李 芳(上海市建筑科學(xué)研究院有限公司,上海 201100)
建筑業(yè)是我國(guó)的碳排放大戶之一,《中國(guó)建筑能耗研究報(bào)告(2020)》中顯示,2018 年全國(guó)建筑全過程碳排放總量為 49.3 億噸 CO2,占全國(guó)碳排放的比重為 51.3%,其中建筑運(yùn)行階段碳排放 21.1 億噸 CO2,占全國(guó)碳排放的比重為 21.9%[1]。因此,建筑領(lǐng)域如何降低碳排放量,對(duì)于我國(guó)完成國(guó)家雙碳戰(zhàn)略有著重大意義。
綠色建筑關(guān)注對(duì)建筑全壽命期的節(jié)能減排,建設(shè)高質(zhì)量綠色建筑,是我國(guó)建筑業(yè)碳達(dá)峰與碳中和的關(guān)鍵方向。我國(guó)綠色建筑目前已進(jìn)入了全面普及的階段,但是從多個(gè)地方的數(shù)據(jù)來看,絕大多數(shù)項(xiàng)目仍以綠色建筑設(shè)計(jì)為主,不少綠色建筑的建設(shè)實(shí)施及運(yùn)行維護(hù)并未達(dá)到原設(shè)計(jì)預(yù)期。以上海為例,截至 2020 年底,上海累計(jì)獲得綠色建筑標(biāo)識(shí)的項(xiàng)目總數(shù)量 874 個(gè),其中運(yùn)行標(biāo)識(shí)和竣工標(biāo)識(shí)的項(xiàng)目數(shù)量 51 個(gè)[2],僅占標(biāo)識(shí)項(xiàng)目總數(shù)量約 6%。
項(xiàng)目的運(yùn)行未能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期,可能存在多種因素,例如部分項(xiàng)目綠色設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮技術(shù)的可行性與經(jīng)濟(jì)性,部分技術(shù)和措施在施工過程實(shí)施不到位,部分物業(yè)單位缺乏綠色運(yùn)營(yíng)意識(shí)和知識(shí)技能等。綠色建筑是涉及設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、評(píng)價(jià)、拆除等建筑全過程的系統(tǒng)工程,只有對(duì)全過程實(shí)施總體管控,各主體單位全面協(xié)作,才能真正實(shí)現(xiàn)其實(shí)效,有效降低建筑碳排放。以下將以常州市武進(jìn)綠色建筑研發(fā)中心維綠大廈(以下簡(jiǎn)稱維綠大廈)的實(shí)踐為例,探索以運(yùn)行實(shí)效為導(dǎo)向的綠色建筑技術(shù)實(shí)踐與過程管控。
維綠大廈坐落于江蘇省常州市的武進(jìn)綠色建筑產(chǎn)業(yè)集聚示范我,項(xiàng)目總用地面積 17 026 m2,總建筑面積 37 161m2,包括一棟 10 F 主樓和一棟 1 F 配樓,主要功能為辦公和會(huì)議。項(xiàng)目自 2014 年開始設(shè)計(jì),2016 年正式運(yùn)營(yíng),從綠色技術(shù)策劃、綠色設(shè)計(jì)融合、綠色產(chǎn)品應(yīng)用、綠色施工管控、綠色技術(shù)改造、綠色持續(xù)運(yùn)營(yíng)進(jìn)行了全過程的綠色建筑實(shí)踐。項(xiàng)目已獲得綠色建筑三星級(jí)設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)及運(yùn)行標(biāo)識(shí)。如圖 1 所示,是建筑自遮陽設(shè)計(jì)。
圖1 建筑自遮陽設(shè)計(jì)
項(xiàng)目結(jié)合場(chǎng)地氣候地理?xiàng)l件、場(chǎng)地資源分析,開展了一系列綠色建筑技術(shù)可行性分析,確定了項(xiàng)目的綠色建筑目標(biāo):在滿足使用功能的前提下,項(xiàng)目的運(yùn)行能耗不高于《民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51161-2016 中的夏熱冬冷地我非供暖能耗指標(biāo)的引導(dǎo)值,平均日用水量不高于《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50555-2010 中節(jié)水用水定額的下限值,非傳統(tǒng)水源利用率≥ 20%,并全面達(dá)到綠色建筑三星級(jí)的要求。同時(shí),由于項(xiàng)目建成后同時(shí)定位為示范我綠色產(chǎn)品展示和教育培訓(xùn)基地,因此在技術(shù)選用上兼顧了經(jīng)濟(jì)性、適用性、示范性與展示度。項(xiàng)目最終集成應(yīng)用多種綠色建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)手法和適宜的新技術(shù)新產(chǎn)品,包括建筑自遮陽、中置可調(diào)遮陽、自然采光、立體綠化、自然通風(fēng)、導(dǎo)光管、太陽能光伏、溶液調(diào)濕新風(fēng)系統(tǒng)、人工濕地等 20 余項(xiàng)綠色建筑技術(shù)。
(1)因地制宜的被動(dòng)式設(shè)計(jì)
項(xiàng)目所在地太陽高度角冬至日正午為 34.7°,夏至日為81.6°。經(jīng)輻射量分析計(jì)算后,項(xiàng)目采取了南、北立面與地面成 80° 夾角的“V”字體型設(shè)計(jì),使得建筑夏季可利用建筑自身傾角來遮擋正午陽光,冬季不遮擋陽光進(jìn)入室內(nèi)。經(jīng)模擬分析,南立面在 6—9 月所接受太陽輻射減少了 20%。此外,外窗采用中置可調(diào)遮陽百葉,中庭幕墻設(shè)置電動(dòng)遮陽百葉,達(dá)到動(dòng)態(tài)遮陽的效果。
為充分利用自然光,項(xiàng)目通過數(shù)值分析等方法,對(duì)采光口的位置和面積進(jìn)行優(yōu)化。為改善地下車庫的采光,結(jié)合地下空間布局,設(shè)有采光天窗和下沉庭院。在進(jìn)深較大的樓層,主樓空中花園部分設(shè)置采光天窗引入自然光。配樓設(shè)置導(dǎo)光管,使自然光進(jìn)入內(nèi)廊空間。
項(xiàng)目通過自然通風(fēng)模擬,對(duì)開窗位置、面積進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)模擬分析,夏季、過渡季主導(dǎo)風(fēng)向情況下,主要房間的自然風(fēng)平均流動(dòng)速度為 1.0~3.5 m/s,換氣次數(shù) > 2 次/h,且氣流通暢,可有效排出室內(nèi)污染物。中庭的頂部設(shè)置電動(dòng)開啟外窗,通過控制其開閉,提升自然通風(fēng)的拔風(fēng)效果。
(2)能源綜合利用
項(xiàng)目的空調(diào)冷熱源由園我內(nèi)的我域能源中心提供。我域能源中心采用燃?xì)馊?lián)供+地源熱泵+離心式制冷機(jī)組+煙氣溴化鋰機(jī)組+燃?xì)庹婵諢崴仩t,分布式能源綜合能源利用率 76.86%,清潔能源利用率 100%。主樓屋面設(shè)置約200 m2、22 kW 的太陽能光伏板,可滿足項(xiàng)目的部分用電負(fù)荷需求。
(3)舒適健康的室內(nèi)環(huán)境
項(xiàng)目室內(nèi)設(shè)置 PM 2.5 凈化裝置,降低空氣污染物濃度。主要功能房間設(shè)置室內(nèi)環(huán)境傳感器,監(jiān)測(cè)溫濕度、CO2濃度、PM 2.5 等參數(shù),在樓宇的 BIM 運(yùn)維平臺(tái)上顯示監(jiān)測(cè)結(jié)果,并實(shí)現(xiàn)超標(biāo)報(bào)警。CO2濃度傳感器可與新風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng),保障室內(nèi)空氣品質(zhì)。
考慮到項(xiàng)目所在地我濕度較高,主樓 2—10 F 采用熱回收型溶液除濕新風(fēng)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)降溫除濕。同時(shí),該系統(tǒng)將熱、濕分開處理,避免了凝水表面所導(dǎo)致的霉菌污染。
項(xiàng)目各場(chǎng)所均采用 LED 節(jié)能燈具,并設(shè)置智能照明系統(tǒng)。走廊我域設(shè)置動(dòng)靜探測(cè)器,靠窗我域燈具為調(diào)光燈具,可根據(jù)日光調(diào)節(jié)燈具亮度,在保證室內(nèi)光環(huán)境的同時(shí),降低照明能耗。
(4)場(chǎng)地雨水綜合控制與利用
項(xiàng)目結(jié)合建筑設(shè)計(jì)及采光需求,在主樓 7 F 屋面設(shè)置空中花園,在主樓中庭設(shè)置垂直綠化,在配樓立面設(shè)置草坡綠化,并配合自動(dòng)噴灌、滴灌等節(jié)水灌溉技術(shù),營(yíng)造綠意盎然的室內(nèi)外自然景觀。
在海綿城市方面,項(xiàng)目設(shè)置了下凹式綠地及雨水花園,人行道路面、停車位使用透水植草磚,讓雨水能夠迅速入滲土壤。屋面和地面的雨水通過場(chǎng)地內(nèi)的景觀溝渠進(jìn)行收集,匯集到人工濕地中進(jìn)行處理,并用于路面澆灑、景觀綠化灌溉、景觀水體、冷卻塔補(bǔ)水。在雨水不足的時(shí)候,可以通過河道水給清水池補(bǔ)水。通過場(chǎng)地海綿城市及雨水綜合利用設(shè)計(jì),項(xiàng)目整體場(chǎng)地年徑流控制率≥70%。
(5)綠色智慧運(yùn)維管理
為了提高運(yùn)營(yíng)管理水平,項(xiàng)目采用了基于 BIM 的綠色智慧建筑運(yùn)維平臺(tái)。平臺(tái)中協(xié)同整合了了通訊自動(dòng)化系統(tǒng)、建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警與消防聯(lián)動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)、綜合安保自動(dòng)化系統(tǒng)等,同時(shí)結(jié)合綠色建筑運(yùn)營(yíng)管理和建筑能耗監(jiān)測(cè)、用水計(jì)量、環(huán)境管理、遠(yuǎn)程維護(hù)、動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)等功能,幫助維綠大廈進(jìn)行綠色建筑的全生命周期管理。
為確保項(xiàng)目的綠色建筑各項(xiàng)目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn),項(xiàng)目組建了綠色建筑工作團(tuán)隊(duì),由建設(shè)單位、綠色建筑顧問負(fù)責(zé)人組建管理協(xié)調(diào)小組,項(xiàng)目管理單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位和物業(yè)單位等主體單位共同參與,工作團(tuán)隊(duì)架構(gòu)見圖2。綠色建筑管理協(xié)調(diào)小組對(duì)項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建造和運(yùn)行管理階段等進(jìn)行全過程管控。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)同時(shí)聘請(qǐng)專家擔(dān)任項(xiàng)目組顧問,參與項(xiàng)目的咨詢、論證、驗(yàn)收,進(jìn)行全過程指導(dǎo)和關(guān)鍵難點(diǎn)把關(guān),降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。綠色建筑各階段管控重點(diǎn)如圖 3 所示。
圖2 綠色建筑工作團(tuán)隊(duì)構(gòu)架
圖3 綠色建筑全過程管控重點(diǎn)
綠色建筑的設(shè)計(jì)是否合理,關(guān)系到項(xiàng)目的整體性能和建造成本。部分項(xiàng)目因在綠色設(shè)計(jì)堆砌大量的新技術(shù)、新設(shè)備,不僅產(chǎn)生了高昂的投入成本,造成了設(shè)計(jì)和運(yùn)行的復(fù)雜性,最終也未必能達(dá)到節(jié)能降耗的效果。因此,項(xiàng)目在設(shè)計(jì)招標(biāo)時(shí)就應(yīng)融入綠色建筑相關(guān)目標(biāo)要求,同時(shí)在設(shè)計(jì)管控中需注重建筑設(shè)計(jì)和技術(shù)落實(shí)的“整體性”,在設(shè)計(jì)中充分融入被動(dòng)式綠色設(shè)計(jì)的理念。
(1)因地制宜確定綠色目標(biāo)與策略。維綠大廈在綠色建筑策劃階段,業(yè)主、設(shè)計(jì)院、綠色建筑顧問等單位進(jìn)行充分的調(diào)研、分析,并經(jīng)專家論證后,確定項(xiàng)目的總體綠色目標(biāo)和主要綠色指標(biāo)。技術(shù)體系的選擇結(jié)合所在地的氣候條件和地理位置特點(diǎn)進(jìn)行分析。涉及到新技術(shù)、新產(chǎn)品的應(yīng)用,開展專項(xiàng)可行性和經(jīng)濟(jì)性分析,充分考慮各技術(shù)的可落地性。
(2)編制綠色建筑設(shè)計(jì)任務(wù)要求,對(duì)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行審核跟蹤。綠色目標(biāo)及整體技術(shù)策略制定后,項(xiàng)目組對(duì)整體技術(shù)策略進(jìn)行分階段和分專業(yè)分解,編制綠色建筑設(shè)計(jì)任務(wù)書提供給設(shè)計(jì)總包及專項(xiàng)設(shè)計(jì)單位。設(shè)計(jì)過程中,組織綠色建筑顧問單位、設(shè)計(jì)單位等,采用數(shù)值模擬手段,優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)方案。各階段設(shè)計(jì)文件完成后,開展綠色建筑專項(xiàng)審核并對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行優(yōu)化,確保項(xiàng)目設(shè)計(jì)符合綠色建筑目標(biāo)要求。
(3)確立設(shè)計(jì)階段例會(huì)制度。建設(shè)單位、顧問單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位等定期召開綠色建筑設(shè)計(jì)例會(huì),對(duì)項(xiàng)目的技術(shù)措施等進(jìn)行討論。施工單位如能較早介入項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段,有利于之后的設(shè)計(jì)與施工階段的銜接。通過各個(gè)相關(guān)合作單位的例會(huì)制度,確保項(xiàng)目在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段過程中,減少重復(fù)修改,保障后續(xù)順利的施工建造。
避免綠色建筑相關(guān)技術(shù)、措施在實(shí)際施工過程實(shí)施出現(xiàn)偏差,也是綠色建筑管控的重點(diǎn)之一。維綠大廈項(xiàng)目對(duì)各施工單位在招標(biāo)階段均提出綠色建筑相關(guān)要求,并對(duì)整個(gè)施工過程實(shí)施綠色建筑動(dòng)態(tài)管理。
(1)開展綠色施工培訓(xùn),進(jìn)行綠色施工交底。施工總包進(jìn)場(chǎng)前,均需參加由業(yè)主和綠色建筑顧問單位組織的綠色施工培訓(xùn)。培訓(xùn)重點(diǎn)包括項(xiàng)目的綠色建筑目標(biāo)和技術(shù)要求、綠色施工工作團(tuán)隊(duì)、綠色施工管理要求等,增強(qiáng)施工單位的綠色建筑意識(shí)。
(2)建立綠色施工工作團(tuán)隊(duì),編制綠色施工方案 。施工單位編制綠色施工方案并完成審核。建立綠色施工工作團(tuán)隊(duì),明確相關(guān)責(zé)任人及綠色施工專員。實(shí)施綠色施工實(shí)施管控,覆蓋施工策劃、施工準(zhǔn)備、材料采購(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)施工、工程驗(yàn)收等各階段。施工過程中,通過揚(yáng)塵、噪聲、污水等施工污染物進(jìn)行管控,同時(shí)注重材料的高效利用,從混凝土、模板、板材、木材等大宗建材的節(jié)約出發(fā),創(chuàng)造節(jié)約型工地。施工現(xiàn)場(chǎng)建立廢水循環(huán)利用系統(tǒng),進(jìn)行再次利用。每月定期進(jìn)行記錄并提交綠色施工月報(bào)。
(3)綠色建筑產(chǎn)品招采管控。對(duì)涉及項(xiàng)目綠色建筑性能的設(shè)備、材料、產(chǎn)品的采購(gòu),項(xiàng)目均需滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求,并在招標(biāo)要求中寫入綠色性能、指標(biāo)需求,在采購(gòu)過程中對(duì)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行審核。涉及指標(biāo)調(diào)整,需經(jīng)項(xiàng)目管理、設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、綠色建筑顧問團(tuán)隊(duì)進(jìn)行復(fù)核,在不影響項(xiàng)目的綠色性能的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。
(4)綠色建筑竣工驗(yàn)收。項(xiàng)目竣工驗(yàn)收前,建設(shè)單位組織施工單位、設(shè)計(jì)單位、相關(guān)顧問單位等對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行綠色建筑進(jìn)行專項(xiàng)驗(yàn)收。對(duì)主要的性能指標(biāo)聘請(qǐng)有資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)或測(cè)評(píng),如主要環(huán)境性能指標(biāo)的檢測(cè),可再生能源系統(tǒng)測(cè)評(píng)、建筑能效測(cè)評(píng)等,并對(duì)各項(xiàng)技術(shù)、設(shè)備措施的落實(shí)情況進(jìn)行文件核查和現(xiàn)場(chǎng)查看。施工單位、監(jiān)理單位需對(duì)各類書面文件進(jìn)行留存。
對(duì)于綠色建筑而言,有效的運(yùn)營(yíng)管理是實(shí)現(xiàn)其效果的成敗關(guān)鍵。在維綠大廈運(yùn)行階段,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)組織編寫綠色運(yùn)行的指導(dǎo)手冊(cè),并分析運(yùn)行能耗、水耗數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)預(yù)期的一致性和差異性,優(yōu)化建筑運(yùn)行方案,實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目從“綠色設(shè)計(jì)”“綠色施工”到“高效運(yùn)行”的延續(xù)。
(1)綠色運(yùn)行指導(dǎo)培訓(xùn)。項(xiàng)目在選擇物業(yè)單位前,對(duì)物業(yè)單位的環(huán)境管理、質(zhì)量管理等資質(zhì)進(jìn)行審核。物業(yè)單位進(jìn)駐前,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開展一系列綠色運(yùn)營(yíng)指導(dǎo)培訓(xùn),對(duì)綠色建筑目標(biāo)及主要的技術(shù)措施進(jìn)行介紹,包括設(shè)計(jì)資料、技術(shù)指導(dǎo)、維護(hù)策略、運(yùn)營(yíng)與維護(hù)手冊(cè)、調(diào)試記錄等。介紹并演示已安裝的系統(tǒng)和關(guān)鍵功能,尤其是建筑管理系統(tǒng)、控制裝置及其界面,確保物業(yè)單位充分熟悉其詳細(xì)運(yùn)行方法。對(duì)物業(yè)單位的綠色運(yùn)維提出要求,并提供綠色運(yùn)行指導(dǎo)手冊(cè)。
(2)建立綠色運(yùn)行管理制度。由物業(yè)制定綠色運(yùn)行管理制度,并經(jīng)業(yè)主單位審核。設(shè)立綠色運(yùn)行總負(fù)責(zé)人,并成立管理小組,由小組成員負(fù)責(zé)節(jié)能降耗具體工作。優(yōu)化日常管理制度,包括機(jī)電設(shè)備全年運(yùn)行模式、設(shè)備和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)檢修、大型能源設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)、機(jī)組運(yùn)營(yíng)巡視、安全管理、中央空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案等。
(3)研發(fā)綠色智慧建筑運(yùn)維平臺(tái)。維綠大廈建設(shè)有基于 BIM 的綠色智慧建筑運(yùn)維平臺(tái),通過該平臺(tái)可進(jìn)行能耗和環(huán)境數(shù)據(jù)采集、能耗監(jiān)測(cè)、策略分析、遠(yuǎn)程維護(hù)和動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。安排專人對(duì)水表各月數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,對(duì)異常情況盡快開展管網(wǎng)檢查,采取措施避免跑滴漏現(xiàn)象。
(4)加強(qiáng)行為節(jié)能宣傳,定期開展用戶調(diào)研。物業(yè)在水池、電源開關(guān)處、水龍頭、電梯等處張貼節(jié)能、節(jié)水宣傳和提示標(biāo)志,同時(shí)制定了綠色設(shè)施使用手冊(cè),供租戶取用。作為綠色建筑示范項(xiàng)目,業(yè)主單位定期開展公共機(jī)構(gòu)節(jié)能宣傳周活動(dòng),組織培訓(xùn)學(xué)習(xí)活動(dòng)。此外,項(xiàng)目也開展針對(duì)建筑使用者的滿意度調(diào)研,包括現(xiàn)場(chǎng)問卷調(diào)研及網(wǎng)絡(luò)在線調(diào)研,涉及方面有建筑環(huán)境品質(zhì)、物業(yè)管理措施等方面,通過調(diào)研不斷優(yōu)化其管理。根據(jù)目前的調(diào)研結(jié)果,90%以上的使用者對(duì)維綠大廈的綠色建筑水平表示滿意。
根據(jù)項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)分析,項(xiàng)目較好的實(shí)現(xiàn)了綠色建筑的既定目標(biāo),其建筑運(yùn)行能耗、水耗、可再生能源等關(guān)鍵數(shù)據(jù)均符合設(shè)計(jì)預(yù)期。以 2018 年為例,維綠大廈單位面積用電量約為 52.30 kW·h/(m2·a),低于 GB/T 51161-2016 中的夏熱冬冷地我非供暖能耗指標(biāo)的引導(dǎo)值;單位面積耗水量為 0.32 m3/(m2·a),平均日用水量也低于 GB 50555-2010 中節(jié)水用水定額的下限值。年太陽能光伏發(fā)電總量約為 16 933 kWh,非傳統(tǒng)水源利用率達(dá)到 30.6%。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),建筑室內(nèi)環(huán)境各項(xiàng)參數(shù)均優(yōu)于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。
維綠大廈通過全過程的綠色建筑的管控與實(shí)踐,將設(shè)計(jì)的探索實(shí)施到了項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)行中,實(shí)現(xiàn)了高標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè),也較好的實(shí)現(xiàn)了最初設(shè)立的節(jié)能環(huán)保目標(biāo)。隨著我國(guó)雙碳相關(guān)工作的推進(jìn),綠色建筑的實(shí)際運(yùn)行中的節(jié)能降碳將越來越受到關(guān)注,而以實(shí)效為導(dǎo)向的綠色建筑全過程管控的不斷探索和完善,也將為保障建筑綠色性能起到積極的作用。
項(xiàng)目基金:上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科研計(jì)劃項(xiàng)目“全生命周期節(jié)能減排、減振降噪一體化關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用”(編號(hào):17DZ1201404)