北方地區(qū)居住建筑綠色設計策略及其運營效果
——以天津市某住宅小區(qū)為例＊

汪磊磊 沈常玉 陳丹

與發(fā)達國家相比，我國綠色建筑的研究與實踐起步較晚，但發(fā)展迅速。截至2020年底，我國累計綠色建筑面積達66.45億m，并陸續(xù)發(fā)布了《民用建筑綠色設計規(guī)范》（JGJ/T 229-2010）、《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）等工程建設標準，為建筑的綠色評價、綠色設計、綠色施工、綠色改造等工作提供了技術(shù)支撐，基本形成了目標清晰、政策配套、標準較為完善的推進體系。

但在綠色建筑發(fā)展過程中，仍存在一些亟待解決的問題。目前，我國大多數(shù)綠色建筑都是在設計方案基本完成后才考慮綠色性能，缺乏整體考慮。若能在方案初期融入綠色設計理念，根據(jù)項目特點明確設計目標，通過參數(shù)化工具快速優(yōu)化方案，將明顯提升后期建筑性能并節(jié)約成本。

本文以天津市某住宅小區(qū)為例，在設計初期引入綠色設計策略，應用參數(shù)化工具模擬典型氣候特征及工況條件下的設計方案效果，通過調(diào)整建筑布局、優(yōu)化建筑通風等方式提高綠色性能，并對建筑運營階段的室內(nèi)溫濕度與能耗進行監(jiān)測，開展?jié)M意度問卷調(diào)研，計算建筑全生命期碳排放，以驗證實踐效果。

1 綠色設計策略

1.1 建筑布局調(diào)整策略

該居住小區(qū)為天津市保障房項目，總建筑面積15.78萬m（圖1）。在初期階段，為獲得良好的室外風環(huán)境，對建筑布局進行了優(yōu)化。依據(jù)天津地區(qū)夏季盛行偏南風、冬季盛行北風和西北風的氣候特點，確定了如圖2所示的建筑布局（方案一）。同時模擬場地風環(huán)境，在冬季典型風速和風向條件下，小區(qū)北側(cè)人行區(qū)域1.5m高度處的局部風速超過5m/s，不利于室外行走，也不滿足《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）的要求。

為解決人行區(qū)域風速超標的問題，對方案一進行了優(yōu)化。將高度為75m的4#、5#樓與高度為54m的11#、12#樓對調(diào)，并將調(diào)整后的4#、12#樓向北平移30m（方案二）（圖3）。優(yōu)化后小區(qū)北高南低，主要活動場地位于地塊南側(cè)，日照時間充足。4#、5#、11#、12#樓周邊人行區(qū)域風速由方案一中的2.95～4.91m/s降低為0.98～3.93m/s，改善了室外風環(huán)境，有利于布置較為集中的室外活動場地，但最北側(cè)的主要人行道路仍存在風速超標現(xiàn)象。因此，方案三將北側(cè)主要人行道路向東側(cè)移動（圖4），此處最大風速由7.5m/s以上降低至5m/s左右，滿足標準要求。

項目最終按照方案三進行建筑布局，模擬結(jié)果顯示室外風環(huán)境良好，夏季主導風能夠深入小區(qū)組團，利于降溫和增強戶內(nèi)自然通風；冬季北側(cè)高層建筑能夠阻擋北風、東北風，減少氣流對區(qū)域微環(huán)境的不利影響。

1.2 室內(nèi)自然通風效果優(yōu)化

夏季和過渡季良好的室內(nèi)自然通風能夠減少空調(diào)的使用，對降低建筑能耗、提高室內(nèi)舒適度起著非常重要的作用。因此除上述綠色設計優(yōu)化策略外，項目還采用了優(yōu)化室內(nèi)采光效果及窗墻比等被動式措施。

在滿足外窗通風開口面積與房間地板面積的比例達到5%的前提下，項目對外窗可開啟扇進行了初步設計，并以戶為單位模擬室內(nèi)風環(huán)境（圖5）。由風速云圖可知西北側(cè)臥室中部存在較大的靜風區(qū)，通風不暢；北側(cè)兩個臥室與南側(cè)起居室的空氣齡較高，房間自然通風換氣能力較弱（圖6）。

為解決上述問題，對該戶型外窗可開啟扇的尺寸與位置進行了調(diào)整（圖7）。將西北側(cè)臥室的外窗開啟扇向東移動；將南側(cè)起居室陽臺600mm×1 200mm的單一開啟扇改為500mm×1 200mm的兩扇對稱開啟扇。方案優(yōu)化后，西北側(cè)臥室中部的空氣流速提高至0.3m/s左右，通風換氣效果良好；起居室與臥室的空氣齡明顯降低，提高了房間的換氣除污能力（圖8）。

2 效果驗證

為驗證前期綠色設計達到的實際效果，研究對建筑運營階段的室內(nèi)溫濕度與能耗進行檢測，并開展居民滿意度問卷調(diào)研，同時計算了建筑全生命周期碳排放。

2.1 能耗模擬分析

依據(jù)《民用建筑能耗標準》（GB/T 51161-2016），居住建筑能耗應劃分為非供暖能耗與供暖能耗。居住建筑非供暖能耗指標以戶年為計算單元，規(guī)定每戶每年的能源消耗量，包括每戶自身的能耗量和公攤部分能耗量（宜按每戶套內(nèi)建筑面積分攤）兩部分，該指標包含綜合電耗指標和燃氣消耗指標。

項目組分別于2020年11月13日和2021年4月1日入戶抄錄了2#、13#、16#樓的電表、熱表與燃氣表。由于房屋的實際入住率僅在50%左右，根據(jù)熱表數(shù)據(jù)暫時無法得到整棟建筑的耗熱量，因此通過軟件模擬得到了全樓全年冷熱負荷，并核對抄表數(shù)據(jù)驗證其準確性。由于部分住戶在測試期間正在進行裝修工作，無法反映正常生活耗電量，故將已入住住戶的用電量平均值作為每戶電耗指標。由于生活習慣與入住人數(shù)不同，每戶的燃氣用量相差較大，在分析燃氣消耗指標時選擇了調(diào)研時每棟樓的最大值。項目能耗指標（表1）均滿足《民用建筑能耗標準》（GB/T 51161-2016）中的約束值，且各項指標均比約束值低25%以上，其中供暖能耗指標節(jié)能幅度最大，達到40%以上。

2.2 室內(nèi)環(huán)境滿意度調(diào)研

項目組于2021年2月開展了建筑室內(nèi)環(huán)境（溫濕度、采光、噪聲、空氣品質(zhì)與整體環(huán)境）的滿意度問卷調(diào)研，共回收72份問卷，有效問卷45份，調(diào)研結(jié)果見表2。

除了室內(nèi)噪聲和室內(nèi)濕度兩項指標的滿意度（非常滿意和比較滿意的比例）為35.56%與48.89%外，其他指標的滿意度均達到了80%以上。項目的室內(nèi)環(huán)境整體滿意度較高，說明前期通過綠色設計策略優(yōu)化的室內(nèi)自然通風與自然采光均效果良好。室內(nèi)濕度滿意度較低的原因在于冬季缺少主動加濕裝置。室內(nèi)噪聲滿意度較低的原因在于住戶對鄰戶的噪聲干擾容忍度較低，隔墻和樓板已經(jīng)達到了隔聲設計規(guī)范的基本要求。

表1 項目能耗指標統(tǒng)計表

1 天津市某住宅小區(qū)效果圖

2 冬季1.5m 高度處風速（NNW）方案一模擬結(jié)果

3 冬季1.5m 高度處風速（NNW）方案二模擬結(jié)果

4 冬季1.5m 高度處風速（NNW）方案三模擬結(jié)果

5 室內(nèi)自然通風（調(diào)整前）

表2 問卷調(diào)研結(jié)果統(tǒng)計

2.3 建筑全生命期碳排放計算

《建筑碳排放計算標準》（GB/T 51366-2019）將建筑全生命期劃分為建筑材料生產(chǎn)及運輸、建造及拆除、建筑物運行三個階段。本文依據(jù)其劃分與計算方法分別計算2#、13#、16#樓的全生命期碳排放，其中運行階段碳排放依據(jù)能耗模擬分析的結(jié)果計算，建筑壽命按50年計算；建筑材料生產(chǎn)階段碳排放C按式1計算（M為第i種主要建材的消耗量，F(xiàn)為第i種主要建材的碳排放因子）；建筑材料運輸階段碳排放C按式2計算（M為第i種主要建材的消耗量，D為第i種主要建材的平均運輸距離，T為第i種建材運輸方式下單位重量運輸距離的碳排放因子）；建造階段碳排放依據(jù)使用機械與對應臺班數(shù)進行計算；拆除階段依據(jù)《房屋建筑與裝飾工程消耗量定額》（TY 01-31-2015）進行計算。碳排放計算結(jié)果如表3所示。

根據(jù)《2018中國建筑能耗研究報告》，2016年城鎮(zhèn)居住建筑單位面積碳排放強度為29.04kgCO/m，該項目運行階段單位面積碳排放僅為這一數(shù)據(jù)的75.76%。

表3 建筑各階段碳排放及所占比例（50 年）

6 室內(nèi)風環(huán)境模擬結(jié)果（調(diào)整前）

7 室內(nèi)自然通風（調(diào)整后）

8 室內(nèi)風環(huán)境模擬結(jié)果（調(diào)整后）

3 結(jié)語

綠色建筑技術(shù)措施是建筑節(jié)能減排的重要方法，在“雙碳”目標的實現(xiàn)中發(fā)揮著重要的作用。該項目為保障房，受建造成本等因素限制，綠色建筑技術(shù)以被動式措施為主，但通過實際驗證發(fā)現(xiàn)其同樣獲得了較好的節(jié)能減排效果。希望本文能為我國綠色建筑的發(fā)展提供幫助，推動綠色設計策略的普及。

＊ 本研究得到國家重點研發(fā)計劃“目標和效果導向的綠色建筑設計新方法及工具”（2016YFC0700200）之課題“北方地區(qū)城鎮(zhèn)居住建筑綠色設計新方法與技術(shù)協(xié)同優(yōu)化”（2016YFC0700206）資助。

1-8作者自繪

表1-3作者自繪