汪磊磊 沈常玉 陈丹

与发达国家相比，我国绿色建筑的研究与实践起步较晚，但发展迅速。截至2020年底，我国累计绿色建筑面积达66.45亿m，并陆续发布了《民用建筑绿色设计规范》（JGJ/T 229-2010）、《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2019）等工程建设标准，为建筑的绿色评价、绿色设计、绿色施工、绿色改造等工作提供了技术支撑，基本形成了目标清晰、政策配套、标准较为完善的推进体系。

但在绿色建筑发展过程中，仍存在一些亟待解决的问题。目前，我国大多数绿色建筑都是在设计方案基本完成后才考虑绿色性能，缺乏整体考虑。若能在方案初期融入绿色设计理念，根据项目特点明确设计目标，通过参数化工具快速优化方案，将明显提升后期建筑性能并节约成本。

本文以天津市某住宅小区为例，在设计初期引入绿色设计策略，应用参数化工具模拟典型气候特征及工况条件下的设计方案效果，通过调整建筑布局、优化建筑通风等方式提高绿色性能，并对建筑运营阶段的室内温湿度与能耗进行监测，开展满意度问卷调研，计算建筑全生命期碳排放，以验证实践效果。

1 绿色设计策略

1.1 建筑布局调整策略

该居住小区为天津市保障房项目，总建筑面积15.78万m（图1）。在初期阶段，为获得良好的室外风环境，对建筑布局进行了优化。依据天津地区夏季盛行偏南风、冬季盛行北风和西北风的气候特点，确定了如图2所示的建筑布局（方案一）。同时模拟场地风环境，在冬季典型风速和风向条件下，小区北侧人行区域1.5m高度处的局部风速超过5m/s，不利于室外行走，也不满足《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2019）的要求。

为解决人行区域风速超标的问题，对方案一进行了优化。将高度为75m的4#、5#楼与高度为54m的11#、12#楼对调，并将调整后的4#、12#楼向北平移30m（方案二）（图3）。优化后小区北高南低，主要活动场地位于地块南侧，日照时间充足。4#、5#、11#、12#楼周边人行区域风速由方案一中的2.95～4.91m/s降低为0.98～3.93m/s，改善了室外风环境，有利于布置较为集中的室外活动场地，但最北侧的主要人行道路仍存在风速超标现象。因此，方案三将北侧主要人行道路向东侧移动（图4），此处最大风速由7.5m/s以上降低至5m/s左右，满足标准要求。

项目最终按照方案三进行建筑布局，模拟结果显示室外风环境良好，夏季主导风能够深入小区组团，利于降温和增强户内自然通风；冬季北侧高层建筑能够阻挡北风、东北风，减少气流对区域微环境的不利影响。

1.2 室内自然通风效果优化

夏季和过渡季良好的室内自然通风能够减少空调的使用，对降低建筑能耗、提高室内舒适度起着非常重要的作用。因此除上述绿色设计优化策略外，项目还采用了优化室内采光效果及窗墙比等被动式措施。

在满足外窗通风开口面积与房间地板面积的比例达到5%的前提下，项目对外窗可开启扇进行了初步设计，并以户为单位模拟室内风环境（图5）。由风速云图可知西北侧卧室中部存在较大的静风区，通风不畅；北侧两个卧室与南侧起居室的空气龄较高，房间自然通风换气能力较弱（图6）。

为解决上述问题，对该户型外窗可开启扇的尺寸与位置进行了调整（图7）。将西北侧卧室的外窗开启扇向东移动；将南侧起居室阳台600mm×1 200mm的单一开启扇改为500mm×1 200mm的两扇对称开启扇。方案优化后，西北侧卧室中部的空气流速提高至0.3m/s左右，通风换气效果良好；起居室与卧室的空气龄明显降低，提高了房间的换气除污能力（图8）。

2 效果验证

为验证前期绿色设计达到的实际效果，研究对建筑运营阶段的室内温湿度与能耗进行检测，并开展居民满意度问卷调研，同时计算了建筑全生命周期碳排放。

2.1 能耗模拟分析

依据《民用建筑能耗标准》（GB/T 51161-2016），居住建筑能耗应划分为非供暖能耗与供暖能耗。居住建筑非供暖能耗指标以户年为计算单元，规定每户每年的能源消耗量，包括每户自身的能耗量和公摊部分能耗量（宜按每户套内建筑面积分摊）两部分，该指标包含综合电耗指标和燃气消耗指标。

项目组分别于2020年11月13日和2021年4月1日入户抄录了2#、13#、16#楼的电表、热表与燃气表。由于房屋的实际入住率仅在50%左右，根据热表数据暂时无法得到整栋建筑的耗热量，因此通过软件模拟得到了全楼全年冷热负荷，并核对抄表数据验证其准确性。由于部分住户在测试期间正在进行装修工作，无法反映正常生活耗电量，故将已入住住户的用电量平均值作为每户电耗指标。由于生活习惯与入住人数不同，每户的燃气用量相差较大，在分析燃气消耗指标时选择了调研时每栋楼的最大值。项目能耗指标（表1）均满足《民用建筑能耗标准》（GB/T 51161-2016）中的约束值，且各项指标均比约束值低25%以上，其中供暖能耗指标节能幅度最大，达到40%以上。

2.2 室内环境满意度调研

项目组于2021年2月开展了建筑室内环境（温湿度、采光、噪声、空气品质与整体环境）的满意度问卷调研，共回收72份问卷，有效问卷45份，调研结果见表2。

除了室内噪声和室内湿度两项指标的满意度（非常满意和比较满意的比例）为35.56%与48.89%外，其他指标的满意度均达到了80%以上。项目的室内环境整体满意度较高，说明前期通过绿色设计策略优化的室内自然通风与自然采光均效果良好。室内湿度满意度较低的原因在于冬季缺少主动加湿装置。室内噪声满意度较低的原因在于住户对邻户的噪声干扰容忍度较低，隔墙和楼板已经达到了隔声设计规范的基本要求。

表1 项目能耗指标统计表

1 天津市某住宅小区效果图

2 冬季1.5m 高度处风速（NNW）方案一模拟结果

3 冬季1.5m 高度处风速（NNW）方案二模拟结果

4 冬季1.5m 高度处风速（NNW）方案三模拟结果

5 室内自然通风（调整前）

表2 问卷调研结果统计

2.3 建筑全生命期碳排放计算

《建筑碳排放计算标准》（GB/T 51366-2019）将建筑全生命期划分为建筑材料生产及运输、建造及拆除、建筑物运行三个阶段。本文依据其划分与计算方法分别计算2#、13#、16#楼的全生命期碳排放，其中运行阶段碳排放依据能耗模拟分析的结果计算，建筑寿命按50年计算；建筑材料生产阶段碳排放C按式1计算（M为第i种主要建材的消耗量，F为第i种主要建材的碳排放因子）；建筑材料运输阶段碳排放C按式2计算（M为第i种主要建材的消耗量，D为第i种主要建材的平均运输距离，T为第i种建材运输方式下单位重量运输距离的碳排放因子）；建造阶段碳排放依据使用机械与对应台班数进行计算；拆除阶段依据《房屋建筑与装饰工程消耗量定额》（TY 01-31-2015）进行计算。碳排放计算结果如表3所示。

根据《2018中国建筑能耗研究报告》，2016年城镇居住建筑单位面积碳排放强度为29.04kgCO/m，该项目运行阶段单位面积碳排放仅为这一数据的75.76%。

表3 建筑各阶段碳排放及所占比例（50 年）

6 室内风环境模拟结果（调整前）

7 室内自然通风（调整后）

8 室内风环境模拟结果（调整后）

3 结语

绿色建筑技术措施是建筑节能减排的重要方法，在“双碳”目标的实现中发挥着重要的作用。该项目为保障房，受建造成本等因素限制，绿色建筑技术以被动式措施为主，但通过实际验证发现其同样获得了较好的节能减排效果。希望本文能为我国绿色建筑的发展提供帮助，推动绿色设计策略的普及。

＊ 本研究得到国家重点研发计划“目标和效果导向的绿色建筑设计新方法及工具”（2016YFC0700200）之课题“北方地区城镇居住建筑绿色设计新方法与技术协同优化”（2016YFC0700206）资助。

1-8作者自绘

表1-3作者自绘