住宅體形系數碳敏感性研究

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摘要:介紹了建筑體形系數與敏感性分析的定義，結合國內外住宅體形系數碳敏感性研究的現狀，探討了碳排放視野下的體形系數與建筑設計之間的規律，提出了體形系數碳敏感性的研究構想，為同類問題的研究提供參考。

關鍵詞:建筑體形系數，碳敏感性，節能減排，住宅

1概述

隨著國際碳交易進入后京都時代以及國內碳交易試點的推進，建筑節能的內涵和外延都需要得到進一步的拓展，同樣，住宅規劃、設計理論及方法也將面臨語境轉換的時代要求。由于我國住宅建設量巨大，為配合國家減少碳排放的各階段目標，有必要重新審視現有的專注于使用階段節能的設計標準及理念，并結合住宅全生命周期碳排放概念進行扎實的研究，揭示住宅建筑規劃、設計與建筑碳排放之間的關系，實現節能與減排的實質對應，探尋以規劃和設計為先導的低碳之道。在住宅設計領域，從1986年頒布的第一部節能設計標準到最新的標準，均將體形系數作為重要的規定性指標之一。在國標JGJ26—2010嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準中，建筑體形系數的定義為:“建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。外表面積中，不包括地面和不采暖樓梯間隔墻和戶門的面積”。JGJ134—2010夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準中，對夏熱冬冷地區居住建筑的體形系數按住宅層數的不同分別加以限定，當體形系數大于規定限值時，必須按要求進行建筑圍護結構熱工性能的綜合判斷。建筑體形系數與住宅的體量處理、平立面設計均密切相關，是住宅建筑設計過程中的重要關注點之一。因此，以體形系數的碳敏感性為切入點進行研究，可以在住宅建筑設計方法與建筑碳排放之間建立起清晰而直觀的聯系，并為建筑師提供思路上的拓展與啟發。同時，此研究對于增強減排意識，變被動減排為主動減排具有積極的推動作用;對于我國住宅領域碳排放計算與國際通用計算平臺的接軌以及相應標準的制定，也具有前瞻性意義。敏感性分析(sensitivityanalysis)是指通過定量分析來研究有關因素發生某種變化時，對某一個或一組關鍵指標影響程度的一種不確定分析方法，其主要研究方法是通過逐一改變相關變量數值的方式來揭示關鍵指標受這些因素變動影響大小的規律。在本研究中，體形系數碳敏感性這一概念被用以表征體形系數發生變化時，對于建筑碳足跡指標所產生影響的程度。這一研究將突破以往針對使用階段進行研究的局限性，量化分析住宅體形系數在全生命周期向度上的碳敏感性，并將最新的國際碳足跡計算標準與中國節能減排的實際國情相結合，以期為設計實踐提供客觀準確的考量依據，也為將來基于碳足跡合理設定住宅體形系數取值范圍打下扎實的理論研究基礎。

2既有研究

當前，國內外一些學者已經基于計算機軟件虛擬平臺和模型分析，對住宅體形系數與節能的關系進行了研究，并總結了一些計算方法和基本規律。本研究擬在前人的研究成果基礎之上，通過大量分析和整理近些年已建成的住宅，采用模擬實驗、類型化提煉和現場實測等方法，對住宅體形系數的碳敏感性進行詳實而科學的實證研究。國內對于體形系數與節能減排關聯性的學術研究始于20世紀80年代，近些年得到了越來越多學者的關注。雖然大部分研究者都認為，體形系數與住宅能耗有密切關系，但是，由于多數研究都以抽象數學模型為基礎，并運用各種動態能耗模擬軟件進行分析，研究結論表現出很大的差異性。目前，我國在居住建筑節能減排設計研究方面，已取得了相當進展。但總的來說，目前尚缺乏權威統一的標準依據，而且與國際計算標準間的銜接與聯系有待進一步加強。國外對建筑節能問題的研究始自20世紀60年代，在建筑設計與能耗以及碳排放的關系研究上取得了大量的研究成果，并建立了一系列評估標準、計算方法。國外學者也對住宅體形系數與碳排放的關系有所研究。但是，由于住宅類型、建造方法和技術思路的差異，歐美國家的研究多側重于表面積系數與建筑碳排放關系的研究。

3研究目標

1)通過體形系數碳敏感性分析，揭示體形系數與住宅碳排放之間的數理關系。由傳統上專注使用階段能源消耗轉向對于全生命周期碳排放的量化考察，是低碳視野下住宅可持續設計的必然趨勢。本研究將通過充分翔實的數學定量分析，基于對建成住宅的實證研究，揭示體形系數與碳排放之間的科學規律，將傳統上對于體形系數與建筑能耗之間關系的研究，延伸到碳排放領域中，為在住宅全生命周期碳排放視野下的體形系數控制及其指標設定提供比較扎實的研究基礎。2)面向設計實踐，揭示與體形系數相關的住宅建筑設計方法的碳敏感性。低碳設計是技術更是意識。由于體形系數是設計實踐中的重要控制指標，對住宅設計思路的影響普遍且深入。本研究將通過嚴謹的數理研究，揭示與體形系數相關設計方法對于住宅碳排放的不同影響程度，并且通過量化的、明確的研究結果呈現，使建筑師對于設計手段與碳排放之間關系有較為直觀的理解，有助于增強建筑師在住宅設計中的減排意識。3)以體形系數為突破口，將住宅研究在碳排放向度上延伸至國際標準平臺。由于碳排放國際標準的長期缺位，國內外有關建筑碳排放的相關研究一直處于百花齊放的狀態，尚無正式的統一標準。2013年，國際標準化組織出臺了第一部碳排放國際標準ISO/TS14067:2013Greenhousegases—Carbonfootprintofproducts—Requirementsandguidelinesforquantificationandcommunication，確定了產品和服務向度上碳排放的計算方法準則。這一準則將為今后包括建筑碳排放在內的各類相關碳排放計算起到指導作用。本課題把ISO14067的相關計算規則與中國實踐相結合，將其引入至住宅生命周期碳排放的核算中，以體形系數為突破口，在國際碳足跡標準平臺之上進行住宅研究，為未來融入國際碳交易平臺打下研究基礎。

4結語

目前量化碳足跡正逐步成為國際上各行業通用的可持續評價標準。建立科學的碳交易平臺，將傳統基于能耗的節能理論向碳排放進行拓展和語境轉換已經成為國際共識。體形系數碳敏感性研究將通過多方面的創新，來進行這一轉換的探索。一方面，以通過節能模擬驗算并已經建成的住宅為研究樣本進行實證研究。將以往研究中主要采用的抽象模擬方法與現場實測驗證的方法相結合，更加客觀準確地揭示研究對象的真實規律。另一方面，在碳排放視野下，在研究中引入最新國際碳排放標準，結合國際最新碳排放標準的計算規則，對體形系數與住宅碳排放之間的關系進行系統的驗證，從而獲得準確的數理規律，為建筑碳排放的研究尋求國際化支撐。

作者:張磊 黃欣 單位:同濟大學建筑與城市規劃學院

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