论新加坡绿色建筑标准推进与绿色建筑技术方向

2020-08-20符志远

中国名城 2020年8期

符志远

1 新加坡介绍与气候变化

1.1 地理环境

位于北纬1.35o的新加坡是一个只有725 km2的小国家，四面环海。这个只有大都市伦敦一半面积的城市拥有550万居住人口。新加坡北部为马来西亚柔佛州，由新柔长堤和大士第二通道连接；南部是印度尼西亚。新加坡国土面积于1960年代为581 km2，至2030年前，将增加100 km2。尽管城市化减少了森林面积，新加坡还有23%的土地属于森林或自然保护区，在绿化方面也有300座公园，有花园城市的美称。

由于接近地球赤道，常年受赤道低压带控制，炎热、多雨、潮湿等成为新加坡的当地气候。全年都是夏天，昼夜温差与年温差都不大，气温在24～32 ℃之间。最凉快的月份应属12月和1月，主要受西伯利亚东北季候风所影响，温度也会降到23～24 ℃。而年中至9月，会有西南季候风，较为干燥少雨。但基本上，新加坡雨量还是较多，年均降雨量为2 400 mm左右。

1.2 气候变化

气候变化是人类面临最重要问题之一。气温不断上升、南北极的冰川也在融化。干旱、暴雨、水灾、热浪、台风等不规律的气候现象正不断地发生。气候环境已经影响人类的生产和生活，也影响生物多样性、生态系统。从1972年至今，新加坡的平均气温已经从26.6 ℃上升到27.7 ℃，高气温时间段也增加。降雨量从2 100 mm增加到2 727 mm。至2099年，预计海平面也会增加1.7 mm、而温度也会增加4.6 ℃。这些跟联合国政府间气候变化专门委员会所预测的相符合。鉴于自工业化前时期以来的长期升温趋势，2006-2015年这10年观测的全球平均表面温度比1850-1900年的平均值高0.87 ℃。估算的人为全球升温与观测的升温水平的匹配度在±20%内。新加坡李显龙总理也在2019年国庆日的群众大会上说明了制定应对气候变化策略已刻不容缓。

1.3 温室效应与碳排放

气候变化始于温室气体排放，温室气体指的是二氧化碳、臭氧、甲烷气等。在地球吸收太阳辐射时，同时也加热内气层。当发电厂在产生电能时就会有碳排放，使地球温度上升。

当然温室气体排放与电生产息息相关、这些都是人为所致。要节能减排，必须在能源、城市基础设施（建筑和交通）和工业系统方面进行快速有效的转型。在新加坡电能源分配里，约40%是工业所致，而建筑就占了35%～40%。

2 新加坡节能减排方案

2.1 大方向策略

在节能减排上，建筑行业应该尽力降低能耗，进而减少碳排放量。新加坡政府制订了一个节能目标：2030年前必须达到80%的绿色建筑。截至现在，40%的建筑（1.2亿 m2的建筑面积）已经达到这个绿色目标！

在工业方面，以前新加坡也使用煤炭，但现在几乎都是用天然气来生产电能，工业碳排放率也逐渐降低了。

在交通方面，政府也致力在2030年前达到75%公共交通使用率。政府也鼓励大众步行或使用自行车，并在2030年前达到80%的家庭只需要步行10 min，就能到达地铁站。

在住宅方面，政府提倡使用高效率智能的电器。国家环境局也强制商家一定要在家用电器标明能源效率。在水与废物管理方面，政府也鼓励利用高效节水管来减少用水。比如这里的洗手盆的流量最低2 L/min，而最高是6 L/min。2019年4月起，商家只能售卖两个勾以上的节水器具，这跟很多国家相比，水器具的流量是相当低的。在新加坡，一部分水从马来西亚进口，所以为了减少对进口水的依赖，政府也推行了一系列水资源管理，包括再生水生产、海水淡化、雨水收集、水敏感设计等。

对绿色建筑而言，除了减少碳排放，当然也包括了正式生物多样性、水敏感设计等。而在推广绿建时秉持三重底线：在推广环境保护绿色建筑的同时，确保设计和建筑安全、舒适，并达到资源效率、产业增值等。

2.2 绿色建筑总蓝图与奖励津贴

新加坡政府从20世纪80年代到2005年，设立了一些基本的绿色标准。新加坡的绿色标志（BCA Green Mark）是在2005年成立的，次年又推出了第一个绿色建筑总蓝图（图1）。

图1 新加坡绿色建筑发展蓝图

建设局推广绿色标志之初，绿色建筑还不普及，而建筑行业对绿色建筑也没有很深的概念。

因此，新加坡建设局推出一些奖励津贴来吸引开发商和咨询公司参与（表1）。

第一项“Enhanced GMIS for New Buildings (GMIS-NB)”是第一个总共2 000万新加坡元的津贴。如果建筑达到金奖以上，开发商与咨询公司都能够得到津贴。当然开发商必须是私营机构。

在2008年，新加坡成立了可持续发展跨部门部长级委员会，它的主要目的是制定相关政策以落实可持续建筑发展，并致力推进绿色建筑发展。建设局加强了《建筑控制法》，并且实施了《建筑可持续环境发展控制法》规定了绿色建筑最低要求。一切建筑规划许可在2008年4月15日后呈交，只要新建筑面积大于2 000m2、既有建筑改造超过2 000 m2，政府都强制这类建筑必须达到绿色标志最低要求，即绿色标志得分达到50分以上。

在2009年，政府继续推出第二个绿色建筑总蓝图，并实施了一系列策略。

表1 绿色建筑奖励津贴表

策略1：政府除了推出GMIS for Existing Buildings (GMIS-EB)，总共有1亿新加坡元的津贴用于既有建筑翻新。建筑翻新主要在机电设施方面，只要建筑是非政府建筑，并在2 000 m2以上就能申请。由于空调系统的能源消耗占总建筑的40%～50%，所以津贴也着重于此系统。其他能翻新的包括灯具、感应器、高效电梯等。在空调系统翻新前，业主必须执行系统健康检查，查看系统原有运行时的耗电率与冷负荷。机电工程师能根据这些运行数据设计新的空调系统。而对于这个健康检查，必须有资质的能源咨询公司才能执行，而政府也会资助50%的费用。

策略2：在新建筑方面，除了第一个津贴奖励，政府给予面积奖励。如果是金奖+，增加1%的面积；如果是白金奖，则增加2%的面积。如果建筑位于某些战略发展地带，就必须满足金奖+或白金奖要求。

策略3：政府建筑领头。新政府建筑如果在5 000 m2以上必须达到白金奖；既有政府建筑空调面积在10 000 m2以上必须在2020年前达到金奖+。

策略4：更高的能源要求。这主要是提高机电设备比如空调系统效率、灯具等的能源效率要求。

策略5：提供相关培训机制。通过讲座、课程、交流等来提升建筑行业对绿色建筑的认识。

第二绿色建筑总蓝图的推出，使得很多建筑行业，尤其是既有建筑业主都投入其中，响应推动可持续建筑发展。

而在5年后，政府又推出第三个绿色建筑总蓝图。除了9 000万新加坡元的津贴，政府还牵头培养更多绿色建筑方面的人才，建设了热带气候城市第一个位于屋顶的旋转式实验室。这个与美国Lawrence Berkeley 国家研究所一起研发建造的研究室能让建筑同行测试不同的绿色建筑工艺、新系统等。在津贴方面，政府增加既有建筑改造方面的津贴，从之前资助300万或50%费用之外，增加到最高400万或支付90%的安装费与咨询费等。这是进一步帮助既有建筑群能把建筑能耗效率提高并减短翻新工程的回报率。除了帮助新与既有建筑群，政府在这个第三个总蓝图中，为帮助中小型企业公司，推出针对中小型企业改造所需的津贴，包括资助50%的费用或300万（最高能源要求）。

除了奖励措施，政府还制定了强制性规范，比如建筑群自2013年7月起需要上报建筑能耗。而国家建设局会根据这些数据编排国家建筑能源基准报告，建筑群能用此报告观察建筑能耗比并鼓励节能减排措施。既有建筑也必须做定期能源检测，也就是之前说健康检查。对那些达到既有建筑标志奖的建筑群也必须在日后做定期的空气质量检测。如果有哪些空气标准不达标，业主必须改善并重复检测。

3 新加坡绿色标志

3.1 可持续绿色理念

早在20世纪80年代，杨经文先生创立了建筑气候学理论。该理论以当地气候为依据，通过科学分析，加以创意设计，并融入大自然生物多样性的设计。本地出名的绿色建筑有国家图书馆和Solaris。福斯特是以高科技设计绿色建筑的代表人物，他的代表作品是德国弗兰克福德银行总部大楼。由于弗兰克福的气候条件，德国银行总部大楼在春秋两季是通过自然通风来调节室内环境的，双层幕墙经过特别设计解决了超高层（约250 m）建筑的大气压力问题，该建筑的设计实现了大约30%的节能率。也有学派认为，建筑开发是经济活动，如果不考虑可持续建筑的经济合理性，任何构想都不可能持续。因此可持续建筑必然是高效能建筑，必须把建筑的整个生命周期考虑在内。比如美国纽约市发布的高效能建筑指导，其设计考虑包括：正确缜密的设计过程，合理适当的场地规划，节约能源的使用，考虑再生能源，室内环境的质量、建材、水等资源的节约与适当使用。绿色施工的管理、独立试运作与验收、确保建筑在移交阶段达到原设计目标。之后，物业的营运与保养能必须完善，确保建筑能长期维持最佳状态。同时，若设计得当，高效能的建筑不一定昂贵，因为高效的设备能减低长期的营运成本，也带动当地的市场价值、回报也高。有研究显示，如果处在舒适的室内环境，个人和企业的生产力能得到提升。如果我们将建筑生命周期内所有工作人员的生产力考虑在内，建设的成本其实很低。

不管是什么学派，设计理念都围绕可持续发展的三重底线，即环境保护时，确保建筑设计能带来安全、舒适、清洁、低寿命周期成本等等（图2）。除了秉持这样的设计理念，另外不可或缺的是绿色建筑标志准则。

图2 可持续发展的三重底线图

许多绿色标准也是围绕这三重底线。最早的绿色标志是在1990年英国推出的绿色评价标准“BREEAM”，广为人知的是1998年由美国绿色建筑协会推出的“LEED”，其他国家的绿色标准，如中国的“三星”（2008年）、日本的“CASBEE”（2002年）、澳洲的“Green Star”（2003年）等。新加坡的绿色标志“GREEN MARK”在2005年由新加坡建设局成立。

3.2 绿色标志内容

3.2.1 背景资料

绿色标志的主要内容有能源、水资源管理、环境保护、室内环境质量和其他绿色特性。跟其他国家不同的是，没有土地保护。因为新加坡土地面积小，已有如新加坡土地局、市区重建局、园林局、陆路管理局等来规划土地的使用，所以不存在破坏自然水系、植被或较远的公共交通站等问题。

基本上，绿色奖项分为：普通奖项、金奖、金奖+和白金奖。除了满足分数，对于非住宅项目，必须满足一定的节能率，而住宅项目必须满足室内一定的风速（图3）。

图3 新加坡绿色标志4.1版本（立法）图

绿色标志除了分为非住宅项目与住宅项目，也涵盖基础设施、园区、数据中心、地铁设施、学校、超市、餐馆、零售店、小贩中心、实验室、室内装饰、公园、医疗中心等。根据不同类型的建筑来选择适合的绿色标准。除了在新加坡已经被立法使用，绿色标志也被世界绿色建筑协会认可为国际一级绿色标准之一，并在亚太地区广泛使用。当然新加坡绿色标志适用于热带气候，所以比较适合东南亚国家。在中国南方也有被使用过，主要一些绿色要求，比如建筑维护结构还是会根据中国地标来审核。尽管如此，在中国实行新加坡的绿色建筑工作也相当严峻。比如在环保材料方面，新加坡建设局只接受某些环保机构的环保材料，比如十环认证，所以想要得奖并不容易。

之前说过根据建筑可持续环境发展控制法，建筑如果面积超过2 000 m2，就必须满足最低要求，而分数是根据所谓4.1版本的绿色标准。而如果是政府新建筑（5 000 m2以上）或非政府建筑，就必须根据最新的评分标准，2015年版本，最低奖项是金奖，然后到金奖+和白金奖。文件审查是在设计或施工阶段和竣工阶段。如果建筑是金奖+或白金奖，那设计或施工方需要在建筑运营后一年，整理运行数据以方便绿建部门到时现场勘察。而根据建筑可持续环境发展控制法的最低绿建标准，只需要在设计与竣工阶段呈交所需文件即可。这也是新加坡绿色标准于很多绿色标准不同，标准明确标明建筑在竣工后的运营表现必须达标，否则设计与施工团队需要合作纠正。

2016年8月正式实施的2015年版本绿色标准和之前4.1版本（立法）有很大的不同（图4），表现为：

（1）分数。白金奖从之前的90分到现在的70分以上，金加奖从之前的86～89分到现在的61～69分。虽然分数看似少了，但要求更严谨，更难得到分数。最低要求也变成金奖。

（2）标准上调整。之前4.1版本标准内容有能源、水资源管理、环境保护、室内环境质量和其他绿色特性。现在2015年版本则改换为建筑气候设计、建筑能源表现、资源管理、健康与智能建筑、其他创新绿色设计等。新的版本除了加强能源效率方面，也着重被动设计、综合一体化设计流程、初期设计阶段使用环境模拟软件、BIM的使用、环保材料、室内健康与舒适指数、智能管理等。

3.2.2 强制项要求

根据不同的奖项，需满足最低分数。强制项涵盖不同方面的绿色要求。有关详情可以查阅建设局官方网站。

3.2.3 建筑气候设计

在优选项方面，第一个选项是建筑气候设计，分为领导、城市和谐与热带性设计。领导方面内容主要强调综合设计流程的重要性。在初期设计阶段，设计师、工程师（土木、机电设备、绿建）、业主、估价师、施工方、物业等应该就建筑的发展设定目标。将多项的设计变数统一考虑，多管齐下，解决问题。这样不但会提升设计施工的生产力、确保建筑是可以维护的，也可以达到最佳绿色建筑效果。项目时常碰到的情况是，建筑快要施工时发展商才要求设计方进行一些设计改变或考虑绿色建筑，这往往不会达到最佳效果。

在城市和谐方面，设计之初，应当进行一系列有关环境小区域分析或模拟以达到被动设计的最大化。新加坡气候由于炎热潮湿，所以需要通过自然通风来达到人的舒适度。而新加坡的风主要由东北季候风和西南季候风主导，所以新建筑都南北向，利用环境模拟来改善热岛效应，加强区域内的风速和增加人的舒适度。

在绿色交通方面，政府鼓励绿色出行，鼓励开发商提供汽车充电站和比一般建筑还少的停车库，每1 500 m2提供至少一个自行车库。除了业主在设计与施工扮演重要角色，也鼓励业主在运行阶段实施绿色装修准则和绿色租赁，让租户也为绿色尽一份力。第一选项也要求建筑能满足一定的绿化或蓝化。在绿化方面，主要要求种植树、灌木、绿墙等，鼓励保留或移植树木并加以保护。这跟市区重建局推广的LUSH计划目标一致，LUSH是以开发项目必须以绿化和公共区域的形式替换原有用地损失的绿化面积，让密度更高的城市建筑提供更多绿化。在蓝化方面，主要鼓励利用植被或雨水收集来控制雨洪。

图4 绿色标志4.1版本（立法）与2015年版本区别图

在热带性设计方面，一是幕墙结构热工性设计。除了利用新加坡本土的维护热工设计（ETTV）外，这里也要求传热系数（U Value）、遮阳系数（SC）、窗墙比等达到更高要求。如果是白金奖，除了ETTV值必须低于38kw/m2，也可以优化单一的系数，这个和LEEDS 或者中国的国标类似。二是建筑空间设计，主要鼓励一些非空调空间或机电房设在建筑的东西面，由于太阳轨迹运行方向，新加坡东西面受热最多，所以这样的布局能减少热能或冷负荷。三是通风表现。主要要求建筑窗户朝南朝北，开发式庭院的深度不高过高度的1.5倍，或利用风模拟软件优化设计等。

3.2.4 建筑能耗表现

第二优选项为能耗表现，主要说明建筑电机设备效率的要求与再生能源的使用。在新加坡，由于空调系统占建筑总能耗的40%～50%，所以新加坡政府也非常注重这个系统的效率表现。

确保空调系统的效率不只是使用高效的冷凝机、冷凝水泵、冷却水泵和冷却塔，设计师必须准确地计算冷负荷，了解业主的运行模式。打个比方：对于写字楼，除了计算工作日的冷负荷外，也要与业主沟通，了解周末的人流来准确计算冷负荷，才可以设计准确的冷凝机功率。另外，设计师也可以探索什么冷凝水的温度、冷却水的温度或水流量、水管的大小能达到最高的效率，而基于这点，设计师也需要与建筑师探索冷凝机与冷却塔所需要不同的机组面积。比如在新加坡设计师在设计水管时都尽量避免90°弯管，而尽量使用45°弯管以减少水泵的压力。那么除了冷凝空调系统，风机空调系统也不容忽视。之前，很多设计师为了优化冷凝系统的效率，把冷凝水的温度从7 ℃提高到11 ℃。这显然提高了冷凝系统的效率，但风机组为了满足室内的温湿度，在效率方面就没有预期中高了。所以建设局在新的2015版本里强调，空调系统包括了中央冷凝系统与风机组。比如白金奖里，两个系统效率的总值不能超过0.85 kW/t（表2）。

表2 风机效率要求表 kW/t

在照明效率方面，主要跟国外的标准接近，除了使用LED灯具，也使用感应器来调节光与亮度。当然政府也是鼓励设计方多采用自然采光来减少对灯具的依赖（自然采光属于优选项四里的要求）。另外一个要求是插座负载效率，主要是鼓励业主使用有能源评级的电脑、打印机等，并在无人情况下降低插座负载能源。

能耗表现的第二个选项是再生能源。这个主要鼓励业主考虑并使用再生能源。在新加坡，由于地理环境，再生能源主要依赖太阳能光伏板。新加坡没有高原，海浪的高度低于4 m、风速也只介于2～3 m/s，没有地热能源，没有地来耕种农作物，所以一般的再生能源比如水力发电、潮汐发电、地源热泵、生物联产电能、风能，甚至是核电能都不适合在当地运用。而现在太阳能产电只占总生产电的1%。新加坡政府希望在2030年前把太阳能生产提高到4%，也就是2 GW。为了达到这个目标，政府也推出一系列的大型太阳能项目，利用太阳能租赁的方式在政府住宅与非住宅建筑屋顶安装太阳能板。现今按计划进行已达到如期的350 MW。这个方式不但让业主能享有比较便宜的电费，太阳能施工方也能从电费里收回成本。

3.2.5 资源管理

在水资源管理方面，主要注重的有水管的流量、冷却塔的集中周期、植物灌溉系统、水表计量用水、水再循环使用等。在绿色标准里，只要是公共厕所或学校厕所，面盆水龙头都必须满足3个勾的WELS rating，这相当于2 L/min 的流量。其他种类的水喉比如冲便器、淋浴器等最低都得满足2个勾的WELS rating。在植物灌溉方面，除了鼓励使用耐旱植物，滴灌或其他节水灌溉系统应和雨水传感器结合，在雨天避免灌溉。

一般非住宅建筑用水量最多的是冷却塔，所以控制冷却塔的排水非常重要。除了以上节水策略，另一个就是水再循环使用。绿色标准鼓励收集雨水、冷凝水并用于灌溉或储存于冷却塔里。而灌溉、厕所用水、冷却塔与其他比如喷水池等用水应该有水表计量，以方便检查是否有漏水。

在绿色材料方面，鼓励采用有利于环保和可持续性的建筑设计、施工方法和施工材料。由于新加坡的沙是进口的，所以为了减少对沙与混凝土的依赖，鼓励使用低碳产品，比如矿渣粉、环保砂浆或洗铜渣等。这样不但减少沙的使用，也减少生态系统的破坏。此外，在减少混凝土使用的同时，鼓励使用一些预制构件比如预制工程木材、PPVC、预制容积式建筑等。这类材料比混凝土轻30%，不仅低碳，还节约25%的施工时间与人力。

另一个重要的是环保材料。在之前的版本中只要有使用一到两个环保材料，如轻质隔墙、地毯，就能得分。在2015年，它要求的是系统上统一使用环保材料才能得分。比如隔墙是一个系统，隔墙里所要用到的全部硬件，如墙板、墙面灌浆、防水材料、保温材料等，都必须是环保材料才能得分。其他系统分为外墙、地板、门、天花板、屋顶等。

在废物管理方面，分为施工和运行时的废物收集、再循环使用或减少施工时的废物。

第四项注重的是健康与智能建筑。与之前版本相比，除了标准着重于室内空气质量外，也注重人舒适度的设计，包括热舒适、视觉舒适、室内空气清新、安静的环境。针对视觉舒适，主要是利用窗户/天窗的设计来引进自然采光。根据研究显示，如果办公员工或医院的病患的环境有自然采光并接近绿化，员工生产力会增加、病患康复的时间也会加快。

3.2.6 健康与智能建筑

在室内空气清新方面，鼓励利用需求感应来调节新风，采用过滤率高的MERV14过滤网、UV 灯具等等。而如果有吸烟房或一些室内污染排放物（打印机等），鼓励使用专用独立的排气管。健康环境不只在设计阶段考量，在运行阶段也鼓励业主做定期的空气质量检测，或是提供即时的空气质量显示。如果数据不达标，运营方能即时纠正。此外，也鼓励业主在建筑设计里引入植物、绿墙等。如图5中Solaris 建筑就是一个典型例子。这个建筑有着1.5 km的绿色螺旋坡道，绿化基本从地面连接到屋顶。整体绿化占了总面积的16%。邱德拔医院是一个在园林里的医院，提供病患一个小区的世外桃源。

在智能方面，主要提倡两大类，一是能源监控管理，这已普遍实施；二是鼓励智能化的控制，根据人群的数量来调节所需的空调冷度、风量或是灯具的亮度等。

在中央空调系统方面，新加坡也很严谨的要求高精准的温度计、水流量表与电表来计量冷凝系统的总效率。除了器具精准，也要求安装的位置，比如电磁流量计的位置必须在弯管后长度于水喉管直径的五倍后才适合安装等原理。这个原理是，如果你没有准确的计量你的系统，就不能知道准确的信息，也就不能有效地控制系统达到节能的最大化。所以准确的计量是重要并基本要求。

另一个智能管理是故障检测与诊断和人工智能方面的建筑管理。虽然大多数建筑都有安装建筑管理系统或是综合管理系统（BMS / IBMS），但很多时候，设备还是不能有效地根据人流或室外气候调节室内的温湿度。或是当器具坏了只有物业人员才能进行修补。根据智能故障检测与诊断，在趋势数据里如果分析到不规律的数据或趋势，就会启动更深入的分析并加以修改。这不但帮助物业节省人力，也加大建筑节能率。另外，智能系统不但在平时发挥作用。在疫情当前，也能有效监控人流、减少人触动物件（比如电梯按钮等）、增加新风等来减低疫情传染的概率。

最后一项主要是其他可圈可点的创新绿色设计或努力。包括利用周期生命费用计算来衡量该实施的绿色技术，以绿色带动一些社会益处等。