浙江大學城市學院綠色建筑研究所 朱煒
我國已經(jīng)成為世界上建筑量最大的國家，隨著節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的進一步深入，改變傳統(tǒng)的高消耗產(chǎn)業(yè)，發(fā)展綠色建筑成為必然選擇。
對于綠色建筑，我們不僅關(guān)注建造過程對環(huán)境資源的消耗，還應進一步關(guān)注其“全生命周期”的影響——包括原材料開采、運輸與加工、建造、使用、維修、改造和拆除等環(huán)節(jié)。
作為綠色建筑的主要代表，鋼結(jié)構(gòu)住宅已占歐美日市場的40%以上。針對我國人多地少的國情，以杭蕭鋼構(gòu)為代表的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)探索出一整套高層鋼結(jié)構(gòu)住宅建設體系，并在國內(nèi)外多個工程付諸實踐。
從2008年起，我們抽取杭蕭鋼構(gòu)兩個有代表性的住宅小區(qū)——武漢世紀家園和安哥拉安居家園，根據(jù)國家《綠色建筑評價標準》有關(guān)原則，本研究主要針對建設過程中的各種資源、能源消耗以及建筑性能對日常使用的影響，從建筑節(jié)地、建筑節(jié)材、建筑節(jié)能、建筑節(jié)水、室內(nèi)環(huán)境五個方面進行對比分析。期待社會從全生命周期的看建筑，推動綠色建筑的發(fā)展。
武漢世紀家園住宅小區(qū)是杭蕭鋼構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的第一個商業(yè)項目，它位于武漢市江岸區(qū)后湖鄉(xiāng)，采用鋼＋混凝土的結(jié)構(gòu)形式。整個校區(qū)包括11幢高層住宅， 24層，建筑高度72.0m，地上部分總建筑面積為220441m2，地下部分30676m2。我們的研究選取了5號樓和7號樓組團作為具體案例進行分析。其中5號樓為24層，7號樓為23層高層，附帶一層地下室。5號地上部分總建筑面積20118m2，7號地上部分總建筑面積19326m2，地下部分總建筑面積5361m2。
安哥拉安居家園住宅項目是杭蕭鋼構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的第一個海外大型商業(yè)項目。項目的一期工程已建，為底層架空，上部15層的純鋼結(jié)構(gòu)住宅。研究采用II-A型住宅作為案例進行分析。該型住宅建筑面積15953.43m2(其中架空部分面積：603.17m2)，占地1076.64m2，建筑高度45.9m。
根據(jù)對綠色建筑以及鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的認識，我們首先建立一個與實施工程完全一樣的普通結(jié)構(gòu)形式住宅作為參考模型。通過分析實施工程與參考模型數(shù)據(jù)進行比，考查實際項目與參考模型在節(jié)地、節(jié)水、節(jié)能、節(jié)材、室內(nèi)環(huán)境控制五個方面的差別，并分析鋼結(jié)構(gòu)住宅體系在綠色建筑性能方面的優(yōu)缺點。
節(jié)地：住宅得房率可提高5%
對于建筑節(jié)地，主要考察在相同建筑面積情況下不同結(jié)構(gòu)體系提供的有效建筑使用面積的多少，并以此作為反應建筑對土地資源消耗的情況。
建筑節(jié)地是在提供合理的建筑功能要求的基礎上減少對土地資源的占用。采用計算每戶可使用面積率(每戶可使用面積率=每戶套內(nèi)實際可使用面積/每戶建筑面積，即得房率)的方法分析分析不同結(jié)構(gòu)體系的土地資源利用情況。由于可使用面積率概念是實際可以面積與消耗土地面積的比率關(guān)系，也可以理解為對于一定量土地資源的建筑可利用率，即可使用面積率越高，對土地的利用率也越高，相對應的節(jié)地效果更好。
經(jīng)過計算可以發(fā)現(xiàn)在相同建筑設計方案中鋼結(jié)構(gòu)住宅能夠比混凝土結(jié)構(gòu)住宅獲得更多的使用面積。結(jié)構(gòu)：鋼結(jié)構(gòu)(鋼＋混凝土結(jié)構(gòu))住宅比混凝土結(jié)構(gòu)住宅的得房率有一定的提高；全鋼結(jié)構(gòu)住宅中建筑的節(jié)地性能較為明顯，住宅戶型可使用面積提高了3.95%(建筑節(jié)地性能比參考模型提高了5.1%)。
節(jié)材：可節(jié)約30%的材料消耗
對于建筑節(jié)材，主要分析建筑營建過程中主要建筑材料的消耗狀況，并通過生命周期評價法(LCA)加入對可回收材料的統(tǒng)計，對建筑全生命周期的材料資源消耗進行分析對比。建筑的全生命周期的含義為從建材制造、建筑建造、運營管理到建筑報廢、拆除、回收，建筑整個“生命”過程。
對比建筑所需的混凝土、水泥、砂石、鋼材、砌塊等七大類10種材料。鋼結(jié)構(gòu)體系住宅耗費的建筑材料少于常規(guī)結(jié)構(gòu)體系住宅：鋼結(jié)構(gòu)住宅耗費建筑材料56582.2噸，混凝土住宅耗費建筑材料67723.4噸。
從全生命周期的觀點看，建筑材料在整個生命周期過程中是可以循環(huán)再生利用的。因此在分析中，也必須考慮建筑材料的循環(huán)再生利用。具備可再生性的建筑材料主要包括鋼筋、型鋼、建筑玻璃、鋁材、木材等。通過對國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的調(diào)查以及文獻檢索，型鋼回收系數(shù)為0.90，鋼筋0.50，鋁材0.95。其中回收系數(shù)的意思為每單位的廢舊材料經(jīng)過回收生產(chǎn)后得到的新的建筑材料的數(shù)量。
在分析中，我們收集對象建筑的所用材料的詳細清單，并根據(jù)對10種主要建筑材料的資源消耗進行統(tǒng)計，在總體資源使用方面鋼結(jié)構(gòu)住宅比混凝土結(jié)構(gòu)住宅少耗用23824.97噸物質(zhì)資源，其減少量占實際工程(鋼結(jié)構(gòu))總消耗量的30%。鋼結(jié)構(gòu)住宅在所用材料的環(huán)境影響方面，比相同建筑形式的混凝土結(jié)構(gòu)住宅有著十分明顯的優(yōu)勢。
節(jié)能：可滿足節(jié)能建筑要求
對于建筑節(jié)能，主要分為建筑建設與日常使用兩個階段。建筑建設階段，分析主要建筑材料生產(chǎn)、運輸及施工建造過程中的耗能情況，并引入LCA全生命周期評價法綜合評價兩種不同建造體系的優(yōu)劣。對于建筑運行節(jié)能性能，分析以建成建筑墻體熱工性能現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過標準建筑節(jié)能軟件的性能計算，分析比較不同結(jié)構(gòu)體系的使用階段節(jié)能性能。
建筑建設階段能耗分為三個部分，分別是：建筑材料生產(chǎn)能耗、建筑材料運輸能耗、建筑施工能耗。本研究選取標準煤為統(tǒng)計的單位。標準煤是我國常用的統(tǒng)計不同能源消耗的定量標準，其定義為每千克標準煤含熱7000千卡)。為便于計算和統(tǒng)計，本研究將建筑能耗統(tǒng)一換算成噸標準煤(tce)。
建材生產(chǎn)能耗分析——
主要建材一次生產(chǎn)社會平均生產(chǎn)耗能狀況(除CCA板以外的二次建材生產(chǎn)過程耗能不計)在考慮建筑全生命周期建筑材料回收利用修正后主要建材生產(chǎn)能耗：鋼結(jié)構(gòu)方案建材生產(chǎn)總能耗4892.5tec，單位面積能耗為0.109tce/m2；混凝土結(jié)構(gòu)方案建材生產(chǎn)總能耗5555.4tec，單位面積能耗為0.124tce/m2。鋼結(jié)構(gòu)住宅比混凝土結(jié)構(gòu)住宅減少耗能11.9%。
建材運輸能耗分析——
武漢世紀家園的鋼構(gòu)件、樓承板及CCA板由杭州運至武漢，公路里程約780公里；混凝土由武漢商品混凝土供應商提供，運輸里程以30公里計。我國公路運輸耗(柴)油量統(tǒng)計為5公斤/噸百公里，每公斤柴油熱值換算成標準煤為1.457kg。其中，鋼構(gòu)件和樓承板為型鋼，CCA板為成品板由杭州起運；混凝土為商品混凝土當?shù)夭少彙＝?jīng)計算，鋼結(jié)構(gòu)方案建材運輸總能耗790.5tec，混凝土結(jié)構(gòu)方案建材運輸總能耗148.0tec。
鋼結(jié)構(gòu)項目的建材運輸能耗要高于混凝土結(jié)構(gòu)(參考模型)，主要原因是大量的建材為杭州生產(chǎn)，需要長距離運輸。如果，能實現(xiàn)本地生產(chǎn)或者就近生產(chǎn)，運輸能耗則會顯著下降。與生產(chǎn)能耗相比，運輸過程中的總體能耗非常少。
建筑施工能耗分析——
施工用能主要為電能，其他能源的消耗較少，且數(shù)據(jù)不全，因此在此不予考慮。施工階段的電耗，根據(jù)施工紀錄及現(xiàn)場調(diào)查(武漢世紀家園現(xiàn)場用水用電統(tǒng)計表)計算得到。由于施工過程的用水用電為整個施工現(xiàn)場的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，因此，我們把5#和7#樓的單位用水用電量根據(jù)建筑面積在總用水用電中分攤而得。計算結(jié)果顯示5#和7#樓施工用能約為42.04tce。施工階段的能耗量，比建筑材料生產(chǎn)和運輸所產(chǎn)生的能耗小得多。
建筑墻體檢測——
根據(jù)《采暖居住建筑節(jié)能檢驗標準》和《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》，本研究采用熱流計法對武漢世紀家園11#樓三層樣板房外墻進行外墻傳熱系數(shù)檢測。
我們在2008年7月及2009年1月進行了夏、冬兩季工況下的外圍護結(jié)構(gòu)現(xiàn)場熱工性能測量。其中，2008年7月4日19時20分至7月5日12時30分，進行了連續(xù)24個小時十分鐘的連續(xù)測量，采集頻率為10分鐘。經(jīng)檢測，外墻主體傳熱系數(shù)為1.14W/m2·k,滿足《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》要求。2009年1月9日12：00至2009年1月11日12：00，進行了24小時連續(xù)測量采樣頻率為10分鐘。經(jīng)檢測，外墻主體傳熱系數(shù)為1.06W/m2·k,滿足《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》要求。
建筑運行節(jié)能分析——
建筑能耗計算采用中國建筑科學研究院PKPM節(jié)能計算軟件，根據(jù)《湖北省居住建筑節(jié)能設計標準》的設定進行建筑節(jié)能計算。鋼結(jié)構(gòu)住宅的節(jié)能率為56.06%，混凝土結(jié)構(gòu)住宅為53.52%，均滿足節(jié)能50%的國家標準，其中鋼結(jié)構(gòu)住宅比傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)住宅節(jié)能率高2.54%。
建筑全生命周期節(jié)能分析——
綜合計算建筑材料的生產(chǎn)、運輸，鋼結(jié)構(gòu)實際建設方案的建筑建造耗能略高于混凝土結(jié)構(gòu)。但是，從建筑的全生命周期角度分析，考慮到建筑材料的回收利用，則鋼結(jié)構(gòu)方案比混凝土方案能夠節(jié)約11.9%的建造耗能。綜合考慮建材生產(chǎn)和運輸能耗，則兩個方案極為接近。
在實際項目中因為大量建材(型鋼和CCA板)的遠距離運輸增大了運輸消耗，若能夠在本地獲得相應建材，則綜合考慮運輸能源消耗，則鋼結(jié)構(gòu)比混凝土少耗能12.05%，(建筑現(xiàn)場施工的能耗因為總量較少，且無法對比本研究沒有統(tǒng)計。鋼結(jié)構(gòu)方案的用材量較少且施工周期較短，相信施工能耗應該少于混凝土方案)
CCA板灌注聚苯顆�；炷羶�(yōu)異的熱工性能，使得在建筑節(jié)能性能計算中獲得較好的結(jié)果。整體節(jié)能效果略優(yōu)于常用的外墻外保溫方案。在現(xiàn)場測試中其熱工性能與實驗室測量數(shù)據(jù)的理論計算值極為接近，可以認為是一種施工影響不大的圍護結(jié)構(gòu)體系。
節(jié)水：建造過程的節(jié)水效益明顯
建設項目的節(jié)水研究分為建造節(jié)水與運營節(jié)水，其中運營節(jié)水效果依不同項目的具體情況而不同，所以在本研究中不考慮運營階段的節(jié)水情況。建造節(jié)水包括建筑材料生產(chǎn)的節(jié)水研究和建造過程中的節(jié)水研究。因為各種建筑材料的生產(chǎn)水耗情況復雜且尚沒有完善的統(tǒng)計口徑，故不在本研究的范圍內(nèi)。
建造過程中的水耗主要有直接施工水耗與建造期生活水耗組成。在本研究中假定建造期施工人員生活水耗占總建造過程水耗的5%。假定兩種結(jié)構(gòu)形式施工周期相同，故此部分水耗相同。因此在建筑節(jié)水研究中主要分析直接施工水耗的差異。根據(jù)杭蕭鋼構(gòu)武漢世紀家園項目部的二期工程(全部為鋼結(jié)構(gòu)體系)水電統(tǒng)計，從開工到2007年12月25日，總用水量為32631t，去除非直接施工用水(按5%計算)，實際直接施工用水量為31000t。5#及7#樓的總面積39444㎡在二期工程總面積中占的比例為：17.9%。按照比例換算，5#及7#樓總用水量為5549t。
在施工過程當中，與水泥相關(guān)的工程需要耗水。本研究根據(jù)施工過程中的水泥消耗量判斷施工過程中的耗水量。根據(jù)武漢世紀家園的混凝土用量換算，同樣的項目如用混凝土進行施工，則5#及7#樓總用水量應為6280t。
因此武漢世紀家園5#及7#樓，鋼結(jié)構(gòu)工程平均耗水量為0.14t/㎡，混凝土工程平均耗水量為0.16t/㎡，兩者相差12.5%，優(yōu)勢較為明顯。
室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)分析：墻體隔音性能良好
對于建筑室內(nèi)環(huán)境控制，主要通過現(xiàn)場檢測分戶墻體的實際隔聲性能，對比國家相關(guān)標準是否達到綠色建筑評價標準的要求。
采用CCA板灌漿體系的分戶墻體，實測計權(quán)隔聲量為40db，滿足《民用建筑隔聲設計規(guī)范》規(guī)定的住宅分戶墻隔聲量的 要求，尚不滿足《綠色建筑評價標準》所規(guī)定的住宅分戶墻體計權(quán)隔聲量45db的要求。由于檢測現(xiàn)場室內(nèi)沒有任何裝修，墻體沒有抹灰，考慮到相關(guān)因素的影響，最終使用狀態(tài)下實際墻體計權(quán)隔聲量可達到在42~44db。要滿足《綠色建筑評價標準》的要求，需要采取一定的措施。
鋼結(jié)構(gòu)住宅是實現(xiàn)“綠色住宅”的重要途徑
本研究中以武漢世紀家園鋼結(jié)構(gòu)住宅及安哥拉安居家園項目為實例，分析了杭蕭鋼構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的綠色建筑性能狀況，初步探討了新型鋼結(jié)構(gòu)體系在綠色環(huán)保方面的特點并在分析中部分引入了LCA分析法。對比不同結(jié)構(gòu)體系方案的資源、能源消耗量可以很直觀的判斷兩種結(jié)構(gòu)形式的住宅“四節(jié)一環(huán)保”性能的優(yōu)劣。以下的圖表綜合總結(jié)了相關(guān)分析和計算的結(jié)果，其中圖表中以獲得一定使用性能前提下的傳統(tǒng)混凝土住宅在資源(土地、物質(zhì)等資源)、能源消耗計為100，相關(guān)數(shù)值越低說明資源、能源消耗量越少，也越節(jié)約。圖表中的消耗量減少在1~5%之間可認為基本相同；減少值在5~15%之間可認為優(yōu)勢明顯；減少值大于15%可視為有顯著優(yōu)勢。
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