池小蘭

(福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 福建 南平 353000)

引言

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計模式已經(jīng)適應(yīng)不了現(xiàn)代的發(fā)展,當代建筑更多的需要從長遠的角度去看待設(shè)計問題,本著以人為本、節(jié)約資源、可持續(xù)發(fā)展的目標,改變當前的設(shè)計方法,強調(diào)綠色設(shè)計迫在眉睫。因此,本文研究全壽命周期的綠色建筑設(shè)計具有十分重要的意義。

1 基于全壽命周期的綠色建筑設(shè)計原則

為了保證建筑工程的可持續(xù)發(fā)展,實現(xiàn)人、機、環(huán)境和諧統(tǒng)一的目的,基于全壽命周期評估的綠色建筑設(shè)計應(yīng)該遵循以下幾個原則:

1.1 能耗統(tǒng)籌規(guī)劃利用原則

1)據(jù)統(tǒng)計,在建筑物服役過程中日常使用耗能占總耗能80%,建材耗能占15.9%,其他耗能占4.1%[1]。所以從建筑使用階段以及建筑原材料角度入手,就能效果十分明顯地降低建筑能耗,從而達到了節(jié)能環(huán)保的目的;

2)建筑材料的選擇要科學(xué)合理,避免采用含能較高的材料,也要避免運輸過程中的能量消耗。

1.2 環(huán)境資源科學(xué)化利用原則

建筑物服役中為了保護周圍生態(tài)環(huán)境,應(yīng)注重廢舊材料、可再生材料以及清潔能源的利用,對生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

1.3 環(huán)境負荷最小原則

綠色建筑設(shè)計的核心概念是最大限度地減少對周圍環(huán)境的破壞[2],應(yīng)重視建筑材料的設(shè)計使用、施工方法,并及時處理施工過程產(chǎn)生的廢料;需采用適宜的施工方法,降低施工耗能,達到綠色建筑設(shè)計的目的。例如位于美國田納西州的橡樹嶺國家試驗中心如圖1所示,它的地基處理方式采用具有不銹鋼螺旋葉片的錨樁固定在地基當中,錨樁采用特殊工藝處理,可以使其再利用,避免混凝土灌注的污染。

圖1 橡樹嶺國家試驗中心

使用預(yù)制構(gòu)件減少建筑垃圾,在日本、澳大利亞等發(fā)達國家,越來越多的建筑工程采用建筑預(yù)制構(gòu)件進行施工如圖2所示。

圖2 模塊化施工建筑物

1.4 長效使用原則

1)采用壽命較長的建筑材料,一方面出于建筑質(zhì)量的考慮,另一方面可以避免材料更換,實現(xiàn)了建筑材料的可持續(xù)利用;

2)采用靈活的設(shè)計方法,并非建筑越堅固壽命越長,建筑越利于改造其壽命才越長,因為適當?shù)姆蘧S護才能保證建筑的耐久性[3]。

1.5 經(jīng)濟適用性原則

建筑設(shè)計的經(jīng)濟適用性原則是必不可少的統(tǒng)籌部分,綠色建筑設(shè)計的經(jīng)濟適用性原則,同樣占有十分重要地位,但綠色建筑設(shè)計是站在全壽命周期的角度去考慮總體效益的。例如沈陽國貿(mào)中心進行建筑設(shè)計時如圖3所示,為了強調(diào)經(jīng)濟適用性原則,對建筑整體進行了優(yōu)化設(shè)計,提出了一種低輻射玻璃方案,將建筑外墻改制成玻璃窗導(dǎo)致增加了七百萬的建筑投資,雖然初期投資大幅度增加,但是后期在使用過程中,尤其是夏天,低輻射玻璃防止建筑主體升溫,制冷機可以少工作近3 000 kw的工作量,每年節(jié)約近四百萬元的能源消耗費用。所以說,雖然前期投資較高,但是后期使用過程中各種收益能補償花費,具有長久的經(jīng)濟效益。

圖3 沈陽國貿(mào)大廈

2 基于全壽命周期評價的綠色建筑設(shè)計程序

2.1 全壽命周期綠色建筑設(shè)計現(xiàn)狀

1)基于全壽命周期的綠色建筑設(shè)計需把環(huán)境概念和設(shè)計概念相互統(tǒng)一;建筑設(shè)計師、結(jié)構(gòu)師、暖通工程師對于將建筑設(shè)計理念貫穿于保護環(huán)境的思想還沒有達成共識,無法在設(shè)計的過程中去貫穿綠色設(shè)計的思想[4]。例如很多建筑設(shè)計都是在房屋的主體各方面設(shè)計完成之后,再去考慮材料的能耗、對環(huán)境造成的破壞、對生態(tài)系統(tǒng)造成的損失等;

2)科研型的綠色建筑設(shè)計目前在市場推廣、技術(shù)推廣、制定規(guī)范等方面還不系統(tǒng),還不能完成復(fù)雜的批量設(shè)計任務(wù),所以就需要加大改革的力度。

2.2 設(shè)計目標的確定

2.2.1制定目標任務(wù)

當甲方交付給設(shè)計院一個設(shè)計任務(wù)時,設(shè)計方要有一個明確的設(shè)計目標,為了更好地實現(xiàn)環(huán)境保護和提高經(jīng)濟效益,要制定一定的綱領(lǐng)準則:

1)保證建筑設(shè)計成品的各種污染排放符合國家相關(guān)標準;

2)減少建筑設(shè)計成品中的各類能源消耗;

3)保證各污染物的正確處理;

4)保證使用者的人身健康安全;

5)保證投資者的經(jīng)濟利益以及附加產(chǎn)品效益。

2.2.2確定綠色設(shè)計標準

在制定標準時,要以上面提到的綱領(lǐng)作為依據(jù)。標準的制定牽涉到以下幾個方面:再生能源的利用、能源基礎(chǔ)設(shè)施的建造與改善和資源節(jié)約標準等。

2.2.3確定項目標準設(shè)計順序

在對項目進行綠色設(shè)計時,因為項目各子系統(tǒng)權(quán)重不同,要根據(jù)優(yōu)先次序?qū)椖康母黜棙藴蔬M行設(shè)計排序。例如甲方單位投資方、施工方、設(shè)計方可能會把能源利用等節(jié)能減排因素作為進行優(yōu)先設(shè)計的方面,優(yōu)先次序的確定為設(shè)計人員的設(shè)計工作明確了設(shè)計方向以及設(shè)計權(quán)重。在進行設(shè)計權(quán)重排序時,對一些規(guī)范條文的理解并不能拘泥于一點,要準確把握標準所要表達的意思,但同時要靈活地貫徹標準。

2.2.4項目預(yù)算

對于一個基于全壽命周期的綠色建筑設(shè)計項目來說,項目預(yù)算包括項目投資費用、項目管理費用和項目設(shè)計費用等。

2.3 綠色建筑方案設(shè)計

1)對綠色建筑進行系統(tǒng)分析:在設(shè)計開始階段,首先要明白設(shè)計的目的,根據(jù)所要達到的設(shè)計目標對建筑進行全方位的分析，包括建筑選址、能耗表現(xiàn)和朝向等各方面;

2)綠色建筑設(shè)計輔助工具:目前計算機科學(xué)發(fā)展迅猛,各種復(fù)雜的運算通過計算機都能得到又好又快的解答,比如說建筑采暖、建筑采光和熱力計算等通過計算機的相關(guān)軟件都可以模擬出來,對于這些模擬軟件研究比較深入的以加州大學(xué)系統(tǒng)為代表。

2.4 全壽命周期評價

設(shè)計工作是一個整體性工作,是一個綜合的、全方位、多角度的過程。為了評價設(shè)計工作的優(yōu)劣,要引入各種方法,其中全壽命周期評價是一個最為常用且最為有效的方法。

2.4.1目標及范圍界定

為了保證建筑設(shè)計中的變量不太復(fù)雜,選取了如下幾個變量墻體類型、墻面組成、屋頂構(gòu)件、屋頂組成和長寬比等。綜合考慮了各種因素的影響,具體設(shè)計到經(jīng)濟因素以及環(huán)境因素,建筑壽命周期的評價可用下面的方程表達。

F(x)=w1*LCE(x)+w2*LCC (x)

其中,w1:環(huán)境影響的權(quán)重

w2:費用影響的權(quán)重

LCE:壽命周期內(nèi)對環(huán)境的影響

LCC:壽命服役期限內(nèi)總評價的權(quán)重

2.4.2清單分析

基于全壽命周期的綠色建筑設(shè)計中各變量的參數(shù)如表1所示,所舉例的建筑采用13 mm的雙層中空玻璃結(jié)構(gòu),對于建筑成品中,墻體的選擇有如下兩種:鋼板墻和空心板墻。對于鋼板墻,它由六種結(jié)構(gòu)組成,具體包括空氣隔層、空氣層、防水層、面層、裝飾層和保溫層。具體到空氣隔層又包含以下兩種厚度的玻璃棉,一種是中等厚度的大約156.22 mm,另一種是比較厚的228.6 mm。屋頂構(gòu)造和空心墻構(gòu)造相同。

表1 各變量類型及其取值

2.4.3影響分析

我們應(yīng)用了加州戴維斯能源利用評價分析工具,并且在這個基于全壽命周期的綠色建筑設(shè)計案例分析中,采取能量當量換算參數(shù),即在分析當中我們把放射能和電能做一個換算,根據(jù)當時的電價計價結(jié)果,可算出用電費用的單價為＄0.0321/kwh,將單位電價帶入相關(guān)運算,可以得出不同方案在全壽命周期下的用電費用,分別為＄221331、＄234233、＄221078、＄220871,如表2所示的能源耗用評價分析。

表2 能源耗用評價分析結(jié)論數(shù)據(jù)表

2.4.4方案分析

綜上所述,對于分析案例建筑實體能耗應(yīng)注意以下幾點:在所有的建筑方案中,對于墻體結(jié)構(gòu)來說,保溫層都要達到最厚的標準;對于空心板墻,墻體的厚度不如屋頂?shù)暮穸戎匾?這是由于建筑實體的方位和朝向不同所引起的;對于本次所調(diào)查的建筑實體,以費用作為評價標準時,最佳的寬長比為0.83,此時在全壽命周期內(nèi)所耗費的費用最少;從上述結(jié)果當中,可以看到不同的評價標準所得到的最佳寬長比是不同的,所以在具體設(shè)計時一定要掌握好哪個是評價標準,以免對后續(xù)設(shè)計工作造成不利影響;為了保證建筑成品能夠做到綠色環(huán)保、可持續(xù)利用,我們要綜合各方面的指標參數(shù),最終達到一個各方統(tǒng)一的評價方案。

3 面向全壽命周期綠色建筑設(shè)計的支撐手段

長久以來我國的建筑設(shè)計給建筑師的發(fā)揮空間并不大,一些科學(xué)的設(shè)計成果會被業(yè)主所否定,為了保證科學(xué)合理、節(jié)能高效的建筑設(shè)計得到落實,借鑒國外成熟的綠色建筑發(fā)展管理體系對我國來說很有必要。

3.1 完善設(shè)計團隊組織方式

當前我國建筑設(shè)計方式較為傳統(tǒng),各個部分分工明確,同時也造成了部門間的溝通不暢,這種設(shè)計方法對于各部門來說效果明顯,能夠在較短的時間內(nèi)各自完成設(shè)計任務(wù),但同時各部門之間的統(tǒng)一性較差,整體優(yōu)化能力不足,不利于綠色建筑體系的發(fā)展。歐美國家對整體設(shè)計模式比較重視,從上世紀九十年代開始,英國就著手開展了基于環(huán)境保護的綠色建筑設(shè)計計劃,在研究過程中發(fā)現(xiàn),設(shè)計組織的優(yōu)化對于保護環(huán)境要比單純使用新材料、新設(shè)備重要很多。

3.2 建立綠色建筑評估體系

應(yīng)用全壽命周期理論去評價建筑物設(shè)計是否綠色環(huán)保,可以帶動綠色建筑市場的發(fā)展,從建材到施工,從生產(chǎn)到監(jiān)管,各個層次、各個方面都會因為評價方式的不同而產(chǎn)生變化。以下為常見的國內(nèi)外評價綠色建筑設(shè)計的標準:

1)美國建筑環(huán)境測評系統(tǒng)。美國建筑環(huán)境測評系統(tǒng)是美國土木工程師協(xié)會發(fā)起的,它是以市場為導(dǎo)向,以現(xiàn)有的成熟環(huán)境測評系統(tǒng)為基礎(chǔ)的建筑環(huán)境測評系統(tǒng)。它具有強大的自評模式,絕不采用不具有公眾效力的研究工具;

2)英國建筑環(huán)境測評系統(tǒng)。英國建筑環(huán)境測評系統(tǒng)(BREEAM)是世界上第一個建筑環(huán)境測評軟件[5],因為是第一個提出建筑環(huán)境交互機制,所以具有廣泛的市場影響力;

3)綠色標簽是歐美國家運用經(jīng)濟發(fā)展規(guī)律調(diào)節(jié)環(huán)境評估的一個手段,當建筑設(shè)施達到一定的綠色節(jié)能標準時,綠色標簽可以給開發(fā)商和業(yè)主一定的實惠。

3.3 利用政策和經(jīng)濟手段的激勵作用

建筑工程行業(yè)經(jīng)過市場經(jīng)濟改革之后,人們爭取得越來越多的是經(jīng)濟效益最大化,這種價值觀是不正確的,必須對當前情形下的建筑工程行業(yè)進行改革,要利用國家的政策去調(diào)控行業(yè)規(guī)范,使建筑行業(yè)注重建筑與環(huán)境的和諧統(tǒng)一,做到真正的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論

建筑的傳統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)展模式已經(jīng)陷入瓶頸,不能再靠對資源的過度浪費來發(fā)展經(jīng)濟,要依靠新的技術(shù)創(chuàng)新,從設(shè)計源頭上去保證建筑設(shè)計的合理性、經(jīng)濟性。綠色建筑是一個建筑生態(tài)體系,需要各方的一致努力,無論建筑設(shè)備廠商,還是建材供應(yīng)商、承建商、投資方,都要為綠色建筑推廣助力,綠色建筑市場才會有活力,才能保證綠色建筑的未來。