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        上海地區(qū)綠色建筑遮陽系統(tǒng)建成實效研究

        2015-02-21 08:55:30葛曹燕廖琳朱曉波季亮GECaoyanLIAOLinZHUXiaoboJILiang
        生態(tài)城市與綠色建筑 2015年1期
        關(guān)鍵詞:上海地區(qū)遮陽調(diào)研

        葛曹燕 廖琳 朱曉波 季亮 / GE Caoyan, LIAO Lin, ZHU Xiaobo, JI Liang

        上海地區(qū)綠色建筑遮陽系統(tǒng)建成實效研究

        葛曹燕 廖琳 朱曉波 季亮 / GE Caoyan, LIAO Lin, ZHU Xiaobo, JI Liang

        隨著全國綠色建筑蓬勃發(fā)展之勢,上海地區(qū)綠色建筑也步入規(guī)模化及實效化發(fā)展軌道。2014年,上海頒布《上海市綠色建筑發(fā)展三年行動計劃(2014-2016)》,明確提出新建綠色建筑、新建裝配式建筑、既有建筑節(jié)能改造等重點領(lǐng)域的發(fā)展目標(biāo);發(fā)布實施住宅和公共建筑綠色設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),將綠色建筑推向規(guī)模化強制發(fā)展渠道;在既有8個市級低碳發(fā)展示范區(qū)的基礎(chǔ)上評審?fù)ㄟ^7個市級綠色建筑集中示范區(qū),推動綠色建筑的規(guī)?;l(fā)展。截至2014年底,上海市共獲得綠色建筑標(biāo)識項目168項,其中公共建筑占比最大,達63%,獲得運行評價標(biāo)識的項目占公共建筑總量的6%(圖1)。

        為引導(dǎo)行業(yè)向質(zhì)量監(jiān)管和運行實效方向發(fā)展,上海市在全國率先成功組建了“國家綠色建筑質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心”,并在系統(tǒng)梳理既有綠色建筑認(rèn)證項目的基礎(chǔ)上,啟動了本地區(qū)綠色建筑運行實效評估分析。

        1 整體運行調(diào)研

        圖1 上海地區(qū)歷年綠色建筑發(fā)展趨勢及項目占比

        近年,國內(nèi)研究機構(gòu)及行業(yè)專家對綠色建筑開展過不同形式的后評估研究分析,典型的如清華大學(xué)林波榮等(2012)開展的綠色建筑常用節(jié)能技術(shù)后評估研究,葉祖達等(2011)開展的綠色建筑成本效益研究,陽春等(2014)開展的北京等地區(qū)綠色建筑后評估研究。因綠色建筑的運行實效受地方資源、政策等因素影響,具有因地制宜的特征,因此有必要對上海地區(qū)的綠色建筑運行實效開展系統(tǒng)分析,

        以便為后期發(fā)展提供反饋指導(dǎo)。

        研究團隊選定了上海地區(qū)21項獲得綠色建筑設(shè)計(或評價)標(biāo)識、建成運行且具備調(diào)研條件的工程開展運行評估,其中公用建筑14項、住宅建筑7項,調(diào)研項目的平均入住率76%。調(diào)研步驟包括:(1)開展項目前期標(biāo)識申報材料分析、工程實施及運行現(xiàn)狀核查、物業(yè)運行數(shù)據(jù)分析、住戶訪問談等;(2)匯總分析,聚焦部分具備典型意義的技術(shù)要項,開展專項深入分析及研究;(3)總結(jié)形成地方綠色建筑發(fā)展技術(shù)指南。

        經(jīng)調(diào)研分析,對21項綠色建筑案例在設(shè)計階段采用、建造階段落實、運營階段應(yīng)用的各項技術(shù)進行統(tǒng)計,得到的技術(shù)頻譜如圖2所示。可見,上海地區(qū):(1)綠色建筑技術(shù)在設(shè)計階段的選用度:前3名為透水地面、節(jié)水灌溉及雨水利用,后3名為中水利用、河道水利用、自然通風(fēng)強化;(2)綠色建筑設(shè)計技術(shù)的總體建造率高于75%,其中44%的技術(shù)完全按照設(shè)計落實;(3)綠色建筑技術(shù)運營階段應(yīng)用度較差的技術(shù)包括:中水、雨水、自然通風(fēng),即設(shè)計中采用該3項技術(shù)的項目,實際正常運行的項目不足50%。

        通過被動設(shè)計提升綠色建筑的能源與環(huán)境品質(zhì),實現(xiàn)較優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟效益,是綠色建筑的重要原則之一。在圖2所示的技術(shù)頻譜圖中,遮陽、采光、通風(fēng)等均屬于被動設(shè)計范疇。調(diào)研顯示,這類技術(shù)因建筑一體化設(shè)計、投資增量可控等因素,工程應(yīng)用度相對較好;但不排除部分項目因小業(yè)主二次裝修、物業(yè)運維等因素導(dǎo)致設(shè)計技術(shù)未能有效運行。限于篇幅,本文著重分析綠色建筑遮陽系統(tǒng)的設(shè)計及運行實效。

        2 建筑遮陽系統(tǒng)

        圖2 上海地區(qū)21個調(diào)研項目的綠色建筑技術(shù)頻譜

        圖3 綠色建筑調(diào)研案例的遮陽技術(shù)采用情況

        建筑遮陽是上海地區(qū)重要的節(jié)能措施之一。上海市《住宅建筑綠色設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(DGJ08-2139-2014)在“建筑設(shè)計與室內(nèi)環(huán)境”章節(jié)指出:“6.3.7建筑遮陽設(shè)計可采取下列措施:(1)宜利用建筑之間和建筑自身的構(gòu)件(陽臺、構(gòu)架、挑板)、形體形成互遮陽和建筑自遮陽;(2)南向、東向和西向外窗采取活動外遮陽;(3)建筑遮陽設(shè)施應(yīng)與建筑一體化設(shè)計,并做到同步設(shè)計、同步施工、同步驗收?!?/p>

        在本次調(diào)研的21個綠色建筑運行案例中,共計有13個項目采用了建筑遮陽措施,其中11個為公共建筑案例、2個為住宅建筑案例(圖3)。

        調(diào)研顯示,遮陽在上海地區(qū)綠色公建中的使用率較高,占調(diào)研總數(shù)的78.6%;在綠色住宅中的總體使用率相對較低。調(diào)研案例所采用的遮陽形式可歸為4類:形體自遮陽、綠化遮陽、構(gòu)件式固定外遮陽、構(gòu)件式可調(diào)外遮陽,部分案例根據(jù)不同立面的日照輻射情況,采取了綜合遮陽措施(表1)。

        2.1 形體自遮陽

        調(diào)研中的J樓采用了典型的形體遮陽設(shè)計(圖8)。項目主樓逐層錯位懸挑疊加,外挑幅度按照夏至日正午太陽高度角82°計算確定,以使得上部樓板的陰影正好可對下部樓層形成自遮陽;另一方面,隨著冬季太陽高度角降低,光線則可避開樓板的遮陽而直接進入室內(nèi)(圖9)。

        表1 典型的建筑遮陽形式及案例

        圖4 英國倫敦市政廳

        圖5 智利圣地亞哥Concorcio大廈(來源:恩里克·布朗,2010)

        圖6 朗詩布魯克樓(來源:Peter Ruge Architekten)

        圖7 清華低能耗示范樓

        為了更好地控制夏季建筑室內(nèi)輻射得熱和眩光,項目依據(jù)不同立面的采光分析情況采取了綜合遮陽措施:在南向局部樓層立面采用雙層外窗中置可調(diào)遮陽卷簾、在主樓西立面采用“Low-E玻璃+內(nèi)遮陽卷簾”、在建筑入口門廳外幕墻采取爬藤綠化等形式,進一步提升建筑全年的遮陽效果(圖10)。

        經(jīng)使用者調(diào)研分析,該項目的室內(nèi)采光舒適度和熱環(huán)境滿意度較高(張穎 等,2014),滿足設(shè)計及施工預(yù)期。但同時,項目不規(guī)則形體設(shè)計也在一定程度上帶來了建筑體形系數(shù)的增大和結(jié)構(gòu)造價的增加。

        2.2綠化遮陽

        調(diào)研中的多個建筑,S樓、J樓、D樓均采用不同形式的垂直綠化遮陽形式(圖11~13)。

        調(diào)研顯示,S樓在每層立面外側(cè)設(shè)置了綠化種植槽及外拉式金屬架,供綠植攀爬??紤]四季景觀,項目選擇了不同的植物和花木進行配比種植,并進行精心維護?,F(xiàn)場綠植長勢較好,更有天牛、蝴蝶等昆蟲攀居其中,形成了良好的微生態(tài)系統(tǒng)。據(jù)反饋,供植物攀爬的金屬擱架夏季經(jīng)太陽暴曬過熱,易灼傷植物,因此需更換苗木,帶來一定的運維增量成本。

        J樓在門廳幕墻外側(cè)設(shè)金屬棚架,種植了地栽型紫藤,初夏開繁花,景色優(yōu)美;冬季落葉后僅留下藤蔓,可在門廳引入冬季暖陽和綽綽藤影。項目運行5年來未見植物灼燒現(xiàn)象,基本零維護。

        D樓在建筑東立面采用了模塊化綠植(陳劍秋,2012),由物業(yè)統(tǒng)一跟蹤維護,確保灌溉系統(tǒng)的有效性,運行近兩年來植物總體長勢良好,偶有植株更換。

        圖8 J樓形體遮陽

        圖9 J樓典型日日照陰影分析

        圖10 J樓采用綜合遮陽措施

        圖11 S樓立面分層攀援綠化遮陽

        基于案例分析,提出以下建議:

        (1)綠化遮陽作為建筑的季節(jié)變換型表皮,可在不同季節(jié)形成可變遮陽系數(shù),有效改善外圍護的熱工性能;另外,植物的蒸騰冷卻作用將有效降低建筑表皮溫度。

        (2)垂直綠化遮陽形式主要表現(xiàn)為:墻面攀援、擱架攀援、模塊化種植;建議在設(shè)計許可的情況下優(yōu)先選擇維護簡易、成本較低的地栽攀援植物,并考慮避免植物根系對外墻面的破壞。

        (3)設(shè)置獨立爬藤擱架時,應(yīng)兼顧考慮其材質(zhì)的耐久性和植物的可攀爬性,如鋼構(gòu)不宜過密,避免夏季高溫灼傷。

        2.3 構(gòu)件式固定外遮陽

        調(diào)研中采用固定遮陽形式的案例較多(圖14)。該類項目的遮陽肋片或遮陽條與建筑幕墻系統(tǒng)一體化設(shè)計安裝,兼具幕墻光污染防治和遮陽作用(表2)。

        研究團隊就固定遮陽構(gòu)件的有效性進行了數(shù)值模擬分析。以Q樓為例,建筑全年日照輻射模擬分析結(jié)果顯示:該設(shè)計(與未設(shè)置垂直肋片方案相比)在夏季降低日照輻射17.24%、冬季降低16.64%,可謂此消彼長;綜合考慮過渡季得熱衰減,該設(shè)計全年遮陽有一定效果,但總量較?。▓D15)。

        圖12 J樓門廳攀援綠化遮陽

        圖13 D樓立面模塊化綠植墻體

        圖14 構(gòu)件式固定遮陽之典型案例(左:H樓、右上:Q樓、右下:T樓)

        表2 構(gòu)件式固定遮陽調(diào)研案例比較

        圖15 Q樓構(gòu)件式固定遮陽效果分析

        另一個相似案例是位于虹橋低碳商務(wù)區(qū)的W項目(圖16)。因建筑采用了較大的挑檐構(gòu)件(展寬982mm),其夏季遮陽的正向效果明顯大于冬季的日照遮擋,全年綜合遮陽效果顯著(圖17)。

        圖16 W樓構(gòu)件式固定遮陽

        圖17 W樓構(gòu)件式固定遮陽效果分析

        綜上,構(gòu)件式固定遮陽形式多樣,造價相對較低,可進行建筑一體化設(shè)計。需要關(guān)注的實施要點在于:設(shè)計需兼顧光污染防治,并考慮室內(nèi)視線;要通過前期計算,確定適宜的遮陽構(gòu)件的寬度、與幕墻的間距,確保全年“真正有效遮陽”;施工安裝時充分考慮固定遮陽肋片后期的清潔與維護。

        2.4 構(gòu)件式可調(diào)外遮陽

        近年來,可調(diào)外遮陽相關(guān)產(chǎn)品、設(shè)備及控制系統(tǒng)的研發(fā)及生產(chǎn)發(fā)展迅速、日趨成熟,有較多形式可供選擇,典型如折臂簾、軌道式卷簾、機翼型百葉、鋁合金百葉,等等。

        本次調(diào)研的多數(shù)項目均建成運行1年以上,前期設(shè)計施工時較少采用可調(diào)外遮陽系統(tǒng)。經(jīng)調(diào)研分析,其原因在于3個方面:可調(diào)外遮陽系統(tǒng)造價較高;設(shè)計師對于可調(diào)外遮陽系統(tǒng)與立面的協(xié)調(diào)性表示疑慮,部分高層建筑因安全問題不適合安裝;投資方擔(dān)心遮陽系統(tǒng)的運行壽命,尤其是控制系統(tǒng),擔(dān)心為后期入住的小業(yè)主或物業(yè)公司帶來困擾。

        調(diào)研發(fā)現(xiàn),個別項目在一次建設(shè)中設(shè)計安裝了可調(diào)遮陽系統(tǒng),小業(yè)主二次裝修時破壞了電控線路,致使可調(diào)遮陽百葉失控,參差不齊、無法調(diào)節(jié);另有部分運行較長時間的案例反饋,所選的可調(diào)外遮陽百葉(兩邊拉鎖滑軌)在運行3~5年內(nèi)多次損壞,物業(yè)更換維修麻煩。也有一些運行較好的案例,在雙層外窗間設(shè)置可調(diào)遮陽卷簾,既可隨季節(jié)調(diào)節(jié),又可以防止室外氣候?qū)φ陉栂到y(tǒng)的損傷(圖18)。

        圖18 可調(diào)遮陽系統(tǒng)典型案例

        調(diào)研中有兩個住宅項目采用了可調(diào)外遮陽系統(tǒng),分別為外遮陽卷閘簾和可調(diào)遮陽百葉,均與外窗的窗框一體化結(jié)合安裝(圖19)。

        小業(yè)主反饋使用效果良好;物業(yè)方反饋運行兩年來僅有少量住戶的設(shè)備因故障更換,其造價“較高但可接受”。

        表3 對本地區(qū)常見遮陽形式的匯總分析

        圖19 住宅項目可調(diào)遮陽系統(tǒng)典型案例

        綜上,可調(diào)外遮陽系統(tǒng)因初投資及維護成本較高,目前在上海地區(qū)的使用尚不太普及;宜結(jié)合公建、住宅的不同建筑形式選擇適用系統(tǒng),并合理考慮可調(diào)遮陽的控制模式。

        2.5 建筑遮陽調(diào)研結(jié)論

        建筑遮陽是上海地區(qū)適用的綠色建筑設(shè)計方法及應(yīng)用技術(shù),宜根據(jù)建筑形式選擇適用方式,優(yōu)先鼓勵建筑一體化被動設(shè)計;宜在設(shè)計前期開展數(shù)值模擬分析,優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計,確保全年遮陽的有效性;遮陽系統(tǒng)的設(shè)計及構(gòu)件采購安裝,需綜合考慮投資經(jīng)濟和運維便利。表3是對上海地區(qū)常見遮陽形式的匯總分析。

        3 結(jié)論

        通過對上海地區(qū)的21棟在運行的綠色建筑開展調(diào)研,分析綠色建筑相關(guān)技術(shù)的完成度及建成實效;聚焦被動設(shè)計中的建筑一體化遮陽系統(tǒng),包括形體自遮陽、綠化遮陽、構(gòu)件式固定外遮陽、構(gòu)件式可調(diào)外遮陽等,分析其適用類型及使用要點,供同類型綠色建筑設(shè)計施工參考借鑒。研究得到的結(jié)論及建議如下:建筑遮陽是上海地區(qū)適用的綠色建筑設(shè)計方法及應(yīng)用技術(shù),目前被較為廣泛地采用;實際工程設(shè)計中宜根據(jù)建筑形式選擇適用方式,優(yōu)先鼓勵建筑一體化被動設(shè)計;建議在設(shè)計前期開展數(shù)值模擬分析,優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計,確保全年遮陽的有效性;遮陽系統(tǒng)的設(shè)計及構(gòu)件采購安裝,需綜合考慮投資經(jīng)濟和運維便利。

        [1] 上海市人民政府辦公廳.上海市綠色建筑發(fā)展三年行動計劃(2014-2016)[Z],2014-06-17.

        [2] 林波榮,肖娟.我國綠色建筑常用節(jié)能技術(shù)后評估研究[J].暖通空調(diào),2012(42).

        [3] 葉祖達,梁俊強,李紅軍,等.我國綠色建筑的經(jīng)濟考慮——成本效益實證分析[J].生態(tài)城市與綠色建筑,2011(04).

        [4] 陽春,路賓,孟沖,等.北京地區(qū)綠色建筑運行實效調(diào)研分析[J].建筑科學(xué),2014(06).

        [5] 恩里克·布朗.建成14年后的COMSORCIO-SANTIAGO大廈[J].生態(tài)城市與綠色建筑,2010(3).

        [6] 張穎,楊建榮,王瑞璞.上海市建筑科學(xué)研究院莘莊綜合樓綠色建筑運行效果研究[J].暖通空調(diào),2014(44).

        [7] 陳劍秋.可持續(xù)教育建筑——上海市委黨校二期工程可持續(xù)技術(shù)應(yīng)用示范[M].上海:同濟大學(xué)出版社,2012.

        葛曹燕,碩士,高級工程師,上海市建筑科學(xué)研究院

        廖琳,碩士,工程師,上海市建筑科學(xué)研究院

        朱曉波,碩士,工程師,上海市建筑科學(xué)研究院

        季亮,博士,高級工程師,上海市建筑科學(xué)研究院

        2015-02-09

        RESEARCH ON OPERATION PERFORMANCE OF SUN-SHADING SYSTEM OF GREEN BUILDING IN SHANGHAI

        對上海地區(qū)的21棟運行中的綠色建筑開展調(diào)研,分析綠色建筑相關(guān)技術(shù)的完成度及建成實效;聚焦被動設(shè)計中的建筑一體化遮陽系統(tǒng),包括形體自遮陽、綠化遮陽、構(gòu)件式固定外遮陽、構(gòu)件式可調(diào)外遮陽等,分析其適用類型及使用要點,供同類型綠色建筑設(shè)計施工參考借鑒。

        Based on the survey on 21 green buildings in Shanghai, this paper analyzes the implementation and operation performance of the related technology. It focuses on the passive design of the integrated sun-shading system of buildings, including self-shading, green shading, fxed external shading, and adjustable external shading. It further explores the applicability and key points of using different types of shading systems, which may provide a reference for the same type of green buildings in Shanghai.

        綠色建筑 建成實效 被動設(shè)計 遮陽系統(tǒng)

        Green Building, Operation Performance, Passive Design, Sun-Shading System

        科技部“十二五”科技支撐課題(2011BAJ10B03)。

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