绿色建筑发展与可再生能源应用
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1.2 绿色建筑评价标准和技术

鉴于绿色建筑的概念和内涵牵涉多个领域,需要建筑设计、景观设计、结构工程、水电暖工程、物业管理、开发商和使用者之间的广泛密切合作,共同参与和完成设计、建造、维护、使用和拆除等各个阶段的目标。这种多层次的跨界合作,需要一个统一的指导原则来凝聚各方朝着一个明确的共同的目标结果努力。这种指引就是绿色建筑的评估标准,是现在绿色建筑体系迫切需要的科学方法,也是绿色建筑进一步实现产业化的前提条件。目前,发达国家绿色建筑市场已经趋于成熟,美国的绿色建筑评估体系已经覆盖全球近70个国家和地区,参与评估的商业建筑项目达到近75000个。而我国绿色建筑尚处于起步和发展阶段,绿色建筑标准体系和评估细则有待完善。

传统的建筑设计疏于考虑场地、资源、室内环境和功能之间的相互影响。绿色建筑通过整体性设计方法,充分发挥各方面因素之间的协同作用。绿色建筑评价体系鼓励建筑项目团队在设计阶段早期就制订明确清晰的框架,以便整合场地规划、建筑设计营造以及运行维护等诸方面的策略。例如,可在早期确定项目中使用各种能源和材料的比例,明确不同选择对室内环境和功能的影响,以达到节约和循环利用资源的相关指标,采用最符合绿色建筑理念的设计。

当前社会上各种所谓绿色环保建筑比比皆是,如何较为客观公正地判断其内涵,保证建筑质量和真正做到对使用者和环境负责?评估体系也为解决这一问题提供了有效的管理机制。通过独立的第三方机构的考核,对建筑的不同表现给予明确的分级别的质量认证。

绿色建筑评估体系通常包含:针对不同种类建筑的评价标准,对每种建筑各方面指标的专业背景知识介绍(包括各种技术对资源、环境和人类社会的影响),实现途径和方法,以及最终量化该建筑综合表现的参数体系(通常采用评分和等级制)。该指标体系不但可以吸引和培养专业人才,为绿色建筑市场推广打下坚实的基础,还可以对公众起到科普教育作用,提高社会整体的环境生态意识。

世界上主要的绿色建筑标准包括英国的BREEAM、美国的LEED、日本的CASBEE、澳大利亚的Green Star、德国的DGNB、新加坡的Green Mark、中国香港特别行政区的BEAM、中国内地的《绿色建筑评价标准》等。每个国家或地区的标准都在互相借鉴的基础上充分考虑了本国家或地区的特点和适用性。我国绿色建筑标准的制定应遵循可持续发展原则,通过科学的整体设计,集成场地绿化、自然通风采光、高性能围护结构、高效暖通空调系统、可再生能源应用、环保材料和智能控制等高新技术,充分优化资源配置和管理效率,创造经济、生态和社会效益多方面结合的新型人工环境。

绿色建筑评估体系主要包含了以下方面的指标:绿化指标,生态文化指标,水资源指标(包括水质监测、节约回收利用、场地排水等),能耗指标(包括建筑运行能耗、生命周期能耗等),场地选择指标(包括交通、周边设施、土地性质等),场地排放指标(包括光污染、温室气体以及施工的尘土、噪声和污水排放等),微气候环境指标(包括场地周边风环境和日照采光的优化设计等),材料指标(包括垃圾处理、建筑废料处理、原材料选择加工等),室内环境指标(包括安全、健康、热舒适度和视听效果等),管理指标(系统运行调试、楼宇日常维护和物业管理人员培训等),创新设计指标(主要包括新技术和显著超过资源环境效益相应标准要求的应用)。

1.2.1 绿化指标

绿化指标作为绿色建筑基本要求之一,是指利用建筑场地,建筑物外墙、屋顶、阳台等各种表面以及室内空间覆以土壤来种植不同高度、外观和适应本地环境的低维护成本植物,起到调节温湿度、室外风环境,减少地表径流,吸附有害气体和降低噪声等功效。

植被是天然的温湿度调节器,吸收蓄积的降水量以蒸腾作用的形式重新散发到大气当中,可在较为干燥的天气下增加空气湿度。与此同时,蒸发带走的热量和乔木灌木类植物的遮阳效果,可有效降低地表附近的温度,缓解以钢筋混凝土为主的建筑和铺地表面引发的城市热岛效应。场地周围或者建筑周围的树木布置,可以在一定程度引导风向。树木相对建筑物的距离、数量、高矮和排列可以有效改变建筑物附近的风场,以便充分利用自然通风或者减弱场地内过高风速对室外活动的负面影响。此外,植物的光合作用可以制造氧气并吸收二氧化碳,减轻大气温室效应,许多植物还可以吸收来自工业或者交通运输过程中排放的二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等有毒有害气体。以叶面粗糙、面积大和树冠茂密的树木为主的种植林带还可以有效减弱和阻隔交通噪声对建筑室内环境的负面影响。

绿化设计应以合理配置、便于维护和保护生物多样性为原则。鼓励采用本地物种或者适应物种,可以依靠植物本身耐候性减少日常维护的用水量和人工费用。室外绿化结构以乔、灌、草相结合,实现多层次错落有致的景观,以达到人工植物群落与自然生态系统和谐统一。室内绿化应充分考虑日照、通风、采光、除虫和灌溉等方面的要求。绿化配置应合理利用项目场地地面,建筑物的屋顶、阳台、立面、平台和室内闲置空间。位于建筑屋顶的植被可以降低热岛效应,减少顶层空调房间的负荷,实现雨水回收利用;位于建筑立面和阳台的植被可以有效减少噪声,吸收有害物质,减少通过建筑墙体的传热;位于场地周边和空地上的植被可以提高雨水渗透量,降低地表径流,防止水土流失,降低交通噪声和污染的影响;布置于室内的植被有益于降低日间二氧化碳浓度,提高人们的工作效率并起到赏心悦目、消除视觉疲劳的效果。

图1-1和图1-2所示为屋顶绿化土壤构造和德国某建筑的屋顶绿化效果,屋顶花园的种植可以考虑不同种类植物和水体,因此对屋顶结构的承重能力要求较高,在人造土壤厚20~50cm的情况下每平方米载荷为2~3N。德国是近代最早研究和实践屋顶绿化的国家,早在2003年屋顶绿化率已经达到14%,首都柏林有近45万m2的植被化屋顶。

图1-1 屋顶绿化土壤构造(来源:http://www.nanjing2014.org/a/20140403/015628.htm)

图1-2 德国某建筑的屋顶绿化效果图(Europäische Investmentbank Luxemburg/IGA Rostoc

垂直绿化(或者墙体绿化)是指充分利用不同的立面,选择攀缘植物(或其他植物)依附或者铺贴于建筑物或者其他空间结构上的栽植方式。垂直绿化的植物选择必须考虑不同习性植物对环境条件的要求、观赏效果和功能,创造适应其生长的条件。图1-3所示为位于中国香港特别行政区上环酒店墙体上的绿化效果。室内绿化利用植物与其他构件以立体的方式装饰空间。室内绿化常用方式是悬挂,运用花搁架、盆栽以及室内植物墙等。室内绿化的实施应严格选择适应性物种,最小化能源和水资源的消耗,减少杀虫剂的使用,确保植物的健康生长。图1-4所示为中国香港特别行政区绿色建筑议会总部办公室内的立体绿化。

图1-3 香港Hotel Holiday Inn Express HONG KONG SOHO墙体绿化

图1-4 香港绿色建筑议会(HKGBC)办公室内的立体绿化

1.2.2 生态文化指标

恢复生物栖息地和保护历史文化也是绿色建筑的重要评估标准之一。栖息地的恢复包括土壤、植被和生物种类恢复,旨在保护自然生态系统;历史文化的保护包括对有古迹价值的文物、建筑和遗迹采取隔离防护措施,尽量降低损害,保证历史文化的传承。

栖息地的恢复是一种重要的减少人类社会发展对自然环境和濒危物种影响的方式。自然环境不仅对于这一代人,对子孙后代更是宝贵的财富。在恢复栖息地的过程中,要充分考虑其生物种类的复杂性,重建生态系统所需时间和努力以及各种不确定因素,这是生态价值被纳入绿色建筑评估体系的主要原因。伴随着中国城市化的进一步发展,交通和建筑用地不断侵蚀自然景观和野生动植物的生态群落。因此,在建筑规划选址阶段应对潜在的场地进行综合生态价值评估,仔细考察其现有物种和植被状态,鼓励在已经开发过的或者污染过的低生态价值的土地上营造建筑。如果必须选择未开发过的土地,一定要按照生态价值评估结果,尽最大努力减少建筑工程对周边生态系统的影响,并且在建筑场地内通过绿化等手段恢复或保留原系统的多样性。

中国是有着五千多年历史的文明古国,历史建筑和文化遗产是极其宝贵的人文社会资源。有关历史古迹的定义和范畴应参考各国各地区对考古、宗教、历史遗迹等的相应法规。文化遗产通常包括考古遗址、历史建筑、古生物学遗址和其他各种形式的文化遗产(如老街道、石灰窑、陵墓等)。文化遗产是了解历史的重要途径和方法,有助于人们建立对所在地区和国家的归属感。建筑项目的选址应尽量避免位于文物古迹附近,如果需要在该地区发展,务必采取措施保护场地内和邻近的古迹以实现文化传承的连续性。图1-5所示为中国香港特别行政区文物地理资讯系统网站界面,该平台可以通过链接电子地图定位全港超过450处历史建筑和考古遗址并显示其与建筑开发项目的相对距离。

图1-5 中国香港特别行政区文物地理资讯系统网站界面

1.2.3 水资源指标

水资源指标主要衡量场地排水、水资源的回收利用、节约用水和水质保证等方面的技术及应用。场地排水旨在评估场地的蓄水能力,采取多种措施减少市政排水管网负担;水资源的回收利用包括雨水回收、中水污水处理和循环利用等技术;节约用水主要依靠节水器具的推广应用;水质保证重点强调市政供水的净化处理和质量监控。

传统的场地开发方式通过采用非透水性地面压结土壤,造成植被和自然排水渠道的损失,从而扰乱了自然界的水循环,长此以往必将破坏水系统平衡。典型的场地雨水管理方式是通过人工下水管网集中排放收集到的雨水,虽然可以通过增加下水管道容量减少洪涝灾害的可能性,却也从某种程度上延长了地表径流的持续时间并且侵蚀了水道,对生态系统产生其他负面影响。采用渗水地砖、镂空地砖或者增加绿化面积等模仿自然水文的绿色基建方式有利于雨水渗透,减少地表径流,可有效控制洪涝灾害和减少市政地下水管网压力。此外,蓄积在土壤和渗水材料中的雨水通过蒸发作用有助于缓解城市热岛效应。图1-6和图1-7所示为生态渗水地砖和镂空地砖。

图1-6 生态渗水地砖

图1-7 镂空地砖

回收利用中水不仅可以减少市政用水,还能够保证供水连续性。如经过适当处理,几乎全部的建筑用水可以得到有效回收利用。所谓中水回收系统,是指回收盥洗、沐浴用水和空调冷凝水等经过处理后,重新用于灌溉、清洁和冲厕等用途。回收用水的质量必须根据相关标准严格保障,同时应根据建筑用水模式进行用水量平衡计算。雨水回收利用对于降水量丰富的地区也是一种有效地提高水资源利用效率的方式。有效雨水收集面积和水缸体积都要经过严格的设计与核算,尤其对于高层住宅,雨水水缸的负荷要结合结构设计一起考虑。与中水类似,收集的雨水也要经过沉降、过滤和消毒等一系列程序与主供水缸混合后共同承担冲厕、灌溉和空调循环水的供给。图1-8所示为典型的雨水回收系统设计图,通常应包含收集系统(屋面、斜坡等),输送管道,雨水集水箱,沉降、过滤和消毒杀菌设备,以及混合水缸等。此外,其他非传统水源(如海水)也可作为沿海城市的冲厕用水,该系统的水管须具有达标的防腐蚀性能。设计合理的回收水系统可以配合市政供水系统实现连续高效的水资源利用。

节水器具和节水技术的应用主要体现在直饮水、生活杂用水(洗漱、沐浴、洗衣、厨房和冲厕用水等)、灌溉用水等方面。直饮水和生活杂用水的节水主要依靠采用符合一定供水压力下流量限制的节水器具,如节水水龙头、淋浴花洒、小便器、大便器和洗衣机等。灌溉节水主要依靠喷灌、滴灌等技术取代传统的漫灌和人工喷淋。其中结合气候感应器(包括温湿度、降水量、太阳辐射等)的自动滴灌技术较传统漫灌方式可以节约绿化用水70%以上。节水率是衡量节水器具效果的重要指标,其计算要根据水量平衡,在估算出建筑总用水量的基础上,根据各种水资源间的相互关系,核算给排水和回收水量,从而进行合理的安排配置。图1-9所示为典型的红外线感应水龙头(左图)和红外线感应小便器(右图)。中国香港特别行政区水务署正在实施的“用水效益标签计划”是一项有代表性的节水器具推广措施。凡参加计划的产品将贴上用水效益标签,向用户说明其耗水量及用水效益以供参考选择。目前该计划已经涵盖淋浴花洒、水龙头、洗衣机、小便器和节流器,并且向各类用水装置开放登记注册。

图1-8 中国台湾省某大学雨水回收系统示意图(来源:http://www.lhu.edu.tw/m/safe/rain.htm)

图1-9 感应式节水器具实物图

水质保证是水资源评估准则的一个重要考察点,包括饮用水、生活用水的水质监测。虽然目前自来水供水厂的处理技术已经可以达到直饮水的要求,但传输管道的维护问题仍然可能影响用户端的水质。各地区水务机构都有类似的规定以保障用户端的水质,如中国香港特别行政区水务署的“大厦优质食水认可计划”于2002年开始施行,认证成功的建筑物能够保证内部管路的优质维护和用水端的水质达标。供水管网的管材和管件也有相应的标准,根据管路的不同安装方式还有各种附加要求。水质样本监测是保证水质的主要手段,监控的日程表、程序和技术应遵循各地法规,并且以高效的有统计学代表性的方式进行。

1.2.4 能耗指标

正如本书开篇介绍的那样,建筑能耗约占全国总能耗的30%,在香港特别行政区该比率更是高达60%,因此建筑节能是保护资源减少环境负荷和缔造可持续发展城市的重要途径。世界上主要国家都有自己相应的节能法规,比如我国的《公共建筑节能设计标准》,美国的ASHRAE等,这些法规被绿色建筑能耗评估条文用于建立各自的参照标准。

目前的绿色建筑标准针对能耗的评估主要采取建筑综合模拟和描述性节能措施两种路线。建筑综合能耗模拟依靠计算机软件对现有建筑结构和系统建模,包括建筑外形、围护结构、内部空间布局、暖通空调系统、照明系统、生活热水系统、通风系统以及其他辅助设备(电梯和水泵等)。常用模拟软件有eQUEST、ESP-r、EnergyPlus、IES-VE、ECOTECT、DeST等,均能够实现动态实时仿真计算并提供全年能耗和峰值能耗以用于进一步节能比较分析。图1-10为IES-VE平台下的建模效果图,该软件可以模拟建筑群内部的相互遮挡以及周边建筑的影响,提高冷热负荷的计算精度。当前的主流模拟软件都具有较为友好的使用界面和经过理论实验论证的计算精确性,是广泛应用的节能评价工具。与建筑综合能耗模拟相对应的方式是描述性规范方法。顾名思义,该评估方法要求建筑设计和系统选用满足现有节能技术的效率或者设计参数,而每项应用技术的节能效果都经过实践检验。实施该方法不需要特别全面的知识系统和专业训练,只要建筑和系统设计满足每项技术的描述性规定,就可以代替较为复杂的模拟计算而获得相应的分数。但是,此方法缺乏对不同技术间相互作用的分析,有可能导致实际系统整体节能效果下降。目前的主要绿色建筑标准当中,LEED并不鼓励采取描述性路线,其评分系统会授予采取综合能耗模拟路线的项目更高的得分;而我国香港特别行政区的BEAM对两种方式赋予基本相同的得分空间;相比之下我国最新的《绿色建筑评价标准》GB/T 50378—2014中去掉了有关综合建筑能耗模拟的评估方法。

图1-10 IES-VE平台下的建模效果图(来源:www.iesve.com)

传统的建筑节能技术可以分为被动式节能技术和主动式节能技术两类。被动式节能技术特指不需要依靠外部动力和功耗的跟建筑规划设计或者结构本身相结合的应用。常见的被动式节能技术包括以下几个方面:

(1)建筑规划布局:因应周边建筑群设计建筑自身朝向、建筑形体等宏观参数,优化自然通风和采光设计,以减少辐射的热量。

(2)建筑结构物理:提高非透光围护结构的传热、蓄热性能和控制透光玻璃结构的遮阳系数以减少辐射、传导和对流的传热量,降低峰值冷热负荷。

(3)建筑几何结构:改变窗墙面积比、窗地面积比和遮阳板尺寸等设计参数以便调节室内冷热负荷,提高自然通风和自然采光效率。

(4)建筑渗透换气系数和气密性:提高建筑门窗气密性可以降低室内空调区域的冷热损失。

与被动式节能技术相反,主动式节能技术通常需要额外的能耗输入,包括提高空调、热水、通风、照明和其他机电设备的运行效率。传统的主动式节能技术包括:

(1)使用冷水机组代替风冷式机组,采用高效压缩机(如数码涡旋压缩机、变频压缩机和无润滑油压缩机等)、换热器等提高机组的制冷/制热系数(EER/COP)。

(2)采用T5或者LED光管代替传统T8荧光灯,利用光感或者声感元件实现照明系统随室内光照水平和实际使用情况的自动控制。

(3)提高空调通风输送系统效率,采用变风量系统或者变频风机、水泵等。

(4)采用高效气流组织形式:如分层空调、局部制冷、置换通风等。

(5)采用新型空调系统末端装置:如顶板辐射制冷、地暖系统等。

(6)采用高效节能的设备:选用符合节能能效标准的设备(如单元式空调器、热水器、洗衣机、冰箱等)。

鉴于传统能源的日益匮乏,开发可再生能源(包括太阳能、风能、地热能、海洋能等)不仅可以缓解日趋严峻的能源供需矛盾,还有利于低碳城市和经济的发展。近年来,可再生能源在建筑节能方面的应用潜力被不断发掘,能够与建筑相结合的可再生能源系统主要有以下几类:

(1)太阳能光伏系统:包括建筑附加光伏系统(特指附加在建筑表面结构之外的系统)和建筑一体化光伏系统(特指与建筑围护结构形成整体的系统)。光伏应用通常分为孤立系统和并网系统:孤立系统需要较高成本的储能设备,多用于偏远地区;而并网系统是电网覆盖地区较为常用的系统设计方式。

(2)太阳能光热系统:利用集热器吸收太阳辐射能用于生活热水或者供暖的系统,可安装于建筑屋顶和用户阳台,与蓄热系统相结合可以提高系统太阳能利用率及稳定性。

(3)太阳能光伏光热一体化系统:又称PV/T系统,是利用流体降低光伏板表面温度,同时将升温的流体用作供暖或者生活热水。

(4)太阳能制冷系统:利用太阳能驱动吸收式或者吸附式制冷系统,可提供较高温度的冷源,多与其他空调技术配合共同承担建筑冷负荷。

(5)太阳能除湿系统:适用于空气湿度和潜热负荷较大的亚热带热带气候,利用太阳能加热再生除湿溶液。

(6)风力发电系统:指可以安装于建筑顶部或者花园平台的小型风力发电机,可以分为垂直型和水平型两种,其中垂直型更适用于风速较小的情况。

(7)水力发电系统:指利用建筑给水系统的剩余压头或者排水势能驱动小型水轮发电机的技术。

(8)地源热泵系统:指利用水平或者垂直地埋管作为热泵机组的热源(制热工况下)或者热汇(制冷工况下)的装置。土壤与空气相比,全年温度较为恒定、蓄热性能较好,为热泵蒸发/冷凝器提供了良好的换热条件,当土壤本身不足以容纳或者提供热泵系统排出或吸收的热量时,还可以与太阳能集热器或者冷却塔耦合形成更为高效的混合系统。

(9)热回收系统:虽然不符合传统的可再生能源系统定义,但该系统通过排风与新风之间的热量、质量交换(通过转轮等),有效节约新风预处理能耗,是一种能源循环利用技术,故而在本书将其与其他典型可再生能源技术一起讨论。

可再生能源系统能够在被动式节能技术基础之上进一步降低建筑冷热负荷,抵消部分或者全部建筑设备能耗,有助于实现低能耗甚至接近零能耗建筑。可再生能源系统的选择和设计要因地制宜,仔细考察建筑场地和周边的气候环境,适当地组合不同种类的技术以助于实现产能最大化。部分可再生能源系统由于其来源本身的不稳定性(如风能、太阳能随天气的变化),通常与其他系统联合使用。图1-11所示的风光互补混合发电系统,将风力发电系统、光伏系统与储能系统并联,可以在一种资源不足时采用另一种资源或者储备能源。应用太阳能和风力发电技术时应首要考虑当地的可利用资源,如在遮挡较为严重或者风力资源较匮乏的地方安装系统则得不偿失。图1-12所示为一种太阳能与地源热泵耦合系统的能量平衡示意图。虽然土壤是较为理想的热源/热汇,但长期的吸热/放热不平衡也会导致地区土壤温度的升高或者下降,影响系统的运行效率和土壤圈的生态系统。如果在冬季供暖期使用太阳能集热器作为辅助热源,非供暖季节利用太阳能加热生活用水或者回灌土壤蓄热,就可在提高热泵效率的同时降低土壤的积累温度变化。

图1-11 风光互补混合发电系统(来源:http://www.kefulai.com/shehui/6434.html)

在高密度城市如上海、香港等地,可再生能源的应用受到建筑密度、可用安装面积和人工成本等因素限制,但是从可持续发展的长远战略高度出发,绿色建筑评估标准仍应坚持鼓励该类技术应用。例如近年来在高层建筑中出现利用光伏幕墙代替普通玻璃幕墙的技术,可在保证部分可见光透过的前提下减少室内负荷并且联网发电。

图1-12 太阳能与地源热泵耦合系统的能量平衡示意图[1]

1.2.5 场地选择指标

场地选择指标包含场地周边交通、设施和土地性质三个层面:鼓励选址于临近公共交通的枢纽地区,以倡导低碳出行;鼓励选址于周边各类设施齐全的地带,以提高室内人员的生活和工作效率;鼓励选址于已发展过的土地,以减少对自然生态系统的侵蚀。

数量不断增加的私家车不仅恶化交通拥堵现状,而且严重污染大气环境。目前使用中的机动车辆仍以化石能源为主,大量排放的尾气经过高楼林立的城市街道峡谷效应不断聚集,造成了当前最棘手的交通污染问题。车辆尾气所含的挥发性污染物不但含有致癌物质,更能够加速光化学烟雾的生成。废气中的一氧化碳、氮氧化物和二氧化硫等有害气体也严重危害环境和人类健康。除空气污染外,交通噪声也是不容忽视的环境问题。解决交通污染问题的有效方法之一是减少道路上私家车和出租车的数量,鼓励建筑物用户使用临近的公共交通工具。因此,绿色建筑的场地规划应考虑与交通站点的相对位置,通常要求该站点位于场地主要出入口的指定步行距离内,并且应能够在不同时间段内都可以提供一定频率的车次,以减少建筑物用户对私人交通工具的依赖。相应地,规划指标还应要求停车场规模适度、布局合理、符合用户出行习惯,按照国家和地方有关标准适度设置,并且科学管理、合理组织交通流线,保证不对人行道、活动场所产生干扰。例如,美国的绿色建筑标准(LEED)相关指标要求建筑除提供法律规定的最小车位数量之外不预留其他私家车车位,或者提供一定比例的绿色低碳车型包括电动车、混合燃料机动车等的优先车位。交通需求管理策略也是减少道路机动车辆的有效途径,如提供拼车(carpool)的优先车位等。值得特别注意的是,自行车是一种极为低碳和健康的出行工具,其每千米碳排放较普通机动车可减少约280g,同时可增强体质,甚至在一定程度上提高人类平均寿命。绿色建筑设计应考虑提供自行车的停放空间,配套室内洗浴设施,以及确保周边一定距离内可顺利连接到自行车专用的道路网络(所谓自行车道路网络,指包括单车以及各种低速行驶道路,将居住、工作和其他地点连接为一体的公共交通枢纽)。

在建筑附近提供基本生活设施(如教育、医药、金融、邮政、购物、餐饮等)可有效提高用户的生活质量和工作效率。用户可以从周围已有和项目发展将要提供的新设施中获益。娱乐设施和休闲空间对用户的身心健康和工作生活方式的可持续性起到重要的作用。娱乐休闲空间既包括动态设施(如球场、泳池等),也包括静态设施(如空中花园、公园和休憩空间等)。相关绿色建筑指标通常要求规划中的周边设施在建筑开始使用前完工,而且对设施种类的多样性和相对建筑的距离都有严格的规定。此项目的评估鼓励建筑规划选址于高密度、较成熟的发展区域,进一步减少远程交通工具的使用。

生态敏感地带是自然环境和人类社会不可或缺的一部分:农业用地可以有效利用降水生产食物;冲积平原富含营养,是潜在的农耕地和动植物群落栖息地;濒危物种栖息地对生物多样性影响深远;湿地和自然水体是洪涝灾害的缓冲地带,以及碳回收和水循环的核心环节。建筑发展应该避免选择以上所述生态敏感地带,以避免侵害自然环境和造成人身财产损失。例如在冲积平原上发展建筑,可能受到洪水泛滥和海平面升高的影响,同时减少粮食的产量。因此绿色建筑提倡选择已开发过的场地,尽量利用已有的基础设施和周边有利条件。如果不得不选择未开发过的土地,要严格遵守相关规定最小化对生态系统的不良影响。在规定生态敏感地带的同时,绿色建筑标准也定义了鼓励发展的场地,如低收入地区(经济萧条导致的空置区域)和历史发展区域(周边地区有着悠久的发展历史,较为成熟的社区)和污染过的土地(需要进行土壤质量恢复工作,保证不影响人类健康居住)。

1.2.6 场地排放指标

场地排放指标用于限制建筑物施工和运行过程中对周边环境和大气层造成的负面影响:包括光污染、噪声污染、水污染、臭氧层破坏和温室气体排放等。

1.2.6.1 施工过程的场地排放

建筑施工中不恰当的排放行为可能造成对水环境的污染。挖掘或者钻孔工程产生的泥浆,清洗车轮等压制扬尘措施产生的废物,以及工人食堂和厕所的排放物等都是潜在的污染源。未经处理的施工废水含有大量淤泥和沙石,有可能堵塞下水管道和污染周边自然水体。因此,承建商在施工开始前应获得有关部门的污水排放许可,并且安装现场的污水沉降、分离和净化处理设施,使得排入下水管网的废水达到相应标准。

噪声污染也是施工期间值得注意的问题:施工现场进出的车辆,大型的挖掘、搅拌、打桩和钻井机器等都是潜在的噪声污染源。绿色建筑标准要求在周围敏感建筑前设置规定数量的监测点,通过定时监测判断是否满足该地区环境噪声水平规定。如果超过规定上限,应采取合理措施降低噪声。常见的措施有:液压打桩锤、液压破碎机、线锯切割混凝土、用于手持式破碎机和发电机的隔声罩、用于大型设备的噪声屏障,以及其他临时性噪声阻隔措施等。

施工扬尘污染是空气中悬浮颗粒来源之一,不但能引起呼吸疾病,还会降低能见度污染室外空气。场地排放控制要求定时定点监测场地周边的空气质量(包括温湿度、悬浮颗粒等参数)。如超过规定上限,应采取以下措施减少空气污染:利用水喷雾湿润裸露土壤;覆盖现有颗粒物材料防止扬尘;冲洗离开场地车辆轮胎;工程结束后所有裸露地面迅速做喷草处理(在地面上开挖横沟后迅速喷撒草籽)等。

1.2.6.2 运行期间的场地排放

室外人工照明不仅可以保证建筑用户的安全和舒适度,还能够提高生产效率和延长使用时间。合理的室外人工照明设计是提高安全保障、建筑识别、美观视觉效果和导航功能的前提,而较差的室外人工照明设计会对周边建筑用户和自然环境造成光污染。光污染是指溢出场地之外的多余光线的一系列负面影响:如产生天空辉光和眩光、影响夜间自然生态、侵扰周围室内人员等。某些野生动物习惯夜间捕食,植物依靠昼夜长短变化调节新陈代谢,迁徙中的候鸟依靠星星的亮光导航,它们都会被过度的室外人工照明误导,甚至伤害,人类自身的生活习惯和健康也会受到影响。好的室外人工照明设计需要结合本地区的相应标准(如英国的CIBSE和美国的IES/IDA等),限制影响周围环境和生物的光照水平。目前的光污染评估主要依靠模拟计算,DIALux是一款常用的室内、室外、街道和隧道照明的精确计算软件,其模拟的夜间室外景观照明效果如图1-13所示。

图1-13 DIALux模拟的夜间室外景观照明效果(来源:http://discover.dialux.com/)

建筑运行期间的空调系统和保温材料的气体排放是另一个影响大气环境的因素。《蒙特利尔条约》规定了含氯和溴的制冷剂、溶剂、发泡剂、气溶胶推进剂和灭火剂等受控物质的淘汰时间表,各国家或地区相应法规也对每种材料的使用做出了详细的规定和限制。制冷剂作为建筑空调系统广泛采用的工质,除具有良好的工程热力学性能外,还应该满足无毒性、不可燃、稳定性、经济性、润滑性和材料兼容性等方面的要求。实际应用中并不存在理想的制冷剂,其化学成分中氟、氯、溴等元素的含量决定了其臭氧消耗潜能值(ODP)和温室效应潜能值(GWP)。目前,CFC和HCFC基于其高ODP值,已经在淘汰过程中,而HFC类制冷剂需要通过ODP和GWP综合计算来评估其性能优劣。

冷却塔、空调室外机组和通风系统排风口在建筑运行期间产生的噪声可能会影响到临近的其他建筑使用者或者自然生态群落。在建筑设计和设备选型阶段,要对其在一定距离内的噪声影响进行预评估计算,以保证周边用户的室内噪声环境达到相关标准。

1.2.7 微气候环境指标

微气候环境指标主要考察建筑规划布局与场地周边既有建筑群落相互影响下的风环境和日照条件。风环境指建筑项目施工前后地面行人高度水平上(1.5~2m)风向、风速的水平和分布;而日照条件包含周围建筑和项目建筑的相互遮挡以及对辐射传热和自然采光效果的影响。

受到限制的自然通风可能会影响建筑周边的微气候环境,造成污染物沉积、局部温度升高的流动停滞区域。另一方面特殊地形、地势可能造成局部风速放大,威胁行人的安全并且降低室外活动的舒适感。根据建筑的形态差别,建筑物周边的风速可能较开阔地带增加2~3倍,尤以狭窄走廊处为甚。根据相关研究[2],当室外风速未超过5m/s时,过大风速出现的可能性较低,户外活动的人体感觉尚处于舒适范围。室外风环境模拟通常使用计算流体力学(CFD)软件,通过对一定区域内(按照香港特别行政区的规定,通常从场地边界算起到项目建筑群中最高建筑物2倍高度的距离内)的地形和建筑模型划分网格,规定边界条件、初始条件、收敛条件和离散法则,可以获得较为精确的行人高度平面上各点的瞬时风速和风向。图1-14所示为室外风环境模拟结果。

新建建筑与既有建筑群落之间互为遮挡,会影响各自的日照和采光效果。对于有自然采光要求的建筑,需要比较项目竣工前后模拟采光性能的变化。除采光要求之外,如新建建筑打算采用太阳能光伏光热系统,还需要研究其潜在安装表面在全年间各个时段的阴影(受遮挡)状况。图1-15所示为IES-Radiance环境下模拟的某一时刻建筑物表面的自然采光效果。此外,周围建筑的遮蔽效果可显著减小建筑的冷负荷,应在能耗模拟计算的有关指标中予以全面考虑。

图1-14 建筑周边风速CFD模拟(来源:http://www.onesimulations.com/index.php?p=environment&lang=en&sub=wind)

图1-15 建筑日照采光模拟效果图(来源:www.iesve.com)

1.2.8 材料指标

建筑材料指标以材料资源的高效利用为宗旨,包含以下几个方面:施工材料的回收利用、原材料的选用和高效节材的设计。

1.2.8.1 施工材料的回收利用

根据美国环境保护局US Environmental Protection Agency统计,仅美国国内的纸张、食物、玻璃、金属、塑料等所有可回收材料占到了城市生活垃圾的69%。如果成功将这部分可回收材料从堆填区中转移出来重新利用,建筑开发商和用户可以节省相当可观的原材料和运输成本。建筑垃圾回收处理的前提是保障足够的垃圾回收储存空间。在建筑设计的早期就应该开始考虑材料回收利用设施的规划,应准确预计垃圾的产量并精心布置收集地点,设计使用方便的废物处理设施。这样才有助于建筑使用者养成垃圾回收的行为习惯和环保理念。根据各地法例规范,垃圾回收储存空间大小可按照建筑类型和面积计算而得。近年来,电子废物(e-waste)包括计算机、照相机、键盘等,其数量不断增加,逐渐成为固体废物的主要来源。所以确定其储存空间大小、所需处理设备和运输工具是非常重要的。电池、荧光灯等电子废物较传统的纸张、金属、玻璃和塑料等废物对环境的负面影响更大。因此,材料相关指标要求建筑项目团队设计和指定详细的废物管理规程,特别要规定电子废物等有害物质的回收处理方式。图1-16所示为垃圾分类回收设施示意图。

图1-16 垃圾分类回收处(来源:http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9E%83%E5%9C%BE%E5%88%86%E9%A1%9E)

施工废物是另一个主要的垃圾来源。美国环保局估计在2003年有1.7亿t施工废物产生,而欧盟的统计是每年全部成员国的施工废物产量为5.1亿t。回收施工废物可以大幅度减少水和土壤污染。与生活垃圾的管理类似,施工废物的管理也应该在施工开始之前制定好管理规程,确定最有效的回收策略、技术和运输、储存设备。通常施工废物处理策略包括源头减少和回收利用。从源头减少施工废物的策略包括一系列高效节材设计措施如预制构件、模块化设计等,做好垃圾分类也可以提高回收系统的效率。同样地,在设计阶段正式开始前制定好施工废物管理规程,有利于施工的计划、协调以及策略和相关协议的制定。做好项目设计团队、施工现场工人和废物运输人员的管理培训工作,保证管理规程高效实施,减少堆填区和焚烧炉的负担。贯彻施工废料管理规程,通过回收利用废料和买卖有价值的边角料等方式可有效降低成本实现更大投资回报率。

1.2.8.2 原材料的选用

原材料选用准则旨在鼓励采用经过生命周期分析的具有较高环境、经济和社会效益的产品和原料,鼓励从经过生命周期环境影响评估的制造商和企业采购建筑材料。生命周期评估(life cycle assessment,LCA)是一种用于评估产品或者材料在开采、加工、使用、废弃、回收的完整循环周期中的环境影响。ISO 14040(ISO国际标准化组织)详细介绍了实行生命周期评估的原则框架和基本要求。

美国的绿色建筑评价标准提出了环保产品声明(environmental product declaration)的概念:用一种标准化的方式证明该产品在开采、能耗、化学成分、产生废物以及对大气、土壤、水源的排放等方面的环境影响潜力。

香港特别行政区的绿色建筑材料指标提倡采用快速再生材料(rapidly renewable materials)、可持续性林木产品(sustainable forest products)、循环利用材料(recycled materials)和区域制造材料(regionally manufactured materials)。其中,快速再生材料指该材料或者资源的自我再生速度超过其传统开采速度从而减轻对自然生物、土壤和空气质量的影响。典型快速再生材料包括竹子、油毡、软木、速生杨木、松木等。使用快速再生材料可有效减少环境影响,提高经济效益。可持续性林木产品来源于经森林管理委员会(forest stewardship council)或同等机构组织认证过的林地。该林地所采用的管理体系应严格遵守保护生物多样性和维持森林生态体系的原则。循环利用材料指废料或者工业副产品中的有效成分经过处理后作为原材料或者混凝土材料中的一部分重新用于建筑当中(可用于结构性或者非结构性材料)。煤粉灰混凝土(PFA concrete)是一种典型的含有循环利用成分的材料。区域制造材料不但减少了交通运输过程中的能耗和污染排放而且支持了本地产业经济发展,是建筑材料的首选之一。

1.2.8.3 高效节材的设计

常见的高效节约材料的设计有构件预制、模块化设计和灵活适应性设计等。

构件预制是把建筑的一部分在工厂中预先成形,运输到施工现场后可以迅速组装的营造方式,能够较大程度提高施工效率。与传统的现场搅拌制作工艺相比,工厂预制可以更好地控制生产流程和实现废料的高效处理。施工现场的噪声、扬尘、排水污染等问题也一并得到解决。内部磨光和定制金属工艺应当在工厂内完成并高度组装以限制现场所需喷涂和修整工作。在我国香港特别行政区,预制混凝土构件已经广泛应用于公共租住房屋的建造,包括预制卫生间,预制楼板、立面、楼梯间等。

模块化设计是基于标准化网格系统便于工厂加工和组装统一尺寸构件的技术。细节的标准化有助于实现最优的材料量化生产,并且通过简化设计和现场操作实现其品质和环境效益。标准化模块的尺寸形状要经过仔细设计,以最小化生产过程中边角料的浪费。

建筑的适应性指其满足实质性改变要求的能力,常用的适应性设计策略可以分为以下三个方面:空间布局和微量改变的灵活性;建筑内部空间使用方式的可变性;建筑面积和空间的可拓展性。适应性的设计还可以延长建筑的使用寿命、提高运行性能和空间利用效率并产生经济效益。建筑所有权、用途的变化以及常住人口增长等因素都可能产生改变和拓展已有建筑的需求,伴随大量固体废物的产生。灵活适应性设计给予建筑使用者改变建筑布局的空间,通过使用易于拆除的结构实现改建过程中资源消耗和环境影响的最小化。图1-17所示为一种可移动隔板,有利于提高空间利用和功能的灵活性。适应性设计的核心原则包括各个系统的独立性、系统的可升级性以及使用寿命内各个建筑组成部分的相容性。此外,建筑的设计也要考虑未来解体的需要。解体是一个系统的、有选择性的拆卸过程,从而生成能够用于建造和恢复其他建筑结构的合适材料。考虑解体需要的建筑设计有利于回收可循环材料,减少资源消耗和提高经济效益。

图1-17 可移动的建筑隔板(来源:http://www.multispacesystems.co.uk/gallery/multifold-gallery.aspx)

1.2.9 室内环境指标

现代社会人们在室内停留的时间远多于室外,我国香港特别行政区85%的人类活动都在室内进行。室内环境品质是绿色建筑标准评估的重点之一。建筑的设计、管理、运行和维护过程中都要求保持良好的室内环境,优化利用能源和其他资源。高质量的室内环境不但可以保证用户的健康和舒适,还可以创造高效安全的工作、居住和生产环境,从而提升建筑的综合价值。室内环境指标包括安全、卫生、空气品质、热舒适度、通风效果、自然采光、人工照明、声环境等几个主要方面。

1.2.9.1 安全

有安全保障的环境一直是建筑使用者关注的焦点之一,通常涵盖人身和财产两个方面。即使对于商业和教育等类型建筑,其公共厅堂、楼梯间、厕所等空间的安全问题也很重要。建筑及其室外景观的合理设计辅以充分的安全措施可以防范盗窃等犯罪现象。所需的安全措施取决于建筑的类型和安全等级。常用的安全措施包括:天然和人工屏障,保安及电子监控系统。硬件安全系统(监控录像、安全屏障等)和完善的管理通信系统(保安巡逻等)的结合可以提高保安的效率和质量。图1-18所示为结合了通信系统、门禁识别系统、监控系统和报警系统的楼宇安防自动化解决方案。

1.2.9.2 卫生

建筑内部的疾病传播(如军团病、SARS等)是威胁使用者健康的一大隐患。生物污染容易通过给排水系统、冷却塔和垃圾储藏传播,因此定期的检查、维护和清洁是全面管理和保障楼宇卫生的必要途径。

自2003年的SARS病毒全面爆发以来,楼宇卫生越来越引起公众关注,有足够证据显示病毒的传播方式之一是通过排水系统。因此,绿色建筑标准应要求确保给排水系统的设计和维护,减少病毒细菌和异味传播的风险。所有的卫生器具的排水口(包括地漏)都应在连接至共同排水主管之前提供水封存水弯。保持存水弯的水封在高层建筑中是一个难点。空气穿过水封有以下两种情况:管路水压变化导致夹带气泡穿过水封;或者水封部分甚至全部失效。保持水封主要通过人工补给和用户日常排水,如果水封失效被污染或者管路泄漏,病毒细菌将乘机进入室内。在给排水系统正常运行条件下需要保持一定高度的水封(如25mm)。自吸水型水封,如将盥洗盆排水管接入地漏排水管和水封之间可以省去人工补水工序,但该水封需要防止地漏水回流。

军团病在历史上人类聚居区多次大规模爆发,该病原体不但存在于自然水体和土壤中,也可由建筑循环水体传播。对新建建筑中的空调、通风和水系统做定期监测和维护可以有效防止军团病一类的病原体扩散和传播。

建筑内的垃圾房储存着大量食物残渣和其他有机废物,如果没有良好的控制处理措施,散发的异味将威胁用户的健康,污染周边环境。装配有净化、过滤和除臭的通风系统可有效处理垃圾房内的异味和有害气体。同时,也可以考虑在垃圾房安装厨余机,将有机废物变成二氧化碳、水以及可用于建筑场地内绿化区的肥料。

图1-18 楼宇安防自动化系统(来源:http://www.britechnologies.com.my/system-integration/)

1.2.9.3 室内空气品质

室内空气质量(IAQ)在客观上是由一系列空气成分定义的指标。主观地讲,IAQ是人体感应到的空中的刺激性成分。美国暖通与空调工程师协会(ASHRAE)对可接受的室内空气品质的定义是:经权威组织鉴定,没有任何有害成分超标,同时绝大部分(不小于80%)暴露人群没有表示不满意的空气水准。决定适当空气质量标准的一个关键因素是室内人员的暴露时间。暴露于室内污染物时间长短,从几分钟(如停车场)到几小时(如娱乐场所)甚至全部工作时间(如办公室、教室等),以及人员的活动状态(静坐或者运动)决定了各种污染物的不同的允许上限。

室内污染物可能来自室外通风渗透、建筑围护结构、保温材料、室内装修材料、机电设备、小型电器和室内人员等各个方面。因此,建筑设计选择低放射环保材料和高气密性阻渗透的围护结构。室外新风入口应远离污染源防止新风排风短路,采用高效通风过滤系统稀释室内污染物浓度。

常见的来自室外的污染物有一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)、臭氧(O3)、可吸入悬浮颗粒(RSP如PM10)等。一氧化碳是一种可以阻碍血液中氧气运输的气体,吸入不同浓度的CO可导致头痛、恶心和胸闷等不同级别的症状。氮氧化物可刺激呼吸道和眼睛,主要来自汽车尾气和不完全的燃烧过程。臭氧在大气层中可防护紫外线,但也会刺激眼睛和呼吸系统,除来自室外渗透,臭氧也可产生于室内利用紫外线电离空气的仪器如打印机等。可吸入悬浮颗粒PM10指空气动力学当量直径小于10mm的悬浮颗粒。近年来引起国内广泛关注度的PM2.5较PM10直径更小。RSP引起的健康问题取决于颗粒的形状、大小和化学活性,主要来源于交通尾气排放、工业废气和建筑工地扬尘。室内RSP浓度是衡量空调过滤器效率的重要指标,相同用途的室内空间应至少选择一个代表作样本测试,以便验证过滤有效性。

主要来源于室内的污染物包括挥发性有机化合物(VOC)、甲醛(HCHO)和氡气(Rn)等。当室内处于无新风的循环通风的工况下,此类污染源的危害尤其显著。挥发性有机化合物包含上百种物质,可引起从轻微不适到眼睛刺痛、呼吸困难和头痛等不同程度的症状。虽然挥发性有机化合物也可能来自室外,但主要产生于室内装修材料、保温材料和杀虫剂、清洁剂等。甲醛因其在建筑材料、黏合剂、纺织物和地毯中的广泛存在,被当作一种单独测量的挥发性有机化合物指标。甲醛除刺激人体引起敏感症状外更是一种致癌物质。与RSP的测试方法类似,相近用途的室内空间应至少选择一个代表检验甲醛样本。氡气是一种无色无味的放射性气体,人体在一定程度的暴露下有罹患肺癌风险。大理石和花岗岩是氡气的主要来源,因此选择建筑材料和表面覆盖应充分考虑其氡气放射率指标。

建筑施工过程中在空调系统中残留的有害物质也是室内空气品质的一项隐患。施工过程中的严格管理,辅以完工后及时的清洁和替换工序,可以有效降低施工引起的空气污染。设计者应考虑采用空调系统保护、污染源和传播途径控制、加强清洁维护等措施。施工过程由于水管泄漏、冷凝水、降雨造成的潮湿表面容易滋生细菌,使用吸收性材料(如石膏制品,隔绝材料等)可最小化施工带来的负面影响。绿色建筑标准要求对施工期间的空气质量予以实时监控和报告。

建筑施工和室内装修工程结束,空调系统平衡测试和控制功能校验等步骤完成后,在用户正式入住之前,还应展开冲洗工序。冲洗可以利用现有空调系统,也可采用符合标准通风量和温湿度的临时系统(利用门窗作为临时通风口)。冲洗过程中需要防范气流短路,保证各个区域充分换气且气流均匀。如果使用现有的空调系统,内部的所有临时过滤器都应拆除,现有的过滤介质要及时更换。虽然室外空气随季节变化,但室内温湿度在冲洗过程中应保持在某一恒定的范围内。

1.2.9.4 热舒适度

大量的理论研究和实验数据表明建筑物内部的热环境可以直接影响使用者的满意程度和工作效率。通常人们很容易将热舒适与温度联系在一起,但是事实上热舒适是六种主要因素:房间表面温度、空气温度、湿度、空气流动、人体新陈代谢和衣着共同作用的结果。有效的热舒适设计需要全面考虑以上因素,要求建筑设计师、工程师和使用者的相互配合。更改六个要素中的任何一个都有可能在不改变舒适度的前提下减少能源消耗。例如,给予办公室职员灵活的着装要求可以在制冷季节设定更高的室内温度或者在供暖季节调低室内温度。如果给予使用者对室内环境一定程度的控制权,可以提高其舒适感和工作效率。国际室内环境与能源研究中心的多项研究显示:给予用户±3℃的室温控制可以提高工作效率2.7%~7%。

热舒适度的评价指标主要有两个:PMV和PPD。PMV是通过让实验对象在环境可调的房间里对各自舒适程度给予7个等级的评分,+3分表示最热,-3分表示最冷,0分表示中立。在PMV评分的基础上,PPD表示在某一室内热环境条件下感到不舒适的用户的百分比。

此外,对于自然通风条件下的热舒适度ASHRAE 55有一套基于实验测试的适用模型,是将室内可接受的设计温度范围与室外气候条件参数相结合的参考标准。该标准在实验条件下,基于人体热平衡模型结合主客观因素推导出可以为80%用户接受的室内热舒适条件。有关调查结果显示空调房间内的用户对室内温度变化的可接受范围较小,倾向于更低更稳定的温度;与之相反,自然通风房间内的人员能够忍受更大范围的温度波动,其温度范围可以超过空调工况下的舒适区域而更加接近室外气候条件。有关用户行为适应性的调查证明,衣着或者室内空气流速的改变只占到自然通风条件下用户热偏好变化因素的一半,另一半来自生理因素。更高层次的感觉控制和更加丰富的自然通风建筑的使用经验可导致更加宽松的可接受温度范围。ASHRAE 55—2004规定了使用者可以通过开关门窗控制的自然通风室内环境下可以接受的热舒适条件。有能够开关的可控制门窗是应用此标准的前提,未经处理的机械通风系统可以作为自然通风的辅助方式,但不可使用传统空调系统。该标准只适用于室内人员处于基本静止状态(新陈代谢效率在1.0~1.3met)的热舒适度评价。符合以上前提条件的室内可接受操作温度范围如图1-19所示。图中允许的室内操作温度不可以在室外平均温度的上限和下限之外插值,所以对于平均室外温度低于10℃和高于33.5℃的情况,目前尚未有适用的标准。

热舒适度的模拟计算可以采用任何通过ASHRAE140标准认证的软件。软件的输入参数通常要包括建筑围护结构、热物理性质和各种减少太阳辐射得热或者增加通风效率的措施。并非所有房间都要进行热舒适度计算,在实际评估当中,只需要考察那些得热量最大或者最不利于通风的情况最恶劣的房间。如果这些处于最不利位置的房间可以满足标准要求,则室内热环境整体可视作达标。

图1-19 自然通风条件下室内可接受温度范围(来源:ASHRAE 55—2004)

1.2.9.5 通风效果

绿色建筑标准对空调通风效率的要求体现在以下三个方面:自然通风、局部通风和新风控制。空调系统的设计通常要求满足标准规定的室内人员所需新风量。可以用室内二氧化碳浓度检验新风供给量是否充足。除要求达到规定新风量之外,还需要良好的气流组织以确保新风到达人员活动区域。自然通风可以辅助机械通风在允许的室外空气条件下实现室内最小换气稀释污染物和二氧化碳。局部通风适用于有严重污染的室内空间,如厨房、厕所、打印机房等。

新风控制着眼于提供用于维持室内二氧化碳、甲醛、挥发性有机化合物等污染物浓度在设计范围内的足够新风,同时也要求采用合理的气流组织形式实现人员活动区域的有效换气。大部分新风量和送风方式标准源于美国的ASHRAE 62.1,该标准不但对新风量做出了要求,更对设备除菌防霉、系统清洗和调试等方面做了详细规定,有关规定在通风指标中应全部予以满足。值得注意的是,ASHRAE 62.1对于最小新风量的计算是由两部分组成的:人员新风量和单位室内面积新风量。其中人员新风量是根据美国各种类型建筑的平均人员密度推导而来的,因此在世界其他地区使用前应重新核算,不可盲目套用。

自然通风是结合了围护结构的渗透换气和通过可开启门窗的通风换气用于辅助机械通风的节能措施。自然通风可以稀释室内人员和材料散发的二氧化碳、有害气体(甲醛、氡气等)和异味,降低霉菌滋生的概率。目前,我国香港特别行政区对居住区域的自然通风换气次数要求为1.5次/h,公共区域要求为0.5次/h。而我国内地的绿色建筑评价标准对民用建筑的通风窗地面积比、开窗位置和气流组织分析等方面均提出了相应要求。对流通风是一种有效的自然通风方式,良好的建筑布局,窗口大小、位置和朝向是实现对流通风的必要条件。对于处于建筑群当中的自然通风分析,除考虑以上因素外,还应对室外风环境进行更加精确的模拟计算以确定对流通风的可能性。室内自然通风速度流场在IES-VE模拟环境下的实例如图1-20所示。

对于建筑内部较为集中的空气污染最好采取源头控制的方法。使用辅助全面通风的局部通风系统是实现污染源隔离的有效策略。在商用建筑的打印室、吸烟室,居住建筑的厕所、厨房等空间都应设置局部排风系统。临时的局部排风系统也可以应用于实施局部装修的室内空间,以防止污染物扩散到其他正常使用的区域。局部通风所需的换气次数可以参考ASHRAE 62.1或各国家或地区相应标准。

图1-20 自然通风模拟效果图(来源:IES-VE Microflow使用手册)

1.2.9.6 自然采光与视觉舒适度

随着人口增长和城市建筑密度逐年增加,室内获得自然光的难度越来越高,所以自然采光和保持室内人员视觉舒适度一直是绿色建筑设计关注的一个重要领域。良好开阔的景观视野可以提高用户的满意程度、注意力和工作效率。

房间的自然采光效果由采光系数(daylightfactor)决定,采光系数定义为在室内工作平面上的一点,由直接或间接地接收来自假定和已知天空亮度分布的天空漫射光而产生的照度与同一时刻该天空半球在室外无遮挡水平面上产生的天空漫射光照度之比。采光系数的评估可以采用Radiance一类软件模拟计算,也可用照度计实地测试。房间的自然采光效果取决于:窗户面积和房间的大小(深度、宽度和高度尺寸);建筑自身和周边建筑的遮挡;以及玻璃的可见光透过系数和室内表面的光学性能。自然采光结合感光控制器可以有效减少人工照明的使用时间,有助于建筑节能。位于建筑密度较大区域的新建发展项目受制于场地环境,其低层房间很难达到采光要求,因此通常只要一定比例的建筑面积达标即视整个项目满足采光指标。此外,建筑设计可以利用反光板、导光管等装置引导室外光线深入建筑内部空间。图1-21(a)所示为反光板技术,从遮光板上部射入的光线经过天花板反射可进入房间深处,可以同时缓解太阳辐射较强时的眩光危害。图1-21(b)所示为导光管技术,通过置于屋顶的收集器导入的光线经过低损耗的高效光纤或者多重反射传输到建筑内部。

融合自然元素的室外景观有更好的视觉吸引力和放松身心的作用,尤其对于常坐计算机前易引发视觉疲劳的工作人员。在医院或者护理中心,自然景观的放松作用还能有效缓解病人的痛苦、压抑和紧张情绪。室外景观的日间和季节变化也有助于养成健康的生活节奏和人体生物钟。提高视觉舒适度要综合室外景观、建筑朝向、窗户大小和室内布局等多方面设计因素。例如室内布局应考虑将较高的隔板垂直于窗户放置,而较低和透明的隔板平行于窗户设置,以最大限度确保房间内部人员的景观视野,设置中庭也是较好的开拓建筑内区视野的方式。图1-22所示为根据美国LEED绿色建筑标准室内视觉效果达标区域示意图。

图1-21 自然采光优化技术示例(左图为反光板,右图为导光管)(来源:http://www.lighthome.com.au/green-guide-blog/how-do-i-get-the-light-in-part-one)

图1-22 根据LEED标准视觉效果达标区域示意图

1.2.9.7 人工照明

当自然采光无法满足要求时,人工照明的辅助必不可少,低质量的照明严重影响工作人员的健康和生产效率。照明设计不仅要考虑光源的性质和提供的亮度,还需要注意光源(灯具)与工作平面的相对位置和使用者的舒适度。另外,美学、安全、社会沟通和情调都是潜在的决定照明设计质量的因素。灯具的安装、清洁、更换和日常维护对照明系统的能耗、经济和环境效益有着重大的影响。

照明质量评估主要考察工作平面上光照亮度、均匀度、差异度、眩光指数和显色指数这四个方面。通过采用较高反射度的室内装修材料可以在不增加灯具亮度或数量的情况下提高工作平面上的亮度。光照均匀度由平面上最小亮度与平均亮度之比表示,主要取决于灯具排布的均匀性,而差异度定义为最大亮度与最小亮度的比值。光照过于均匀或者差异过大都会引起视觉不适。眩光是当直射或者反射光源与周围背景亮度产生强烈对比时,人眼无法适应的现象。通过选择合适的灯罩、减少每盏灯的亮度、调整与室内工作台(即观察者)的相对位置等方式都可以有效减弱眩光的不良影响。显色指数是灯具光照显现物体真实颜色的程度,通常要求显色指数达到80以上(范围在0~100,100代表理想的白炽灯光源)。计算机模拟、光通法(lumenmethod)计算和现场测量都是验证光照质量的有效方法。图1-23所示为用DIALux软件模拟的某建筑室内照明效果。

图1-23 DIALux室内照明模拟(来源:DIALux Version 4.9 User Manual)

1.2.9.8 声环境

建筑声环境包括降低噪声,提高音质和隔绝震动等方面的问题。随着城市化的发展,噪声已经成为现代化生活难以避免的副产品。一定频率和强度的室内噪声会刺激听觉神经,分散注意力甚至引起人体不适,糟糕的声学设计还会影响室内演讲、音乐等的效果。因此建筑内部所有声音的强度和特性都应被控制在符合不同种类空间要求的范围内。

建筑内部的背景噪声有很多可能的来源,包括室外传入的交通噪声和室内设备运行的噪声等。室外噪声通常来自公路、铁路和机场。好的城市规划设计应融合各种减小室外噪声影响的措施。首先从源头着手,采取路面减噪设计,利用非噪声敏感建筑或者设置专门的隔声屏障阻隔噪声源。其次考虑建筑立面、窗户、阳台、空调和通风系统等的设计以进一步减弱噪声传播。即使室外噪声措施已经满足标准,额外的减噪设计也可作为室内隐私和舒适度的多重保障。

混响时间(reverberation time)是评估空间内部声音传播质量的主要参数,定义为当室内声场稳定后停止声源的情况下,声能密度减弱60dB所需的时间长度。不同类型的使用空间如教室、住宅、办公室、会议室和其他室内运动娱乐场所对合适的混响时间有各自的要求。办公室和教室通常要求混响时间在0.6s以内;住宅、酒店和公寓在0.4~0.6s之间;而运动场、健身房等在2.0s以内。

建筑内部运行的设备在不同工况下可能引起噪声和震动干扰。楼板和墙壁的隔声效果可在设备的减噪隔振方面起关键作用,而通风口和门窗等位置常常是隔声设计的薄弱环节。声音穿透等级(STC)表示建筑间隔(如天花板、地板、隔墙、窗户和外墙等)对空气传播噪声的绝缘效果,其数值越大意味着隔声效果越佳。例如,建筑间隔材料可根据美国试验材料学会(ASTM)标准在125~4000Hz范围内的16种频率下测量其对声压水平的减弱作用。各地区对不同类型室内空间的背景噪声都有相应的要求,可以通过模拟计算或者实地测量验证其噪声水平是否达标。通常参考声压级为A计全网络下测得的白天、夜晚或者某一时间段内的等效声级。模拟计算可以采用ODEON、INSUL等软件,现场测量使用仪器如图1-24所示。

图1-24 噪声测试仪表(来源:http://www.directindustry.com/prod/kernsohn/digitalsound---level-meters-16909-816417.html)

1.2.10 管理指标

建筑的管理主要包括能耗系统管理、使用人员培训等方面的内容。其中能耗系统管理体现在对建筑设备的调试、监测和运行管理方面;使用者培训着眼于日常环境维护和建筑使用者的环保意识培养。

1.2.10.1 建筑设备调试、运行管理与监控

绿色建筑评估不仅要考察设计阶段的环境影响和资源利用效率,还必须监测和衡量运行期间的实际效果。事实上,有很多建筑正因为忽略了系统调试、数据的记录保存、操作手册的制订等运行期间必要的培训和管理程序,导致建筑在实际使用中未能达到绿色建筑的期望效益。建筑运行期间比较显著的指标有能耗、电网峰值负荷、室内环境条件等,因此所有相关的机电设备都应在调试阶段做好充分的试验和分析。建筑开发商应该保证调试顺利施行并且结果满足能耗等相关标准。所有系统参数、操作说明、设备组成、设定参数和运行调试结果均应详细全名记录并且编写成运行维护手册。

CIBSE、BSRIA、ASHRAE和我国的国标相关条例都有规定运行调试的步骤,包括:管理、调试设计、设备购买、试验、测量、数据采集和误差诊断等。有效的调试和对未来运行维护的指导作用可以保证建筑生命周期内的能耗和环境效益。调试运行的对象须包括所有的可再生能源系统、节水系统、机电设备和水利循环系统。其中暖通空调系统作为重中之重,其调试内容应至少应包含冷水机组、冷却塔、锅炉、中央控制和自动化系统、单元式空调机组、风扇、水泵、换热器、热水器、管路和阀门、热回收储藏装置等。项目团队须聘请第三方独立机构进行调试,调试前应准备好调试计划书供项目团队审查。

运行调试过程结束后,应对未来物业管理人员进行培训并将调试数据以及有关设备使用方法制作成手册,保证运行维护人员能够正确、安全地操作维修设备(包括设备运行模式和参数的合理设定、控制策略以及设备连锁联动等)并且有效实行能耗管理措施。

楼宇设备能耗监测系统是实现高效运行管理的另一个重要方面。大量的现有建筑没有安装或者安装了不够完善的能耗使用监测装置,这是提高设备运行效率的主要障碍。好的监控系统可以辅助控制设备的部分负荷运行工况,提高运行效率和室内热环境质量。通过实时能耗数据分析,不但可以了解不同运行策略的作用,还可以发现微小的设备故障。监控测量设备要有一定精度以提供准确数据分析结果,其额外成本费用与潜在的节能效果相比并不显著。因此,建筑监控与测量具有较高的能源和经济效益,在绿色建筑应用策略中具有广阔的前景。图1-25所示为建筑智能监控管理系统的计算机平台。

图1-25 建筑智能监控管理系统(来源:江森自控)

1.2.10.2 建筑使用人员培训

培养建筑使用者的环保意识和行为是决定建筑运行效率的另一个重要因素。行为意识的养成并非一朝一夕,也很难量化衡量,因此有关评估着眼于设计阶段使用者培训机制的建立和运行期间的实施。

项目团队应提交专为使用者设计的建筑日常运行维护手册或者提示板。手册或提示板的内容应简洁易懂并且至少包括以下方面:建筑周边的公共交通和自行车设施的位置和时间表等;绿色交通方式例如拼车、穿梭巴士、电动车和充电桩的信息;日常清洁和维护信息(包括适用的环保清洁材料等);有关建筑使用的环保装修材料的介绍;节能措施和控制方法讲解(包括空调、照明、热水和电器选择等);节水方法介绍(如感应水龙头、双缸冲水坐便器等);垃圾分类回收的设施和管理条例说明(包括回收分类、回收地点等);室内空气品质信息(包括室内空气品质定期监测结果和获得的证书等)。

此外,用户使用手册或者提示板的内容应实时更新,并且指定负责讲解和沟通的工作人员。建筑维护的历史记录和照片应该完好保存,并且制定时间表对使用者进行定期的宣传讲解。

1.2.11 创新设计指标

创新相关指标允许参评项目凭借采用其他指标中未涉及的环保技术或者大大超过所规定的环保效益范围从而获得额外奖励分数。

采用绿色建筑标准中尚未提及的新技术,并且能够证明该项技术应用在建筑中的量化环境或者社会效益,就可以在创新指标中获得相应的加分。该项技术可以应用于建筑生命周期内的任何阶段,通常包括非传统的建筑设计、营造法式、建筑设备或者运营控制技术等。通过鼓励该项技术的采用,推广至之后参评的绿色建筑,逐渐达到该技术的市场化,提高行业整体环保效益。

如果采用其他指标中已经提及的技术,但是远超过目前标准中规定的最大环保效果(即最大得分条件),也可以获得额外创新奖励分数。例如,根据绿色建筑节能标准,如果建筑节能45%可以得到该部分满分15分,那么当苏某建筑因采用大量可再生能源技术达到节能90%时,就可以在创新指标中获得加分。通常已有指标中可以通过显著提高环保效益加分的情况会在该指标执行细则中予以详细说明。