基于LEEDV4评价标准的绿色建筑模拟流程探究

摘要：近几年来，我国绿色建筑发展迅猛。但有助于优化绿色建筑设计的能耗模拟分析，在当前设计中存在指导滞后的问题。因此，本文基于LEED V4整合设计的要求，结合绿色建筑咨询的项目经验，对绿色建筑能耗模拟流程进行了探究，说明了在方案设计阶段进行初步能耗模拟的必要性，为项目后续的节能设计提供了技术参考与支持。

关键词：绿色建筑;能耗模拟;方案设计阶段;LEED V4;建筑能耗

世界能源组织IEA（International Energy Agency）指出，提高能源效率将是世界各国在降低总能耗、减少碳排放和增强能源安全保障的一个非常重要的举措;而提高能源效率这一巨大潜力中，有五分之四的潜力在建筑领域（出自该组织“World Energy Outlook 2012”这一报告中）。众所周知，一栋建筑的生命周期（从概念设计到实际运营维护）长达几十年甚至几百年，所以无论是一栋建筑的初期设计还是其后期的建造方式和过程，都会对日后的能源有效利用或过度消耗产生深远影响。因此，充分挖掘公共建筑的节能潜力的绿色建筑设计，将是降低公共建筑能耗的重要举措之一。

1 国内绿色建筑认证现状

近几年来，我国绿色建筑发展迅猛。国内绿色建筑项目的设计及评价主要是依托于两个标准，一个是国内的《绿色建筑评价标准》，另一个则是美国绿色建筑委员会（USGBC）开发的LEED认证体系。而目前国内越来越多的新建项目是“双认证”项目，即一栋新建建筑同时申请国内绿色建筑认证和美国LEED认证。

2013年11月份，LEED V4新版本体系正式发布，并且在2015年6月1号之后，所有新申请的项目都必须采用LEED V4标准。LEED V4相较于之前的LEED 2009版本，新增“整合过程”（Integrative process）这一考评项。该考评项明确要求在方案设计阶段，根据现有信息，建立大楼的能耗模型，发掘建筑节能潜力，并对项目中一些初始假定的合理性展开分析（挑战传统典型假定）。评估以下策略中至少2种：

（1）场地情况：遮阳、室外照明、相邻场地。

（2）建筑热惰性以及朝向：分析建筑体形系数和朝向对于空调系统选型、建筑能耗等的影响。

（3）围护结构主要参数：保温、窗墙比、玻璃参数、外遮阳等。

（4）照明：评估内表面的反射率和人员活动区的照度范围。

（5）热舒适范围

（6）室内设备负荷需求：评估降低建筑插座、办公设备负荷的可能性（如采用购买高能效设备、制订采购策略等）。

（7）运行参数：评估多功能的空间、建筑运行时间表等。

基于以上LEED V4“整合过程”的要求，本文将结合相关LEED咨询项目的实际经验，探究在方案设计阶段进行初步建筑模拟分析的必要性。

2 传统的建筑能耗模拟分析流程

《建筑工程设计文件编制深度规定》（由中国住建部颁布）中将建筑的整个设计周期分为三个阶段，分别为方案设计阶段、初步设计阶段以及施工图设计三个阶段。由此可看出，方案设计阶段是整个建筑设计过程的第一阶段。

而目前，我国的建筑能耗模拟分析过程大都是在施工图设计阶段进行或施工图设计阶段完成后进行，还有部分项目甚至是在建筑施工阶段或竣工交付后才进行。下图（图1）为目前最常见的建筑能耗分析的流程（目前大部分项目的建筑能耗模拟分析都是图中所示流程）。

3 当前的建筑能耗分析流程存在的问题

3.1 对设计的指导滞后

在建筑的全生命周期中，各个阶段对建筑的影响如下图2所示，各阶段的对建筑性能的影响是逐渐降低的。而目前由于一些甲方（项目建设者）对绿色建筑设计了解的不够深入，对建筑节能设计认识的不够明确，在项目的施工图设计阶段或后期才会考虑聘请绿色建筑咨询顾问（LEED顾问）。若在该阶段，建筑咨询顾问（LEED顾问）基于施工图进行的建筑能耗模拟分析完成后发现了问题，那么设计方案将需要进行大量改动或整个设计推倒重来，这样不仅增加了整个项目的设计难度，还会造成不必要的返工，严重的还会影响整个项目的施工进度。

3.2 影响项目成本投入

而从图二可以看出，建筑成本的影响是逐渐升高的，并且在建筑后期的运营维护阶段呈持续上升的态势。而目前部分预计申请LEED认证或国内绿标认证的项目中，虽然大部分的建筑设计师，在方案设计阶段都希望在设计的过程中加入节能概念，但是建筑的外形、功能还是其考虑的首要因素。因而若在施工图设计阶段各项节能技术以“补丁”的形式出现，不仅不能从根本上提升建筑的绿色性能，还会增加建筑的建造成本，进而持续影响后期建筑运营维护成本（成本费用持续增加）。

4 绿色建筑能耗模拟流程优化-以项目案例进行说明

针对当前绿色建筑能耗分析流程中存在的问题，本文以LEED V4“整合过程”的要求为基础，以实际项目为例说明能耗模拟分析如何在方案设计阶段指导或优化绿色建筑设计。此次分析主要从“整合過程”要求的围护结构主要参数这一策略（优化窗墙比）入手，进行深入评估。

4.1 项目概况

本项目位于中国上海市，夏热冬冷地区，项目总建筑面积约为9万平方米，业态为办公楼，其中办公标准层层高为4.5m，共35层。基于LEED V4“整合过程”的要求，此次在方案设计阶段初期，根据现有建筑平面图，利用能耗模拟软件eQuest建立了一个简单的模型（simple box model），对不同方案进行了对比分析。

4.2 建筑设计参数设置

建筑师初步计算后给出的窗墙比为70%，因本次模拟在方案设计阶段初期，好多设计参数未明确，故除窗墙比之外的所有围护结构参数均为合理假设值，且都是根据《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015进行选取设置的，具体参数如下：

因本项目在方案设计阶段初期，建筑图纸尚未明确划分区域，故eQuest模型内只建立了核心筒区（非空调区域）与办公区（空调区域）。

4.3 优化方案的参数确定

因本项目申请LEED认证，故在后续阶段需确定本项目较LEED基准建筑的节能率。上海是Ashrae中的3A气候区，对应的LEED基准建筑的围护结构参数如下：

根据表1与表2的参数对比，可见本项目较LEED基准建筑主要的不节能因素，是窗墙比过高。对于项目所在的以夏季空调为主的南方地区，过大的窗墙比将导致空调季太阳得热负荷激增。因此，本项目作为全玻璃幕墙建筑，有必要通过降低窗墙比方式提高幕墙的节能效果;故建议优化外立面设计，将窗墙比调整为60%。而南方地区办公类项目，由于室内通常存在较大的稳定内热源（办公设备散热、人员散热、灯光散热等），根据模拟计算，加强建筑保温对建筑全年能耗的影响不明显，故其他围护结构参数保持不变;建议的优化方案与原方案对比参数如下表3：

4.4 模拟结果与分析

基于优化方案确定的参数，根据计算得出围护结构各类别负荷构成如下图所示，从图3可看出，太阳得热造成的冷负荷占围护结构冷负荷比重最大，为73%左右。而就热负荷而言（图4），墙体及屋面的传热负荷占比最大，为82%左右。

根据模拟计算结果，原方案和优化后方案两者围护结构冷负荷差异如下表5所示，将建筑的窗墙比由70%降低60%后，围护结构冷负荷降低10.71%，围护结构热负荷降低7.85%。

5 结论与建议

基于以上对窗墙比优化前后的分析，在上海地区适当的降低建筑的窗墙比，尤其是全玻璃幕墙建筑，可降低建筑负荷，进而降低建筑能耗;这种通过优化建筑设计本身而降低建筑能耗的措施，要比利用设备减少建筑能耗（建筑采暖、空调等能耗）的措施，更灵活，更便于实施，而且在一定程度上，还可以减少后期在设备采购、安装和维护上的费用。

建筑师在方案设计阶段确定建筑的基本造型，其他设计顾问团队在建筑师的设计方案的基础上，确定建筑的相关设计参数（幕墙参数、机电设计参数等）。在该阶段确立的建筑设计方向与设计思路，对整个设计过程有着重要的指导意义。相关研究表明，57%的建筑节能技术措施是在方案设计阶段确定的，而只有13%是（下转页）

（上接页）在初步设计阶段确定的，并且越往后期，想要实现相同的技术目标，所付出的成本也就越高。

以本文中的项目为例，如果外立面透明玻璃面积占比较大（窗墙比高），可导致后期冷负荷计算值偏大，进而造成冷水机组、水泵、空调末端等在内的空调系统整体选型偏大，既不利于节能，又增大了不必要的系统初投资，并可能会间接导致建筑运营阶段，因多余机组常年不开启造成的资源浪费。

因此，在方案设计阶段對建筑进行初步的模拟分析，不仅能发掘建筑节能潜力，还能在后续设计深化阶段对方案设计的不足之处进行针对性的修改，从节能的角度优化建筑设计，达到建筑节能的目的。故而在方案设计阶段进行初步的建筑模拟分析，是非常有效的建筑节能手段之一。

参考文献：

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[2] 王园媛，俞晓丽.建筑设计方案阶段能耗模拟对建筑节能的影响山西建筑[J].2017（09）.

[3] 王瀛，赵春芝，戚建强，蒋荃，崔雅楠，郑立红.基于寒冷地区建筑节能目标的外窗适宜选用研究[J]，2014（08）.

[4] 刘凯英，田慧峰.基于《绿色建筑评价标准》的绿色建筑设计流程优化[J]，2014（02）.

作者简介：赵倩倩（1989—），女，河北石家庄人，硕士研究生，从事绿色建筑咨询工作。

（作者单位：科进柏诚工程技术（北京）有限公司上海分公司）