LEED-ND对夏热冬冷地区住区的碳减排潜力分析

■ 陈蔚镇 Chen Weizhen 刘 超 Liu Chao许 鹏 Xu Peng

0 概述

建筑节能是当今全球关注的焦点，各国从强制性法规、奖励性认证、引导性技术创新等方面层层推进，并逐渐从单体建筑尺度的建筑节能扩展到承载综合建筑节能内涵的绿色住区尺度。目前，国际上虽没有专门评估和认证绿色住区的通行标准，但已出现比较权威、接受度较广的绿色住区、可持续住区的评价和认证标准，它们多源自单体绿色建筑评价体系，评价宗旨高度一致，评价条款部分重合。例如，制定世界上第一个绿色建筑评估体系BREEAM(Building Research Establishment Environmental Assessment Method，1990)的英国，于2009年6月推出了社区认证标准(BREEAM Communities)[1]。日本的建筑物综合环境性能评价系统(CASBEE)于2006年7月发布了CASBEE for Urban Development，即针对建筑社区的环境性能评价分册[2]。2009年，美国绿色建筑委员会(USGBC)、美国新城市主义协会(Congress for the New Urbanism)以及保护自然资源委员会(Natural Resources Defense Council)也发表了绿色社区设计认证标准LEED-ND(Leadership in Energy and Environmental Design for Neighborhood Development)的正式版本[3]。这些特征各异的认证标准成为当今区域开发和绿色建筑市场的重要技术支撑，且相辅相成开拓着各自的市场。

目前，美国LEED及其LEED-ND评估体系被认为是世界上较具影响力的评价标准，它们在中国也取得了巨大的商业成功，经其认证的建筑、住区数量增长迅速。截至2012年10月，中国共有8个区域项目通过了LEED-ND试用版第二阶段的认证，其中北京奥运村、重庆天地新城、佛山岭南天地、武汉天地四个项目获得了金奖认证。

LEED-ND中的条款约束将对住区CO2的减排产生直接或间接的促进作用，但目前LEED-ND对住区的减排贡献度还未见有定量的分析，本文将针对夏热冬冷地区的住区展开CO2减排潜力的评估研究。

表1 LEED-ND的12条前提条件

1 LEED-ND认证的住区CO2减排评估

住区的CO2排放主要来源于建筑与交通的能源消耗，与地域、气候以及所处城市区位有着直接关联，因此评估过程将首先筛选其前提条件中对碳减排有显著效应、可量化的条款，建立一个典型的位于夏热冬冷地区城市的住区基准模型；然后评估典型住区的CO2基准情景和满足LEED-ND条件下的CO2排放情景(以下简称LEED-ND情景)；最后将两种情景进行比较，评价其减排的实效意义。

1.1 LEED- ND认证概述

LEED-ND区域评估体系类似于LEED其他分册，采用分级打分的方法强化重要指标的作用。其条款由“前提条件”和“得分条件”构成，社区项目只有全部满足“前提条件”，才有可能获得认证，而各“得分条件”并非强制标准，每项得分仅有助于增加总分累积，总分达到一定分值方可通过认证。

LEED-ND包含5个评价类别：精明选址与联系、邻里模式和设计、绿色基础设施和建筑、创新和设计过程、地区优先性，共56条评价条款。其中12条是前提条件(如表1所示)，它们对于绿色住区评估是最重要的，是必须满足的强制标准。在此基础上，住区可以通过满足更多的条款来得分，申请认证级、银级、金级和铂金级认证。本文为了获得普适性，在现阶段只针对12条前提条款对住区的碳减排潜力进行分析，力求达到最具代表性和广泛使用度的结果。

1.2 典型住区模型建立

建立典型住区模型的目的是为了可以使用住区空间构成的基本参数，如人口、建筑面积等来评估其CO2排放量，这些参数在基准情景和LEED-ND条件下的情景都相对恒定。考虑当下城市发展中精明增长、鼓励用地功能混合等理念趋向，按照《城市居住区规划设计规范》2002年版本的要求，结合长三角地区住区空间的一般特征，假设住区为居住区小区级别并具有以下特征[4-6]：

⑴位于夏热冬冷地区大城市(上海)的中心城区。

⑵住区建筑总面积为62.5万m2，平均容积率为2.5。

⑶人均住宅面积为40m2，住宅总面积为40万m2。

⑷公共建筑面积为12.5万m2。

⑸住区有10 000名居民；人口结构比例参考上海市第六次全国人口普查得到60岁以上居民15.07%，15~59岁居民76.30%；15岁以下居民8.63%。短距出行(上学、购物、文体活动等)的单程距离假设为1km。通勤距离根据上海市第五次居民出行调查与交通特征研究结果为12km/次，出行特征如表2所示。

2 典型住区的基准情景与LEED-ND情景碳排放分析

分析表1中LEED-ND的12条前提条件，可以将其划分为与建筑相关、与交通出行相关、与水相关、与自然环境相关的四类条款，考虑到量化评估的可行性，2条涉及水资源综合利用、4条涉及自然生态环境的条款由于描述的不确定性、量化难度以及对住区CO2排放的微小影响，本文对此暂不做讨论。因此在12条前提条件上筛选最主要，且符合我国夏热冬冷地区住区的条款，即与建筑相关和与出行相关的条款，分析其对典型住区的影响，进而计算减排量。

表2 住区出行距离、强度和人数

表3 90.1及JGJ134对于建筑围护结构及分体式空调系统效率的规定

2.1 住区建筑相关能耗

LEED-ND要求公共建筑及多层住宅建筑能源耗费低于美国建筑节能规范90.1-2007规定的基准建筑的90%，由于这里仅仅讨论CO2排放，为方便分析忽略能源政策的影响，将能源耗费简单等同于一次能源消耗量。

首先对于住宅建筑，由于住宅建筑能耗影响因素主要为围护结构的热工性能及空调系统的效率，从简单分析的角度可做如下假设：以满足《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ 134-2010)(以下简称“JGJ134”)规定的建筑围护结构热工性能及分体式空调系统效率的住宅建筑运行能耗作为该小区住宅建筑基准能耗。

考虑到建筑目前节能规范主要是针对建筑运行能耗的最大项—建筑空调和供暖系统进行规定，本文也主要针对这两部分进行讨论。考虑到夏热冬冷地区住宅建筑原则上不考虑冬季供暖，因此这里仅仅考虑空调能耗。假定住区为框架结构的住宅建筑；住宅建筑的体型系数考虑选用“JGJ134”中规定的高层(4~11层)住宅建筑的体系系数0.4，由此获得相应的外墙传热系数下限值；夏热冬冷地区仅仅考虑制冷工况；考虑住宅用分体机容量一般不大于考虑住宅用分体机容量一般≤3匹，因此按容量＜16kW的机组效率选取。

如表3所示，90.1相对于“JGJ134”的综合优化率为1-(1-54%)/(1+67%)=72.4%，这里考虑将其作为LEED-ND要求下的住宅建筑空调能耗的优化率。而根据文献调研结果，上海地区住宅空调能耗占总能耗的比重为25%，则总的建筑能耗优化率为18%。

其次对于公共建筑，由于公共建筑的空调系统相对复杂，影响其能耗因素众多，上述住宅建筑的估算方法并不适用。陈晨等人的研究表明，相对于《上海市公共建筑节能设计标准》而言，应用90.1-2001版本的公共建筑总节能率在7.4%；而根据K· Gowri 等人研究可知：90.1-2004相对于90.1-2001的节能率为9%~11.2%(取10%)；而M· Halverson等人研究指出 90.1- 2007比90.1- 2004 的节能率再提升3.7%。综合上述观点，考虑相对于《上海市公共建筑节能设计标准》而言，应用90.1-2007的公共建筑总节能率在19.7%[7-9]。

建筑能耗CO2排放量的基本原理如下列公式为：

式中，i—建筑类型；

Ei—建筑单位面积年能耗量；

Si是—建筑面积；

In—能耗排放系数。

2.2 居民交通出行相关能耗

根据上海市第五次居民出行调查与交通特征研究，上海市中心城区的居民在短距和通勤出行方式的分担率有所差别(表4)，短距出行以步行为主，因为以上学、购物、文体活动为主的出行距离一般不会超过2km；而通勤出行以公共交通(公交车、地铁)最多，这是因为通勤距离平均超过10km，公共交通设施可达的情况下，居民会首选公共交通。但无论是短距出行还是通勤出行，小汽车的使用率均排上海市中心城区的居民短距和通勤出行方式的第2位。由于小汽车的CO2排放强度远超其他交通方式，如果住区满足LEED-ND中关于公共交通的条款内容，则可以将12%的小汽车使用人群转移为公共交通使用人群，这种情景下可以达到明显的减排目的。

交通部门的CO2排放是由交通能耗数据转换而成，交通能耗的计算包括宏观算法和微观算法两种，宏观算法以地区统计数据，包括汽油消耗总量，总里程数等内容的推算；微观算法由个人交通能耗调查计算而得。鉴于城市统计年鉴的精确度和覆盖度，本文选择微观算法。城市空间形态影响下交通CO2排放量的基本原理如下列公式：

式中，TCE—居民出行的交通CO2排放量；

P—评价区域总人数；

i—按出行目的分类的居民百分比；

Rj—选择私家车、公交车、地铁、骑车和步行的出行方式的百分比；

Lj—每种出行方式的年出行距离；

Ej—第j种交通工具的单位距离能耗；

表4 2009年上海市居民出行方式分担率

In—能耗排放系数。

2.3 LEED-ND情景CO2减排潜力分析结果

应用前述的计算方法和数据，得到上海典型住区全年CO2基准情景排放量和LEED -ND情景排放量分别为1.99万t和1.58万t。在满足LEED-ND前提条件下，CO2每年可以减排4 057t，约为基准量的20%(图1)。

建筑能耗的基准排放量中，公共建筑面积小但排放强度相对较大，住宅建筑面积大但排放强度相对较小，CO2排放量分别为6 930t和9 934t，总量差别不大。LEED-ND要求其能耗比90.1-2007的节约10%，在能耗CO2转换系数不变的情况下，公共建筑和住宅建筑的CO2排放量分别降低为5 565t和8 146t，建筑排放总量减少了3 153t，约19%(图2)。

交通出行能耗的基准排放量中，通勤排放为2 831t/年，占主要部分；短距出行因包含一定比例的机动车出行，也会带来约155t/年的CO2排放。LEEDND标准中明确要求增强住区内部联系，提高步行道路的适宜性和公共空间的可达性，短距交通避免机动车出行，短距出行排放量为0，同时公共交通站点的可达性提高以后，可以分流部分个体机动车通勤的居民，通勤二氧化碳排放降为约2 082t/年。全年的出行总排放由2 986t减少为2 082t，节约出行CO2排放904t，约1/3(图3)。

3 结语

USGBC建立并推行的LEED-ND旨在推广整体住区的绿色建筑设计流程，用可以识别的认证来改变市场走向，促进绿色竞争和绿色供应。LEED-ND评估体系对促进夏热冬冷地区住区的低碳化建设进程有着积极作用。从总量看，满足LEED-ND基本要求社区的碳排放相对于基准水平降低了近20%；从分项上看，交通部分碳排放减少比例33%，大于建筑部分(19%)，表明LEED-ND对于社区交通能耗的碳排放影响＞对建筑能耗部分的影响，通过合理的社区布局，以及与公共交通站点的接驳布置，可以尽量减少机动车出行及短距出行的碳排放。需要指出的是，本文仅仅是对于LEED-ND减排CO2效果的初步分析，为方便计算作了较多的假设，这些假设必然会影响最终结果的精准度，未来的研究中期望有更多统计数据来支持定量分析以获得更理性的结果。

[1]BRE. BREEAM Communities Technical Guidance Manual[S]. 2009.

[2]IBEC. CASBEE for Urban Development Technical Manual 2007 Edition[S]. 2007.

[3]USGBC. LEED 2009 for Neighborhood Development Rating System[S]. 2010.

[4]中华人民共和国建设部.城市居住区规划设计规范GB50180-93.2002.

[5]上海市统计局.上海市第六次全国人口普查主要数据情况介绍. http://www.statssh.gov.cn/sjfb/201105/218818.html,2011.

[6]陆锡明，顾啸涛.上海市第五次居民出行调查与交通特征研究[J].城市交通.2011(5):01-07.

[7]陈晨,潘毅群,黄治钟,吴刚.上海市某商用建筑能耗分析与节能评估[J].暖通空调,2006(4).

[8]K·Gowri,M·A·Halverson,E·E·Richman.Analysis of Energy Saving Impacts of ASHRAE 90.1-2004 for the State of New York, Pacific Northwest National Laboratory.August,2007.

[9]M·Halverson,ERichman,BLiu,DWiniarski.ANSI/ASHRAE/IESNA Standard 90.1-2007 Final Determination Quantitative Analysis, Pacific Northwest National Laboratory.August,2011.