E0801）。

杨丽，博士，同济大学建筑与城市规划学院教授、博士生导师，高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室；钱锋， 博士，同济大学建筑与城市规划学院教授、博士生导师，高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室主任；Bing Wang，博士，哈佛大学设计研究生学院副教授。