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        LEED-ND對夏熱冬冷地區(qū)住區(qū)的碳減排潛力分析

        2013-05-26 13:21:54陳蔚鎮(zhèn)ChenWeizhenLiuChao許XuPeng
        住宅科技 2013年1期
        關(guān)鍵詞:短距夏熱冬住區(qū)

        ■ 陳蔚鎮(zhèn) Chen Weizhen 劉 超 Liu Chao許 鵬 Xu Peng

        0 概述

        建筑節(jié)能是當(dāng)今全球關(guān)注的焦點,各國從強制性法規(guī)、獎勵性認證、引導(dǎo)性技術(shù)創(chuàng)新等方面層層推進,并逐漸從單體建筑尺度的建筑節(jié)能擴展到承載綜合建筑節(jié)能內(nèi)涵的綠色住區(qū)尺度。目前,國際上雖沒有專門評估和認證綠色住區(qū)的通行標準,但已出現(xiàn)比較權(quán)威、接受度較廣的綠色住區(qū)、可持續(xù)住區(qū)的評價和認證標準,它們多源自單體綠色建筑評價體系,評價宗旨高度一致,評價條款部分重合。例如,制定世界上第一個綠色建筑評估體系BREEAM(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,1990)的英國,于2009年6月推出了社區(qū)認證標準(BREEAM Communities)[1]。日本的建筑物綜合環(huán)境性能評價系統(tǒng)(CASBEE)于2006年7月發(fā)布了CASBEE for Urban Development,即針對建筑社區(qū)的環(huán)境性能評價分冊[2]。2009年,美國綠色建筑委員會(USGBC)、美國新城市主義協(xié)會(Congress for the New Urbanism)以及保護自然資源委員會(Natural Resources Defense Council)也發(fā)表了綠色社區(qū)設(shè)計認證標準LEED-ND(Leadership in Energy and Environmental Design for Neighborhood Development)的正式版本[3]。這些特征各異的認證標準成為當(dāng)今區(qū)域開發(fā)和綠色建筑市場的重要技術(shù)支撐,且相輔相成開拓著各自的市場。

        目前,美國LEED及其LEED-ND評估體系被認為是世界上較具影響力的評價標準,它們在中國也取得了巨大的商業(yè)成功,經(jīng)其認證的建筑、住區(qū)數(shù)量增長迅速。截至2012年10月,中國共有8個區(qū)域項目通過了LEED-ND試用版第二階段的認證,其中北京奧運村、重慶天地新城、佛山嶺南天地、武漢天地四個項目獲得了金獎?wù)J證。

        LEED-ND中的條款約束將對住區(qū)CO2的減排產(chǎn)生直接或間接的促進作用,但目前LEED-ND對住區(qū)的減排貢獻度還未見有定量的分析,本文將針對夏熱冬冷地區(qū)的住區(qū)展開CO2減排潛力的評估研究。

        表1 LEED-ND的12條前提條件

        1 LEED-ND認證的住區(qū)CO2減排評估

        住區(qū)的CO2排放主要來源于建筑與交通的能源消耗,與地域、氣候以及所處城市區(qū)位有著直接關(guān)聯(lián),因此評估過程將首先篩選其前提條件中對碳減排有顯著效應(yīng)、可量化的條款,建立一個典型的位于夏熱冬冷地區(qū)城市的住區(qū)基準模型;然后評估典型住區(qū)的CO2基準情景和滿足LEED-ND條件下的CO2排放情景(以下簡稱LEED-ND情景);最后將兩種情景進行比較,評價其減排的實效意義。

        1.1 LEED- ND認證概述

        LEED-ND區(qū)域評估體系類似于LEED其他分冊,采用分級打分的方法強化重要指標的作用。其條款由“前提條件”和“得分條件”構(gòu)成,社區(qū)項目只有全部滿足“前提條件”,才有可能獲得認證,而各“得分條件”并非強制標準,每項得分僅有助于增加總分累積,總分達到一定分值方可通過認證。

        LEED-ND包含5個評價類別:精明選址與聯(lián)系、鄰里模式和設(shè)計、綠色基礎(chǔ)設(shè)施和建筑、創(chuàng)新和設(shè)計過程、地區(qū)優(yōu)先性,共56條評價條款。其中12條是前提條件(如表1所示),它們對于綠色住區(qū)評估是最重要的,是必須滿足的強制標準。在此基礎(chǔ)上,住區(qū)可以通過滿足更多的條款來得分,申請認證級、銀級、金級和鉑金級認證。本文為了獲得普適性,在現(xiàn)階段只針對12條前提條款對住區(qū)的碳減排潛力進行分析,力求達到最具代表性和廣泛使用度的結(jié)果。

        1.2 典型住區(qū)模型建立

        建立典型住區(qū)模型的目的是為了可以使用住區(qū)空間構(gòu)成的基本參數(shù),如人口、建筑面積等來評估其CO2排放量,這些參數(shù)在基準情景和LEED-ND條件下的情景都相對恒定。考慮當(dāng)下城市發(fā)展中精明增長、鼓勵用地功能混合等理念趨向,按照《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計規(guī)范》2002年版本的要求,結(jié)合長三角地區(qū)住區(qū)空間的一般特征,假設(shè)住區(qū)為居住區(qū)小區(qū)級別并具有以下特征[4-6]:

        ⑴位于夏熱冬冷地區(qū)大城市(上海)的中心城區(qū)。

        ⑵住區(qū)建筑總面積為62.5萬m2,平均容積率為2.5。

        ⑶人均住宅面積為40m2,住宅總面積為40萬m2。

        ⑷公共建筑面積為12.5萬m2。

        ⑸住區(qū)有10 000名居民;人口結(jié)構(gòu)比例參考上海市第六次全國人口普查得到60歲以上居民15.07%,15~59歲居民76.30%;15歲以下居民8.63%。短距出行(上學(xué)、購物、文體活動等)的單程距離假設(shè)為1km。通勤距離根據(jù)上海市第五次居民出行調(diào)查與交通特征研究結(jié)果為12km/次,出行特征如表2所示。

        2 典型住區(qū)的基準情景與LEED-ND情景碳排放分析

        分析表1中LEED-ND的12條前提條件,可以將其劃分為與建筑相關(guān)、與交通出行相關(guān)、與水相關(guān)、與自然環(huán)境相關(guān)的四類條款,考慮到量化評估的可行性,2條涉及水資源綜合利用、4條涉及自然生態(tài)環(huán)境的條款由于描述的不確定性、量化難度以及對住區(qū)CO2排放的微小影響,本文對此暫不做討論。因此在12條前提條件上篩選最主要,且符合我國夏熱冬冷地區(qū)住區(qū)的條款,即與建筑相關(guān)和與出行相關(guān)的條款,分析其對典型住區(qū)的影響,進而計算減排量。

        表2 住區(qū)出行距離、強度和人數(shù)

        表3 90.1及JGJ134對于建筑圍護結(jié)構(gòu)及分體式空調(diào)系統(tǒng)效率的規(guī)定

        2.1 住區(qū)建筑相關(guān)能耗

        LEED-ND要求公共建筑及多層住宅建筑能源耗費低于美國建筑節(jié)能規(guī)范90.1-2007規(guī)定的基準建筑的90%,由于這里僅僅討論CO2排放,為方便分析忽略能源政策的影響,將能源耗費簡單等同于一次能源消耗量。

        首先對于住宅建筑,由于住宅建筑能耗影響因素主要為圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能及空調(diào)系統(tǒng)的效率,從簡單分析的角度可做如下假設(shè):以滿足《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》(JGJ 134-2010)(以下簡稱“JGJ134”)規(guī)定的建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能及分體式空調(diào)系統(tǒng)效率的住宅建筑運行能耗作為該小區(qū)住宅建筑基準能耗。

        考慮到建筑目前節(jié)能規(guī)范主要是針對建筑運行能耗的最大項—建筑空調(diào)和供暖系統(tǒng)進行規(guī)定,本文也主要針對這兩部分進行討論??紤]到夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑原則上不考慮冬季供暖,因此這里僅僅考慮空調(diào)能耗。假定住區(qū)為框架結(jié)構(gòu)的住宅建筑;住宅建筑的體型系數(shù)考慮選用“JGJ134”中規(guī)定的高層(4~11層)住宅建筑的體系系數(shù)0.4,由此獲得相應(yīng)的外墻傳熱系數(shù)下限值;夏熱冬冷地區(qū)僅僅考慮制冷工況;考慮住宅用分體機容量一般不大于考慮住宅用分體機容量一般≤3匹,因此按容量<16kW的機組效率選取。

        如表3所示,90.1相對于“JGJ134”的綜合優(yōu)化率為1-(1-54%)/(1+67%)=72.4%,這里考慮將其作為LEED-ND要求下的住宅建筑空調(diào)能耗的優(yōu)化率。而根據(jù)文獻調(diào)研結(jié)果,上海地區(qū)住宅空調(diào)能耗占總能耗的比重為25%,則總的建筑能耗優(yōu)化率為18%。

        其次對于公共建筑,由于公共建筑的空調(diào)系統(tǒng)相對復(fù)雜,影響其能耗因素眾多,上述住宅建筑的估算方法并不適用。陳晨等人的研究表明,相對于《上海市公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》而言,應(yīng)用90.1-2001版本的公共建筑總節(jié)能率在7.4%;而根據(jù)K· Gowri 等人研究可知:90.1-2004相對于90.1-2001的節(jié)能率為9%~11.2%(取10%);而M· Halverson等人研究指出 90.1- 2007比90.1- 2004 的節(jié)能率再提升3.7%。綜合上述觀點,考慮相對于《上海市公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》而言,應(yīng)用90.1-2007的公共建筑總節(jié)能率在19.7%[7-9]。

        建筑能耗CO2排放量的基本原理如下列公式為:

        式中,i—建筑類型;

        Ei—建筑單位面積年能耗量;

        Si是—建筑面積;

        In—能耗排放系數(shù)。

        2.2 居民交通出行相關(guān)能耗

        根據(jù)上海市第五次居民出行調(diào)查與交通特征研究,上海市中心城區(qū)的居民在短距和通勤出行方式的分擔(dān)率有所差別(表4),短距出行以步行為主,因為以上學(xué)、購物、文體活動為主的出行距離一般不會超過2km;而通勤出行以公共交通(公交車、地鐵)最多,這是因為通勤距離平均超過10km,公共交通設(shè)施可達的情況下,居民會首選公共交通。但無論是短距出行還是通勤出行,小汽車的使用率均排上海市中心城區(qū)的居民短距和通勤出行方式的第2位。由于小汽車的CO2排放強度遠超其他交通方式,如果住區(qū)滿足LEED-ND中關(guān)于公共交通的條款內(nèi)容,則可以將12%的小汽車使用人群轉(zhuǎn)移為公共交通使用人群,這種情景下可以達到明顯的減排目的。

        交通部門的CO2排放是由交通能耗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而成,交通能耗的計算包括宏觀算法和微觀算法兩種,宏觀算法以地區(qū)統(tǒng)計數(shù)據(jù),包括汽油消耗總量,總里程數(shù)等內(nèi)容的推算;微觀算法由個人交通能耗調(diào)查計算而得。鑒于城市統(tǒng)計年鑒的精確度和覆蓋度,本文選擇微觀算法。城市空間形態(tài)影響下交通CO2排放量的基本原理如下列公式:

        式中,TCE—居民出行的交通CO2排放量;

        P—評價區(qū)域總?cè)藬?shù);

        i—按出行目的分類的居民百分比;

        Rj—選擇私家車、公交車、地鐵、騎車和步行的出行方式的百分比;

        Lj—每種出行方式的年出行距離;

        Ej—第j種交通工具的單位距離能耗;

        表4 2009年上海市居民出行方式分擔(dān)率

        In—能耗排放系數(shù)。

        2.3 LEED-ND情景CO2減排潛力分析結(jié)果

        應(yīng)用前述的計算方法和數(shù)據(jù),得到上海典型住區(qū)全年CO2基準情景排放量和LEED -ND情景排放量分別為1.99萬t和1.58萬t。在滿足LEED-ND前提條件下,CO2每年可以減排4 057t,約為基準量的20%(圖1)。

        建筑能耗的基準排放量中,公共建筑面積小但排放強度相對較大,住宅建筑面積大但排放強度相對較小,CO2排放量分別為6 930t和9 934t,總量差別不大。LEED-ND要求其能耗比90.1-2007的節(jié)約10%,在能耗CO2轉(zhuǎn)換系數(shù)不變的情況下,公共建筑和住宅建筑的CO2排放量分別降低為5 565t和8 146t,建筑排放總量減少了3 153t,約19%(圖2)。

        交通出行能耗的基準排放量中,通勤排放為2 831t/年,占主要部分;短距出行因包含一定比例的機動車出行,也會帶來約155t/年的CO2排放。LEEDND標準中明確要求增強住區(qū)內(nèi)部聯(lián)系,提高步行道路的適宜性和公共空間的可達性,短距交通避免機動車出行,短距出行排放量為0,同時公共交通站點的可達性提高以后,可以分流部分個體機動車通勤的居民,通勤二氧化碳排放降為約2 082t/年。全年的出行總排放由2 986t減少為2 082t,節(jié)約出行CO2排放904t,約1/3(圖3)。

        3 結(jié)語

        USGBC建立并推行的LEED-ND旨在推廣整體住區(qū)的綠色建筑設(shè)計流程,用可以識別的認證來改變市場走向,促進綠色競爭和綠色供應(yīng)。LEED-ND評估體系對促進夏熱冬冷地區(qū)住區(qū)的低碳化建設(shè)進程有著積極作用。從總量看,滿足LEED-ND基本要求社區(qū)的碳排放相對于基準水平降低了近20%;從分項上看,交通部分碳排放減少比例33%,大于建筑部分(19%),表明LEED-ND對于社區(qū)交通能耗的碳排放影響>對建筑能耗部分的影響,通過合理的社區(qū)布局,以及與公共交通站點的接駁布置,可以盡量減少機動車出行及短距出行的碳排放。需要指出的是,本文僅僅是對于LEED-ND減排CO2效果的初步分析,為方便計算作了較多的假設(shè),這些假設(shè)必然會影響最終結(jié)果的精準度,未來的研究中期望有更多統(tǒng)計數(shù)據(jù)來支持定量分析以獲得更理性的結(jié)果。

        [1]BRE. BREEAM Communities Technical Guidance Manual[S]. 2009.

        [2]IBEC. CASBEE for Urban Development Technical Manual 2007 Edition[S]. 2007.

        [3]USGBC. LEED 2009 for Neighborhood Development Rating System[S]. 2010.

        [4]中華人民共和國建設(shè)部.城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計規(guī)范GB50180-93.2002.

        [5]上海市統(tǒng)計局.上海市第六次全國人口普查主要數(shù)據(jù)情況介紹. http://www.statssh.gov.cn/sjfb/201105/218818.html,2011.

        [6]陸錫明,顧嘯濤.上海市第五次居民出行調(diào)查與交通特征研究[J].城市交通.2011(5):01-07.

        [7]陳晨,潘毅群,黃治鐘,吳剛.上海市某商用建筑能耗分析與節(jié)能評估[J].暖通空調(diào),2006(4).

        [8]K·Gowri,M·A·Halverson,E·E·Richman.Analysis of Energy Saving Impacts of ASHRAE 90.1-2004 for the State of New York, Pacific Northwest National Laboratory.August,2007.

        [9]M·Halverson,ERichman,BLiu,DWiniarski.ANSI/ASHRAE/IESNA Standard 90.1-2007 Final Determination Quantitative Analysis, Pacific Northwest National Laboratory.August,2011.

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