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LEED的外墙保温技术的研究与探讨
第一章绪论
1.1本课题的研究目的
近年来,LEED发展极其迅速,其突出的实践性特征和较高的市场接受度,使其成为目前国际上最具影响的绿色建筑评估体系之一,为美国、加拿大、澳大利亚、印度等多个国家借鉴使用。
目前,“LEED-中国”绿色住区评估标准编制工作已在进行。
国际合作的内容包括:
新编LEED-ND住区评估体系中国本土化、LEED中国绿色住区示范建设试点、LEED评估员资质培训合作等。
这些工作必将推进我国绿色节能建筑的快速成长和发展。
本课题的研究目的就在于积极促进我国主流住宅建造业的改革,使住宅向下列标准发展:
a高效利用能源;
b高效利用水资源;
c通过改进设计、材料的选择和利用、建筑惯例等使得建筑资源的利用更高效;
d高效利用土地资源;
e利用经过设计的材料及实施方案保护住户及施工者的健康。
1.2本课题的研究背景
随着世界经济的发展,各国能源的消耗量越来越高,世界能源需求量以每年大约2%的比率增长;在亚洲,过去的17年中这一比率为3.5%,在中国、泰国、马来西亚和新加坡,这一增长比率更高,平均每年都超过了5%。
对世界能源消费的长期预测表明,2050年能源消费将达到1975年的4倍。
其中建筑物能耗占总能耗的11%~25%。
由此所带来的对环境、社会等的影响也日益引起人们的高度重视。
因此,建筑节能措施也成为当前国内外节能领域的一个热点研究课题。
据统计,在西方发达国家,建筑能耗占社会总能耗的30%~45%。
而我国的建筑能耗也已占社会总能耗的20%~25%,正逐步上升到30%,如何建立舒适健康、耐久长寿的城乡建筑,实现节能减排的目标既是中国面临的重大任务,也是世界关注的热点课题。
对比欧洲在建筑节能方面的成绩,中国的建筑节能虽然已经推进了十几个年头,但总体水平仍徘徊在起步阶段。
因此建筑节能成为当务之急,外墙保温也成为节能建筑的重要组成部分,推行可循环利用的外墙保温材料既符合建筑节能要求,也是建筑业可持续发展的必然趋势。
1.3本课题的研究内容
以美国的“能源及环境先导计划(LEED)”为出发点,简略介绍其认证流程,同时,以LEED为基础,详细介绍目前我国常用的五种外墙保温系统,最后结合工程实例,对凯丽豪景的外墙保温从“材料的可循环利用”上进行LEED的评价,得出外墙保温材料可循环利用的重要性。
1.4本课题的研究方法、研究手段
本课题的主要研究方法为文献索引法、定量与定性相结合的分析方法、分级打分法、案例研究法、导师指导等多种方法。
以网络技术、人工智能、多媒体技术为基础的信息技术作为研究手段,采用毕业实习、资料收集、经验总结、调查询问、对比分析,现场观察等方法和手段,进行多轮回、多方面的研究。
同时以美国LEED评估体系以及蓝光凯丽豪景项目为主,作为设计原始资料,编写开题报告,翻译外文资料等。
第二章国外绿色建筑评价体系略览
绿色建筑是当前全球化可持续发展战略在建筑领域的具体体现,其实践需要确立明确的评价及认证系统,以定量的方式检测建筑设计生态目标达到的效果,用量化指标来衡量其所达到的预期环境性能实现的程度。
评价系统不仅指导检验绿色建筑实践,同时也为建筑市场提供制约和规范.促使在设计,运行、管理和维护过程中更多考虑环境因素。
引导建筑向节能、环保、健康舒适,讲求效益的轨道发展。
围绕着绿色建筑的推广和发展要求,世界一些发达国家相继推出了各自不同的建筑环境评价方法、其中英、美、加等国所实施的比较成功的绿色建筑评价体系,值得借鉴。
2.1英国建筑研究组织环境评价法(BREEAM)
英国建筑研究组织环境评价法是由英国建筑研究组织(BRE)和一些私人部门的研究者于1990年共同制定的。
目的是为绿色建筑实践提供权威性的指导,以期减少建筑对全球和地区环境的负面影响。
其评价方法概括如下:
BREEAM认为评估的内容包括建筑性能、设计建造和运行管理。
评价条目包括9大方面:
管理—总体的政策和规程;健康和舒适—室内和室外环境;能源—能耗和CO2排放;运输—有关场地规划和运输时CO2的排放;水—消耗和渗漏问题;原材料—原料选择及对环境的作用;土地使用—绿地和褐地使用;地区生态—场地的生态价值;污染—(除CO2外的)空气和水污染。
每一条目下分若干子条目,并对应不同的得分点。
根据分值BRE规定了有关BREEAM评价结果的4个等级:
合格、良好、优良、优异。
自1990年首次实施以来,BREEAM系统得到不断的完善和扩展,可操作性大大提高。
基本适应了市场化的要求,至2000年已经评估了超过500个建筑项目。
受其影响启发,加拿大和澳大利亚出版了各自的BREEAM系统,香港特区政府也颁布了类似的HK-BEAM评价系统。
2.2绿色建筑桃战2000(GBC2000)
绿色建筑挑战(GreenBuildingChallenge)是由加拿大自然资源部(NaturalResourcesCanada)发起并领导,2000年10月,由19个国家参与制定,用以评价建筑的环境性能的一种评价方法。
绿色建筑挑战目的是发展一套统一的性能参数指标,建立全球化的绿色建筑性能评价标准和认证系统,使有用的建筑性能信息可以在国家之间交换,最终使不同地区和国家之间的绿色建筑实例具有可比性。
在经济全球化趋势日益显著的今天,这项工作具有深远的意义。
GBC2000评估范围包括新建和改建翻新建筑,评估手册共有4卷,包括总论,办公建筑,学校建筑,集合住宅。
评估目的是对建筑在设计及完工后的环境性能予以评价,评价的标准共分8个部分:
第一部分,环境的可持续发展指标,这是基准的性能量度标准,用于GBC2000不同国家的被研究建筑间的比较;第二部分,资源消耗,建筑的自然资源消耗问题;第三部分,环境负荷,建筑在建造、运行和拆除时的排放物,对自然环境造成的压力,以及对周国环境的潜在影响;第四部分,室内空气质量,影响建筑使用者健康和舒适度的问题;第五部分,可维护性,研究提高建筑的适应性、机动性、可操作性和可维护性能;第六部分,经济性,研究建筑在全寿命期的成本额;第七部分,运行管理,建筑项目管理与运行的实践,以期确保建筑运行时可以发挥其最大性能;第八部分,术语表,各部分下都有自己的分项和更为具体的标准。
GBC2000采用定性和定量结合的方法,其评价操作系统称为GBTool,这是一套可以被调整适合不同国家、地区和建筑类型特征的软件系统。
2.3美国能源及环境设计先导计划(LEED)
美国绿色建筑委员会(USGBC)在1995年提出了一套能源及环境设计先导计划(LEED,LeadershipInEnergy&EnvironmentDesign)在2000年3月更新发布了它的2.0版本。
LEED2.0通过6方面对建筑项目进行绿色评估。
包括可持续的场地设计、有效利用水资源、能源与环境、材料与资源、室内环境质量和革新设计。
在每一方面,都具体包含了若干个得分点,项目按各具体方面达到的要求,评出相应的积分,积分累加得出总评分。
由此,建筑的绿色特性便可用量化的方式表达出来。
LEED2.0评定系统是一套比较完善的评价体系,与前两个评价体系相比结构简单,考虑的问题也少些,操作程序也较为简易。
我国的绿色建筑设计开发尚处于初期阶段,缺乏实践经验,许多相关的技术研究领域还是空白,几年前,我国制定出版了一套比较客观科学的绿色生态住宅评价体系——《中国生态住宅技术评估手册》,其指标体系主要参考了美国能源及环境设计先导计划(LEED2.0)。
这是我国第一部生态住宅评估标准,是我国在此方面研究上正式走出的第一步,当然,绿色建筑评估是一个跨学科的、综合性的研究课题,为进一步建立我国完整的绿色建筑评价体系及评估方法,我们还需要借鉴国外的先进经验,进行更加深入有效的探索。
第三章美国能源及环境先导计划(LEED)简介
3.1背景
绿色建筑的概念是在当今人类社会争取全面实现“可持续发展”这一背景下提出的。
就技术层面而言,绿色建筑考虑以下关键问题:
能源、排放物、水资源利用、土地使用、对地区生态的影响和室内空气质量等,同时还考虑与之相应的建筑功能以及建筑美学意义。
绿色建筑的实践毫无疑问是一项高度复杂的系统工程,不仅需要建筑师具有生态环保的理念,并采取相应的设计方法,还需要管理层、业主具有较强的环保意识。
这种多层次合作关系的介入,需要在整个过程中确立明确的评定及认证体系,以定量的方式检测建筑设计生态目标达到的效果,用一定的指标来衡量其所达到的预期环境性能实现的程度。
评定体系也为建筑市场提供制约和规范,促使在设计、运营、管理和维护过程中更多考虑环境因素,引导建筑向节能、环保、健康、舒适,讲究效率的轨道发展。
近10年来,世界一些发达国家相继推出了各自不同的建筑环境评定方法。
主要有英国的建筑科研组织环境评价法(BREEAM,BuildingResearchEstablishmentEnvironmentalAssessmentMethod),加拿大的绿色建筑挑战2000(GreenBuildingChallenge’2000,GBC2000)评价体系,美国能源及环境设计先导计划(LEED,LeadshipinEnergy&EnvironmentDesign)评定标准。
LEED评定标准总体而言是一套比较完善的评价体系,其结构相对比较简单。
在此主要介绍的LEED发展过程,评定体系及评定方法。
3.2 LEED发展
LEED是1995年美国绿色建筑委员会(USGBC)为满足美国建筑市场对绿色建筑评定的要求,提高建筑环境和经济特性而制定的一套评定标准。
LEED评定认证具有三个特点:
(1)一种商业行为,收取一定的佣金;
(2)第三方认证,既不属于设计方又不属于使用方,在技术和管理上保持高度的权威性;(3)企业采取自愿认证的方式。
正是这种保持高度权威性和自愿认证的商业行为,LEED在美国取得了很大成功,并不断得到发展和更新(见表3.1)。
2000年6月USGBC发布了LEED2.0“新建商业建筑”(Newcommercialconstruction)分册版本,2002年7月更新发布它的2.1版本草本,同时发布了LEEDCI“商业建筑室内”分册(CommercialInteriorsprojects)和LEEDEB“现有建筑”分册(ExistingBuildingOperations)草本,并开始进行评价试点,2003年USGBC通过投票表决,正式发布了LEEDCI和LEEDEB。
近两年,LEED“住宅建筑”(LEEDforHome)分册,LEED“社区发展”(LEEDforNeighborhoodDevelopments)分册也相继推出,另外,USGBC还成立了新的委员会,着手制定现存建筑物“运行和维护”的绿色评定标准(LEED-OpsLEEDoperationsandmaintenance)。
表3.1LEED评定评级产品
LEE评
级产品
当前版本
评定
对象
适用性
目标
用户
认证形式
LEED-NC
2.1版(2.2版处于公开咨询阶段;3.0版尚在开发中)
新建建筑和大型改造项目
建筑会对>50%的入住者带来影响
业主
一次性认证,可选择依LEED-EB对日后的建筑性能进行重新认证
LEED-EB
2.0版(2004年10月公布)
现有建筑
建筑会对<50%的入住者带来影响
业主
现有建筑物首次认证(有效期5年);已经通过LEED-NC或LEED-EB认证的建筑的重新认证
LEEDCI
2.0版(2004年10月公布)
商业建筑室内装修
办公楼、商业建筑和公共建筑内的出租空间
承租人
一次性认证
LEED-CS
2003.9
建筑主体和围护结构
建筑主体、围护结构选择;不包括承租人配备
开发商
--
LEED-H
2004年初定稿,2005年正式发布
住宅建筑
居民住宅
业主、开发商
--
LEED-ND
开发完善中
社区发展
城市改造、周边环境、社区规划
开发商、消费者、决策者
--
3.2.1LEEDNC2.1“新建商业建筑”分册
LEED-NC2.1版本,保留了2.0版本中的精髓,在评定体系结构、评定条款、条款的权重及要求上并没有实质性的变动,保持了相同的评定体系、目的和要求。
2.1版本是对2.0版本评定程序在评定管理上的革新:
简化程序、精简条款,降低大约一半的评定费用。
2.1版本引进了“申请评定模板(LETTERTEMPLATE)”,删除了2.0版本中一些不必要的条款,用词上也更加精确。
3.2.2LEEDEB“现存建筑”分册
LEED-EB评定对象现存建筑物可持续性运作性能评定,包括对正在运营的建筑和没有实质性改变建筑物结构,仅改建原有运营系统的建筑物的评定。
其目的是为建筑所有者通过长时间逐渐改造,实现建筑可持续发展提供指导。
LEED-EB可以提供再次认证服务,其中包括对经过LEED认证的新建商业建筑。
3.2.3LEEDCI“商业建筑室内”分册
LEED-CI是指导室内设计和评价室内空间健康性、耐用性、经济性和能源消耗的评定标准。
评定内容包括:
在现存市政设施和区位条件下地点的选择,租赁面积内水资源的有效利用,能源利用率及照明控制水平,材料和资源的供应是否达到出租空间的要求,室内装饰材料是否达到室内环境质量等级。
3.2.4LEEDCS“建筑主体和围护结构”分册
LEED-CS是USGBR2003年推出的针对商业建筑主体和围护结构(CoreandShell)的评定体系,LEED-CI和LEED-CS共同作为从事商业办公建筑的房地产开发商和出租用户评定建筑物的标准。
3.2.5LEEDH“住宅建筑”分册
2001年USGBC组织开始起草LEED-H的标准编制,2004年初经过试点评价后,于2005年正式发布。
住宅建筑与商业建筑的评定标准仍存在一定的差别,他的评定内容包含交通可达性、服务便利性、室外活动空间等一些商业建筑评定中所不包括的内容。
3.3LEED评定体系
环保性建材和永续性住宅建筑是全球住宅建筑的重要趋势。
目前,消费者、房屋拥有者以及公共机构,对建筑可持续性发展的需求日益突出,其原因正是因为友善的环境设计与建筑所带来的益处变得越来越广为人知。
这些利益包括:
受雇者的健康得到改善与生产力的提升、能源消耗与成本方面的降低、对于环境的冲击力变小以及因为“做对的事”而带来的良好感觉。
同时在建筑业中能源成本增加、不可再生材料和能源日趋减少,以及对于修复“生病”建筑物所带来的高额成本,也促使人们在当前成本和长期利益之间找到一个平衡点,通过合理的生命周期成本实现可持续性建筑的利益。
LEED正是根据上述理念从6个方面对建筑项目进行绿色评定,包括:
可持续场址、有效利用水资源、能源与环境、材料和资源、室内环境质量和创新设计,在每一个方面,LEED提出评定的目的(Intent)、要求(Requirement)、相应的技术及策略(Technologies/Strategies)和提交评定文档的要求(Submittals)。
其评定条款数目所占分值和权重见表3.2。
表3.2 LEED评定分类评分及权重
LEED-NC2.1
LEEDEB
LEEDCI
LEEDCS
条款数
分值
权重
条款数
分值
权重
条款数
分值
权重
条款数
分值
权重
可持续场址
8
14
20%
9
14
16%
3
7
12%
10
15
23%
有效利用水资源
3
5
7%
5
5
6%
1
2
4%
3
5
8%
能源与环境
9
17
25%
9
23
27%
7
12
23%
9
16
25%
材料和资源
8
13
19%
8
16
19%
8
14
27%
8
11
17%
室内环境质量
10
15
22%
14
22
26%
10
17
33%
10
13
20%
创新设计(维护)
2
5
7%
2
5
6%
2
5
9%
2
5
8%
总计
40
69
100%
47
85
100%
31
57
100%
42
65
100%
总得分
通过
26-32
32-39
21-26
24-29
银奖
33-38
40-47
27-31
30-35
金奖
39-51
48-63
31-41
36-47
白金奖
52-69
64-85
42-57
48-64
可持续场址:
在建筑活动中通过控制水土流失,航道淤积和粉尘生成来减少污染。
水资源利用:
主要考察维护和恢复径流水的情况。
此方面一些简单、高效率的方案包括:
高效能的洒水系统和无水小便池等。
能源与环境:
这一项目主要通过对通风、冷暖气装置选择的全寿命周期分析,评估当前成本与长期利益之间的平衡情况。
材料与资源:
在美国,由于本身积极进取的态度,提倡使用再生资源的方案已建立,因此,只要屋主花费成本相对较低,就能获得相关的点数。
例如:
使用沥青、吸音天花板瓦片、硬纸板、混凝土砌块、石膏块、木材、金属、塑料膜及工地废弃物的再生资源,不仅能满足LEED评估标准的要求,而且能降低供给成本和垃圾处理费用。
室内环境质量:
相关证据显示,每年由于低劣的室内空气质量,在美国造成超过1亿5千万个工作时数的浪费以及价值130亿美元以上的生产力损失。
随着对改善建筑物的室内空气质量方面日益重视,对于那些使用LEED标准来评估系统的建筑商来说,在这项环境认证上获取进展已经成为首要的目标。
这方面可以提高的部分包括提升通风效率与适度供应新鲜空气、建立一个阶段性室内空气品质(IAQ)评估计划、具体说明并正确安装低辐射的设备材料、以及使屋主能够享受充足的日照和宜人的景色等。
创新设计(维护):
鼓励将远超过建筑标准最低要求的具体新方案及创新的提议融合到住宅设计与建造中,从而实现绿色建筑的理念。
在具体评定过程中,根据评定建筑物类型的不同,评定标准中条款要求和所占比重不同,分为必备条款和分值条款,必备条款不占分值,评定得分为全部分值条款评定得分的总和。
从所有颁布的评定标准可以看出,能源与环境所占比重都是最高,这也体现绿色建筑的特点。
很多情况下,评定一个条款是否满足标准规定,可以通过审核建筑内是否安装针对该项的设备来确定。
还有一些条款评定就相当复杂,比如在“能源与环境”评定中需要分析建筑能量消耗与ASHRAE90.1-1999标准进行比较,如果满足该标准,要进一步确定满足程度及与之相对的得分。
表3.3 LEED-NC2.1评定细分标准
项目、指标
得分
项目、指标
得分
一、可持续场址
14分
四、材料与资源
13分
必要项
环境破坏与侵蚀控制
必要
必要项
再生资源收集
必要
1
场址选择
1
1
建筑再利用
3
2
城市开发
1
2
施工废物管理
2
3
污染地再开发
1
3
资源再利用
2
4
利用公共交通的替代交通
4
4
使用再生材料
2
5
减少场地对环境影响
2
5
地方/区域性材料
2
6
雨水管理和综合利用
2
6
快速再生材料利用
1
7
景观设计和降低热岛效应
2
7
使用可持续认证材料
1
8
降低光污染
1
五、室内环境质量
15分
二、水资源利用
5分
必要项
室内空气质量要求
必要
1
节约景观用水
2
必要项
控制吸烟
必要
2
采用创新性废水技术
1
1
二氧化碳监控
1
3
降低用水量与节水
2
2
提高通风效率
1
三、能源与环境
17分
3
建设中室内空气质量管理措施
2
必要项
基本建筑系统试运行
必要
4
低排放材料利用
4
必要项
能源最低特性
必要
5
室内化学物和污染物源控制
1
必要项
消除暖通空调设备使用氟里昂
必要
6
系统可控制性
2
1
优化能源特性
10
7
热舒适性
2
2
再生能源利用
3
8
自然光和视觉环境
2
3
调试与试运行
1
六、设计创新计划
5分
4
臭氧耗损
1
1
设计的创新性
4
5
监测和控制
1
2
LEED认定的专业创新
1
6
绿色能源利用
1
工程总得分
69分
认证级26-32分、银牌级33-38分、金牌级39-51分、白金级52-69分
3. 4LEED评定程序
USGBC在总结LEED2.0版本在实际操作中存在的弊端后,对评定程序进行了革新,最新评定程序如表3.3所示。
首先要求评定的建筑物进行注册,USGBC提供在线注册服务,注册内容包括项目基本情况,业主、设计、工程师单位名称及负责人姓名,需要评定的内容等。
以及所选择的具有评定资格的评定单位名称及负责人姓名。
引进“评定申请模板信”。
相应负责人员,包括业主、设计师、工程师等填写模板并署名声明申请评定建筑已经达到了相应条款中的规定要求,承诺所填写内容属实。
新版本评定标准还简化了LEED2.0版本评定中需要提交的文档资料的数量,比如2.0版本中涉及到“腐蚀控制标准”条款的很多材料评分,要求其造价资料,而其造价分解为不同的人工和设备费用,难以取得相应信息;现在此类条款只要求工程师或者负责人员承诺已经达标,除非评审人员认为有必要提供时才提交。
同时,这个模板可以根据所填写信息自动计算拟评定建筑的预期等级,对难以确定分值的项目,系统根据所填信自动进行估算设为默认值。
同时还要提交评定标准中规定的文档资料。
在项目准备进行评定后,评定单位要审核确认项目具备评定基本要求,派驻有资质的评审人员进行评定。
评定过程中会进一步要求提供必要的补充信息,随机抽取限量评定指标详细审定,如果与申请评定时提交资料不相符合,将抽取更多的指标进行详细审定,直到USGBC评定人员确信所提交资料属实才最终认定评定结果。
对于大多数项目,这种方式可以大量降低评定的工作量和费用。
很显然,试图作弊的单位将面临增加详细评定指标的风险,评定费用也将会增大。
对于要求认证的建筑,经过一年的跟踪和检测,满足所体系要求的首备条件,并达到所评分值,才能给予相应证书。
一般建筑物都必须达到一年的跟踪期。
LEEDNC2.1为一次性认证,可选择按照LEED-EB对日后的建筑性能进行重新认证。
LEEDEB证书的有效期为5年。
重新认证以年度为基础,在第一年,提交所有的管理方针、评定文档、性能数据等,在随后的年份内只要提交管理方针和性能数据变化的电子文档进行评定。
第四章LEED及其对绿色材料的要求
4.1美国绿色建筑评价体系与绿色材料
美国的《能源与环境设计先导》(LEEDTM)是1995年美国绿色建筑委员会(USGBC)为满足美国建筑市场对绿色建筑评定的要求,提高建筑环境和经济特性而制定的一套评定标准(LEED)。
它利用各种评价模型和评价方法,结合各个学科专业知识,使评价过程科学化、系统化、模型化。
LEED从场地选址与规划、材料及资源利用与回收、能源优化和节约、室内外环境质量控制等诸方面,制定标准和相应的评分体系来对建筑的绿色性进行评价。
其中绿色材料在评分体系中占有很大比重,可以说绿色材料是绿色建筑的基础,直接关系到建筑绿色性评价。
本文以LEED2.0为例,简要介绍该标准考虑的主要评分因子及其绿色材料在评价体系中的分值。
LE
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