綠色建筑生命周期能耗控制研究

張軒銘，李明洋,張 坤

(四川大學建筑與環境學院，四川成都610065)

由于建筑能耗一直占社會總能耗的很大比例，建筑的能耗問題越來越受到重視。為了達到國家建筑節能標準，新建綠色建筑在設計中常常采用各種技術措施：如外墻保溫、Low-e中空玻璃、地源熱泵、全新風系統以及可再生能源等，來實現建筑的低能耗和高效益。一棟綠色建筑雖然采用了各種節能技術，仍然有可能出現能耗偏大的問題。

建筑是一個復雜的綜合體，要實現建筑節能的目標，依靠設計階段的規范要求，以及設計完成后的“綠色建筑”評價是不夠的。如果為了追求“綠色科技”，在一棟建筑中采用大量的機械化設備，忽略了建筑本身所具有的的調節能力，不考慮建筑建成后的使用模式，很可能會造成一棟建筑建成后運行能耗過大。建筑的生命周期是從投資階段到交付使用階段的過程，其中的每一個階段，都會影響建筑能耗，綠色建筑的節能不僅需要技術上的突破，也需要與之配套的管理模式。

1 綠色建筑建筑發展現狀

2012年住房與城鄉建設部在建筑節能“十二五專項規劃”中，從立法、能耗考核、建筑能耗審計、經濟激勵、市場推動等各個方面，對“建筑節能”做出了進一步的規劃與部署。提出了“十二五”規劃期間，完成新建綠色建筑10×108m2；到2015年末，20 %的城鎮新建建筑達到綠色建筑標準的要求[1]。根據相關統計，建筑每年的能耗占社會總能耗的30 %左右，大力推廣的“綠色建筑”不僅僅是采用了新技術、新材料、利用新能源，完成了評價標準的各項要求，更重要的是它應該真正實現了“節能減排”的任務。如果綠色建筑的實際能耗遠遠超過了一般建筑，那么發展綠色建筑將陷入困境。

2 “綠色建筑”能耗現狀

2.1 “綠色建筑”能耗特點

為了控制建筑的能耗，達到建筑節能目的，自2006年以來，國家頒布了一系標準和規范，如：《公共建筑節能設計標準》、《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》、《綠色建筑節能設計規范》、《綠色建筑評價標準》等，要求建筑在規劃設計階段要按照規范要求進行方案設計。各類規范中分別有相應條款對建筑圍護結構、窗墻比、體積系數，以及空調、采暖各項參數做出了明確規定。為了達到規范的要求，建筑可以采用不同的設計思路和技術手段。既可以使用各種建筑技術措施，充分利用新能源，運用高效的空調設備來實現要求，也可以通過合理的被動式設計來實現。

建筑可以采用不同的方式達到規范要求，因此不同建筑間的能耗差異也非常大，有的建筑能耗低而有的建筑能耗很高。我國《綠色建筑評價標準》中將綠色建筑必須滿足的條件劃分為節地與室外環境、節能與能源利用、節水與水資源利用、節材與材料資源利用、室內環境質量、運營管理[2]6大項。一棟建筑只需要根據標準要求，采取相應的措施，滿足6大項中規定需要滿足的小項數量，就可以被評為一星、二星、三星級的綠色建筑。然而，評價標準不能完全控制綠色建筑的能耗，“高能耗”的“綠色建筑”也確實存在。北京建成的一些中外合作“節能示范”項目中，集成了各種節能技術，但最終的實際運行能耗卻比同類未采用相應措施的建筑高[3]。

2.2 綠色建筑能耗偏大問題分析

建筑是一個開放的系統，從立項到運營階段影響建筑能耗的因素很多。如果僅從設計階段《綠色建筑設計標準以及規范》，和設計完成后根據《綠色建筑評價標準》來衡量綠色建筑，僅僅反映了綠色建筑的一方面。僅從局部判斷綠色建筑是片面的，因此不能夠從整體對綠色建筑能耗實施有效的控制。建筑科技的發展對建筑能耗影響固然重要，但更重要的是在發展新技術的同時，完善綠色建筑能耗管理機制，在綠色建筑生命周期實施全面有效的控制，雙管齊下達到事半功倍的效果。

3 綠色建筑能耗控制管理方法

3.1 綠色建筑生命周期控制模式

切克蘭德在《系統論的思想與實踐》中提出了系統思維[4]，這種思維強調把握研究對象的整體性把思維成果系統化。建筑能耗也可以從這種整體到局部系統的方式認識，建筑實際能耗產生于運行階段，生命周期內的每個階段都存在影響實際能耗的因素(見圖1)。生命周期內的各個因素互相聯系，互相作用，共同決定了建筑的最終能耗。

圖1 建筑生命周期及影響能耗部分因素

建筑生命周期中，不同階段得到的信息反饋不同，對建筑能耗的作用也不同。建筑的投資和規劃設計階段不產生能耗，但對建筑實際能耗的影響確是非常大的。這些階段采用主動控制，預先估算出建筑總能耗，通過方案比選與評估選出最佳方案實施。建筑施工與運行階段輸出建筑實際能耗，這兩個階段產生的能耗是開發設計階段綠色建筑方案能耗的反應，運行時也存在一些因素影響輸出能耗，這階段采用被動控制與主動控制結合的方式。

3.2 投資階段的主動控制

不同的開發商，由于投資理念、市場定位、戰略目標的不同，開發建筑的形態、功能也各不相同，這些差異會影響建筑能耗。位于香港九龍灣的“零碳天地”，采用太陽能光伏板及生物柴油發電，建筑周圍種植的370棵樹，平均每小時可以回饋電網99×106W，預計未來50 a可以降低溫室氣體排放8 250 t。開發商在項目立項時確立項目節能減排目標，后續階段以此為控制目標實施控制。

3.3 方案設計階段的主動控制

方案設計階段估算方案能耗，根據估算能耗值優化方案，確定最優方案。優化方案可以采用措施有：利用自然光源為建筑采光，合理布置建筑朝向，考慮自然通風和室內氣流組織為建筑在過度季節營造適宜的室內環境，減少使用空調的時間。空調系統、熱泵技術、新風系統、采暖系統合理選型等。優化方案，要盡量通過被動式設計，讓建筑具備一定自身的調節能力，保證一年中的大部分時間能夠營造舒適的室內環境。主動式設計中的各個系統要互相協調，運作時處于最佳工況。方案初步設計階段確定建筑形式，結合建筑周圍微氣候環境主要使用主動設計方法(圖2)。詳細設計階段確定建筑設備系統形式和可采用的建筑技術方案，完成被動設計方案。

圖2 綠色建筑設計主動控制

3.4 施工、運行階段的能耗控制

施工與運行階段采用主動控制與被動控制相結合的方式(圖3)。施工階段至建筑交付使用后會產生實際能耗。這兩個階段有以下因素會造成建筑能耗偏高：空調系統調試不恰當，空調以低負荷運行，空調系統冷熱負荷互相抵消，新風量過大，用戶用能習慣不恰當等。在項目施工階段實施主動控制，搭建能耗數據統計平臺，分別測試建設項目空調、照明、采暖、電氣系統的能耗。在施工過程中調試系統，確保系統在最佳工況下運行，降低系統運行能耗。在項目運行階段采用被動控制，根據收集到的空調系統、照明系統、采暖系統、電氣系統的各分項能耗數據，與設計模擬能耗值對比，分析偏差，找出能耗過大原因，再次調試系統使其達到最佳狀態。

圖3 施工、運行階段的主動控制與被動控制

4 結束語

為了綠色建筑能夠實現節能，需要科學技術的進步與支撐，同時也需要突破固有的管理模式，從建筑生命周期的角度出發深刻認識建筑能耗產生的原因，以及容易導致能耗過高的關鍵階段。根據這些原因，從能耗控制的目的出發，結合分析、預測、反饋的主動控制以及反饋、分析、調整的被動控制，在建筑生命周期的各個階段對建筑可能會產生的能耗，以及實際能耗實施控制，是能耗目標控制管理可以使用的一種模式。

[1] 國務院.節能減排“十二五”規劃[OL].中華人民共和國中央人民政府網，2012-08-06

[2] GB/T 50378-2006綠色建筑評價標準[S]

[3] 清華大學建筑節能研究中心.中國建筑節能年度發展研究報告[M].北京：中國建筑工業出版社，2010

[4] 切克蘭德.統論的思想與實踐[M].華夏出版社,1990