圍護結構或被動式建筑的綠色性評價方法

龔光彩，傅沐書，蔡立群，王平

(湖南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410082)

圍護結構或被動式建筑的綠色性評價方法

龔光彩?，傅沐書，蔡立群，王平

(湖南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410082)

以湖南地區5棟公共建筑為研究對象，基于全壽命期理論以及方法，分別計算了其全壽命期(即從圍護結構形成階段到拆除全過程)的建筑能耗、耗、二氧化碳排放量以及成本.在此基礎上，引入各個建筑的能比和綠色性兩項指標.采用層次分析法，得到建筑的綠色性指標，并對各個建筑的綠色性指標進行對比分析，結果表明,辦公建筑的綠色性明顯優于商業建筑.兩個指標的交叉對比結果表明，能比存在一個最優的范圍.能比反映建筑對優質能源的利用或消費程度，綠色性指標綜合考慮了建筑全壽命期的資源消耗、成本投入和環境影響，因而這兩項指標可作為現有可持續建筑評價體系中被動式節能條款的補充，具有一定合理性.

圍護結構；被動式建筑；能比；綠色性；可持續建筑評價體系

1 研究方法

圖1 建筑模型Fig.1 Building model

建筑全壽命期的各個階段看似相互獨立，實則互相影響，并通過圍護結構與外界熱環境構成建筑物的能量系統，如圖2所示.建筑圍護結構與建筑冷熱源主要通過負荷平衡進行銜接以維持室內熱舒適性，本文的研究就是以負荷平衡為基礎展開的，并遵循“負荷平衡、整體節能、分塊尋優”的分析策略[5].

圖2 建筑能量系統與環境(熱)基本關系圖Fig.2 Basic relationship between building energy system and thermal environment

Ec=∑mj×enf,j.

(1)

Exc=∑mj×exf,j.

(2)

表2 電、汽油及柴油的內含能、內含[7,11]

1.2 二氧化碳排放量計算

建筑物在全壽命期內向外界排放了大量溫室氣體，其環境影響不可忽視.例如王立平[14]采用灰色預測模型對住宅建筑建材生產階段的能耗、碳排放進行了分析.然而由于目前對建筑物維護階段及拆除階段二氧化碳排放的研究較少，因而本文僅考慮建材生產階段、建筑建造階段和建筑運行階段二氧化碳排放.建筑全壽命期的二氧化碳排放量可表示為：

MCO2,LC=MCO2,P+MCO2,C+MCO2,ua×N.

(3)

式中：MCO2,LC表示建筑全壽命期CO2排放量，kg；MCO2,P表示建材生產階段二氧化碳排放量，kg；MCO2,C表示建筑建造階段二氧化碳排放量，kg；MCO2,ua表示建筑運行階段年度二氧化碳排放量，kg/年；N表示建筑的運行年限，年.建筑全壽命期消耗的主要能源的碳排放因子見表3.

表3 電、汽油及柴油的碳排放因子[5-7]

1.3 成本計算

目前，人們普遍認為采用新型節能技術、可再生能源的建筑就是綠色建筑，而忽略了建筑的成本投入與生態品質平衡問題.本文將建筑全壽命期的成本作為資源投入因素列入評價模型中，即引入經濟性分析.本文中建筑全壽命期的成本包括建材生產階段、建筑建造階段以及建筑運行階段成本，維護階段和拆除階段所占比例較小，不予考慮.

建筑全壽命期的成本可表示為：

CLC=Cm+Cc+Cua×N.

(4)

式中：CLC表示建筑全壽命期成本，元；Cm表示建材生產階段成本，元；Cc表示建筑建造階段成本，元;Cua表示建筑運行階段年度成本，元/年；N表示建筑運行年限，年.

2 建筑綠色性評價

表4 建筑全壽命期各因素計算結果

(5)

表5 各建筑全壽命期能比

0.921 8En-1 477.

(6)

(7)

圖3 建筑能比與能耗的關系Fig.3 Relationship between exergy-energy ratio and energy consumption

2.2 綠色性指標

圖4 層次結構模型Fig.4 Hierarchical structure model

第二步是根據Santy的1～9比率標度方法構造兩兩比較判斷矩陣.對各層評價目標的重要性進行兩兩比較，確定各層次各因素之間的相對權重.由于各指標的重要性判定與建筑類型有一定關系，本文咨詢了10個包括建筑、土木、暖通、電氣專業在內的專家以及工程設計人員對各項指標的權重進行確定，并構造兩兩判斷矩陣，包括準則層對目標層M以及方案層對準則層Z1～Z4共5個判斷矩陣，見表6～表10.

表6 準則層對目標層M的判斷矩陣

表7 方案層對準則層Z1的判斷矩陣

表8 方案層對準則層Z2的判斷矩陣

表9 方案層對準則層Z3的判斷矩陣

表10 方案層對準則層Z4的判斷矩陣

第三步是層次單排序及其一致性檢驗.將各個判斷矩陣進行歸一化處理并計算最大特征向量，即為權重向量.由于指標間的相互影響和其他主觀因素的作用，所構造的矩陣不可能都有完全的一致性，為保證合理性須進行一致性檢驗.各判斷矩陣的一致性檢驗結果見表11.其中CI為一致性指標,CI越接近0表示一致性越好,從表6～表10中可看出5個判斷矩陣的一致性均較好.CR為一致性比率，CR<0.1時認定判斷矩陣滿足一致性要求，否則需要重新構造判斷矩陣.本例中均符合要求.

表11 各判斷矩陣的一致性檢驗

第四步是層次總排序.在對各判斷矩陣進行層次單排序后，再計算方案層對總目標的權重，得到層次總排序，從而比較各方案的優劣.層次總排序的結果見表12.表12中最右一列方案層最終權重即為各建筑的綠色性指標.

表12 層次總排序結果

2.3 交叉比較

圖5 能比與綠色性的關系Fig.5 Relationship between exergy-energy ratio and greenness

3 結 論

2)本文計算的5棟建筑中，辦公建筑的綠色性明顯優于商業建筑.因此，要提高公共建筑的綠色性，需要從商業建筑著手，其節能潛力較大，環境影響較為嚴重.

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Greenness Evaluation Method for Building Envelope orPassive Buildings

GONG Guangcai?,FU Mushu,CAI Liqun,WANG Ping

(College of Civil Engineering,Hunan University,Changsha 410082,China)

The energy consumption,exergy consumption,CO2emissions and cost of five public buildings in Hunan area in its life cycle were calculated based on life cycle theory and exergy method,taking into account the formation of building envelope. On this basis,two indicators including the building exergy-energy ratio and greenness were introduced. The greenness of each building was obtained by analytical hierarchy process. The comparison of the greenness indicators shows that office buildings are much better than commercial buildings in terms of greenness. Comprehensive comparison of the two indicators illustrates that there is an optimal range for exergy-energy ratio. The greenness indicator takes into account the building life cycle resources consumption,cost input and environmental impacts,and the exergy-energy ratio demonstrates the use of high quality energy. Therefore,these two indicators can serve as a supplement to the passive energy saving clauses in the existing sustainable building assessment systems.

building envelope; passive building; exergy-energy ratio; greenness; sustainable building assessment system

TU111.4

A

1674-2974(2017)11-0191-07

10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2017.11.023

2016-11-11

湖南省科技重大專項資助項目(2010FJl013),Science and Technology Major Project of Hunan Province (2010FJl013)；國家國際科技合作項目(2010DFB63830),Key International Science and Technology Cooperation Projects (2010DFB63830)；國家科技支撐計劃項目(2015BAJ03B00),National Key Technologies Research and Development Program (2015BAJ03B00)

龔光彩(1965—)，男，湖南澧縣人，湖南大學教授，博士生導師

?通訊聯系人，E-mail：gcgong@hnu.edu.cn