霍子益

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院 貴州貴陽(yáng) 550001）

面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計(jì)方法分析

霍子益

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院 貴州貴陽(yáng) 550001）

主要討論了面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計(jì)方法，以求為未來建筑設(shè)計(jì)提供理論支撐。先簡(jiǎn)單分析了面向全壽命周期節(jié)能設(shè)計(jì)的基本理論，并對(duì)面向全壽命周期設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行討論；再分析了面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的基本原則，包括能源消耗控制，資源最佳使用控制等，由原則引申出節(jié)能建筑設(shè)計(jì)方法。從應(yīng)用效果來看，開展面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計(jì)討論，能有效提高建筑整體質(zhì)量，具有良好的操作價(jià)值。對(duì)相關(guān)工作人員而言，為進(jìn)一步提高建筑節(jié)能設(shè)計(jì)質(zhì)量，需要加深自身對(duì)全壽命周期節(jié)能設(shè)計(jì)的理解，為提高建筑整體質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

全壽命周期；節(jié)能建筑設(shè)計(jì)

節(jié)能建筑是未來建筑發(fā)展的主要形式，體現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中可持續(xù)發(fā)展的基本內(nèi)容，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)價(jià)值。但從當(dāng)前我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，節(jié)能建筑設(shè)計(jì)雖然已經(jīng)得到了社會(huì)的廣泛認(rèn)可，但相關(guān)措施在節(jié)能處理上的效果依然不足。因此，需要引進(jìn)一種先進(jìn)、合理的建筑設(shè)計(jì)理念，推動(dòng)節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)化與升級(jí)。本文將以此為背景，對(duì)面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計(jì)方法進(jìn)行討論。

1 壽命周期評(píng)價(jià)分析

1.1 壽命周期評(píng)價(jià)定義

壽命周期評(píng)價(jià)（LCA）的概念眾多，其中，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）對(duì)其的定義最具權(quán)威性。其認(rèn)為，所謂壽命周期評(píng)價(jià)，就是有效的匯總一個(gè)產(chǎn)品（或服務(wù)的）的基本資料，并評(píng)估該產(chǎn)品（服務(wù)）在體系生命周期中的所有投入與產(chǎn)出，最終確定相關(guān)活動(dòng)對(duì)環(huán)境造成的直接影響與潛在影響。

1.2 壽命周期評(píng)價(jià)的基本內(nèi)容

就建筑設(shè)計(jì)過程來看，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)系統(tǒng)分析的過程，主張通過合理的分析與處理，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。因此，在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，為保證相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容具有良好的操作性，就需要對(duì)其設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)。而壽命周期評(píng)價(jià)是解決上述問題的有效方式，具有良好的操作性，其工作主要體現(xiàn)為以下幾方面：

1.2.1 界定目標(biāo)與范圍

在一般的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，為避免所涉及的內(nèi)容較為復(fù)雜，可以優(yōu)選一些具有代表性的變量，包括窗戶類型、墻體類型、屋頂類型等。

在全壽命分析中，需要充分考慮到經(jīng)濟(jì)因素與環(huán)境因素對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響，假設(shè)設(shè)計(jì)過程中的變量值為X，則建筑壽命周期總評(píng)價(jià)的F可利用下列公式表示：

式中：LCEI代表壽命周期環(huán)境影響；LCC代表壽命周期費(fèi)用；w1代表壽命周期環(huán)境影響在總評(píng)價(jià)中所占權(quán)重；w2代表壽命周期費(fèi)用在總評(píng)價(jià)中所占權(quán)重。

1.2.2 清單分析

一般在清單分析過程中，需要深刻剖析某項(xiàng)設(shè)計(jì)中的相關(guān)影響因素，通過各種因素控制，達(dá)到節(jié)能質(zhì)量控制的目的。

設(shè)某建筑的窗戶類型為12.7mm空氣間層雙層玻璃，則在墻體類型選擇中，可選擇鋼結(jié)構(gòu)填充墻與石質(zhì)空心墻兩種形式。其中，鋼結(jié)構(gòu)填充墻組成由外到內(nèi)主要為：面層-空氣間層-空氣隔離層-覆材-保溫層-防水層-裝飾層；石質(zhì)空心墻內(nèi)外到內(nèi)的組成為：面層-空氣間層-剛性保溫層-防水層-裝飾層。而在清單分析中，就需要在充分認(rèn)識(shí)到兩種施工工藝的特點(diǎn)，從多途徑入手，分析相關(guān)措施的質(zhì)量控制方法，保證節(jié)能措施的有效性。

2 節(jié)能建筑設(shè)計(jì)原則與方法

在面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計(jì)中，為保證節(jié)能措施科學(xué)有效，需要尊重以下幾方面原則，以確保其設(shè)計(jì)措施具有可行性：

2.1 能源消耗最少原則

根據(jù)臺(tái)灣地區(qū)某鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑耗能計(jì)算案例可知，假設(shè)建筑物的全壽命周期為40年，則建筑耗能最大的為日常使用階段，其耗能約為總能耗的71%，建材的生產(chǎn)、運(yùn)輸所產(chǎn)生的能耗約為22%。因此，在面向全壽命周期的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，需要將工作的重點(diǎn)放在日常使用階段與建材生產(chǎn)運(yùn)輸階段。其主要方法為：

2.1.1 使用生產(chǎn)能耗低的建筑材料

我國(guó)在《奧運(yùn)綠色建筑評(píng)估體系及標(biāo)準(zhǔn)的研究》中，開始了建筑材料對(duì)建筑性能的研究，結(jié)合全壽命周期的相關(guān)概念，可將其劃分為4個(gè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，分別為：建筑所用資源的消耗、不可再生能源的消耗、對(duì)環(huán)境的影響、對(duì)人體健康的影響等。

一般在計(jì)算單位建筑面積所需要的能源時(shí)，可依照下列公式展開計(jì)算：

式中：E代表單位面積內(nèi)建設(shè)過程所需要的能源量，單位為GJ/m2；Xi代表第i種建筑材料使用過程中的單位耗能指標(biāo)，單位為GJ/t；Bi代表建筑所使用的第i種材料總重量，單位為t；S代表建筑面積的，單位為m2；a代表建筑第i種材料回收系數(shù)，單位為%；Xr代表第i種材料在回收過程中的生產(chǎn)能耗指標(biāo)，單位為GJ/t；n代表建筑施工過程中所需要的材料種類。

由上述公式可知，建筑材料能耗與建筑總能耗之間呈正比例關(guān)系，因此在建筑生產(chǎn)過程中要盡量使用能耗低的建筑材料，包括回收率高的鋁合金、型鋼等?？紤]到建筑材料全壽命周期的相關(guān)內(nèi)容，建議在施工中選擇處事能耗高但綜合能耗低的材料，以滿足建筑施工質(zhì)量控制要求。統(tǒng)計(jì)建筑設(shè)計(jì)中重要材料的消耗指標(biāo)，以求為相關(guān)工程開展節(jié)能質(zhì)量控制提供數(shù)據(jù)支撐，具體資料如表1所示。

表1 重要建筑材料生產(chǎn)過程中的能耗指標(biāo)

2.1.2 合理規(guī)劃建筑體形

總所周知，建筑體形對(duì)其室內(nèi)舒適度與建筑能耗產(chǎn)生重要影響，為提高建筑節(jié)能設(shè)計(jì)效果，可以合理規(guī)劃建筑體形。

受到氣候條件、地域等因素影響，我國(guó)地區(qū)間建筑體形規(guī)劃表現(xiàn)出明顯差異。例如北方地區(qū)在建筑體形設(shè)計(jì)中，盡量提高向南的面積，以增大建筑受光面，且建筑基本呈南北布置，東西朝向的較少，北方很難得到充足的陽(yáng)光。因此北方地區(qū)在建筑體形設(shè)計(jì)中，不宜在東西北三房巷設(shè)置采光區(qū)，避免冬季時(shí)熱量大量流出；而南方地區(qū)在體形設(shè)計(jì)中，更重視通風(fēng)與隔熱問題，重視門窗洞口布置，盡量迎合夏季主導(dǎo)風(fēng)向，以提高建筑整體通風(fēng)效果。

除建筑房屋朝向外，建筑的進(jìn)深也會(huì)對(duì)節(jié)能效果產(chǎn)生影響。一般的單棟住宅，其進(jìn)深越大，建筑的傳熱耗熱指標(biāo)越低。例如，當(dāng)建筑進(jìn)深為9m，耗熱指標(biāo)為41.20；當(dāng)建筑進(jìn)深為12m時(shí)，建筑耗熱指標(biāo)為36.85。

2.2 清潔能源利用原則

太陽(yáng)能屬于一種普遍的清潔能源表現(xiàn)形式，在我國(guó)工程院第七次原始大會(huì)學(xué)術(shù)報(bào)告上，工程院原始張耀明先生指出，我國(guó)屬于太陽(yáng)能資源豐富國(guó)家，陸地每年接收的太陽(yáng)能輻射約為2.4萬(wàn)億t標(biāo)準(zhǔn)煤，是上萬(wàn)個(gè)三峽工程發(fā)電量總和，由此可見，在開展太陽(yáng)能清潔能源的討論具有較高的實(shí)用價(jià)值。

在當(dāng)前的太陽(yáng)能利用中，其主要的應(yīng)用形式分為：

2.2.1 太陽(yáng)能光電屋頂

太陽(yáng)能光電屋頂是由空氣間隔層、太陽(yáng)能瓦板等組成，以安全玻璃或不銹鋼薄板為基底層，并通過有機(jī)聚合物充分包裹太陽(yáng)能電池。經(jīng)過上述處理，太陽(yáng)能瓦板具有良好的防水性能。設(shè)置太陽(yáng)能光電屋頂不僅能獲得電能，也能產(chǎn)生熱量，充分體現(xiàn)了綠色、節(jié)能的相關(guān)內(nèi)容。美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家早已經(jīng)開始了對(duì)太陽(yáng)能光電屋頂?shù)难芯?，并收到良好效果，太?yáng)能瓦板所產(chǎn)生的電量，不僅能滿足住戶自身的要求，也能將多余電量送入電網(wǎng)。

2.2.2 太陽(yáng)能電力墻

太陽(yáng)能電力墻屬于建筑材料與太陽(yáng)能光電池的結(jié)合體，通過在墻面上張貼發(fā)電層，在裝飾建筑物的同時(shí)，也能提供豐富的電力資源。該方法已經(jīng)得到應(yīng)用，例如，瑞士斯特克伯恩有一座鐘塔，其兩側(cè)覆蓋了光電池組件，所發(fā)出的電力用來維持鐘塔運(yùn)轉(zhuǎn)，其余被送入電網(wǎng)。

采取太陽(yáng)能節(jié)能處理措施，在初期會(huì)增加投資成本。因此在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)建筑的具體情況開展經(jīng)濟(jì)可行性分析，在綜合考慮成本、投資、運(yùn)行費(fèi)用的基礎(chǔ)上，做出科學(xué)的判斷。

3 結(jié)束語(yǔ)

主要討論了面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計(jì)方法的相關(guān)問題，對(duì)相關(guān)工作人員而言，在開展面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計(jì)中，首先要正確認(rèn)識(shí)到全壽命周期的相關(guān)內(nèi)容；再結(jié)合本次建筑設(shè)計(jì)中的經(jīng)濟(jì)要素與管理要素，判斷相關(guān)節(jié)能設(shè)計(jì)是否具有可行性，最終確定最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，以提高建筑整體性能。

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