《Energy and Buildings》：Performance assessment of nature-based solutions for sustainable urban housing
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巴基斯坦旁遮普省10-Marla住宅建筑通过集成绿色屋顶和垂直绿化，结合EnergyPlus模拟分析，显示年能源消耗降低25%，碳排放减少相同比例，成本回收期3.45年，夏季室内温度下降1.2℃，冬季上升1.6℃，验证了可持续建筑技术的有效性。
Muhammad Aarish Shah | Syed Hassaan Ali Shah | Omama Zeb | Aman Alam
巴基斯坦白沙瓦Jamrud路工程与技术大学土木工程系，邮编25000
摘要
建筑行业是主要的能源消耗者和碳排放源，这主要是由于传统的建筑和运营方式。仅传统建筑在其建设和运营阶段就占全球温室气体总排放量的40%以上。这些大量的排放进一步加剧了气候变化及其负面影响，如城市洪水、城市热岛效应、整体温度升高、冰川融化等。为了应对这些挑战并减轻气候变化的不良影响，需要考虑采用可持续的建筑技术。本研究利用EnergyPlus模拟软件，在实际能源消耗数据的基础上，评估了绿色屋顶和垂直花园对典型10-Marla住宅建筑在区域气候条件下的综合影响，并根据现行平均住宅电价进行了评估。首先在Autodesk Revit中建模了该住宅建筑，然后将其导出到DesignBuilder软件中进行能源分析。模拟分别针对传统建筑和集成有垂直花园及屋顶花园的优化建筑进行。通过成本回收分析计算了将这些措施纳入标准建筑所需的资金回报周期。结果显示，每年可节省约25%的能源消耗，碳排放量也减少了相同比例。前期成本的回收周期为3.45年。夏季室内温度降低了1.2°C，冬季则提高了1.6°C。由于网格化天气数据集中未能完全捕捉到局部城市热岛效应，因此应对结果持谨慎态度，因为这可能会进一步增加制冷需求，从而增强所提出改造措施的相对效益。
引言
英国的一项研究表明，传统基础设施是建筑行业的主要能源消耗者和碳排放源。这些研究得出结论，制造业、交通运输和建筑是温室气体排放的三大主要来源。
根据世界能源理事会（WEC）的分析，2020年的全球能源消耗比1990年增加了50-80% [1]。巴基斯坦的年能源消耗量为1460亿千瓦时，人均消耗量为590千瓦时。根据世界银行2022年的报告，巴基斯坦59.7%的电力来自石油、天然气和煤炭资源。巴基斯坦的年二氧化碳当量温室气体排放量为5.32亿吨 [2]。
传统建筑基础设施有两个主要负面影响：首先，所使用的材料对环境有显著影响；其次，它们在日常运营中消耗更多能源。这些能源需求主要通过燃烧化石燃料来满足；因此，我们是以牺牲环境为代价来获取能源的。相比之下，现代和可持续的建筑方法强调在基础设施中使用节能技术和建筑材料，从而在使用过程中降低能源消耗。
方法论
巴基斯坦的气候变化
近年来，由于气候变化迅速，巴基斯坦面临温度上升、冰川融化、极端洪水和生态系统破坏等问题。这些变化对该国的环境、能源行业、农业和城市基础设施构成了严重威胁 [3]。预计2020年至2050年间，巴基斯坦的气温将上升0.9-1.5°C，这将显著增加住宅建筑的制冷能源需求 [4]。
方法
与隔热性能、植被覆盖率和成本参数相关的关键建模假设是根据文献中常见的实践和区域市场条件选定的，以确保结果的广泛适用性。用于样本建筑能源分析和优化的方法论框架如图3.1所示。其中列出了数据来源、建模方法和分析技术的详细信息。
基准情景
基准情景代表了一座采用传统建造原则且没有采取任何能源管理措施的建筑。该案例作为参考点，用于评估后续节能措施的有效性。表4.1给出了基准情景下不同条件下的能源消耗、运营碳排放和运营成本。
月度运营温度考虑了空气温度和辐射温度
结论与建议
本研究重点分析了位于巴基斯坦白沙瓦（ASHRAE 2B区）的一栋典型的两层高10-Marla住宅建筑的能源情况。该建筑采用了传统的建造方法，最初没有采取任何节能措施。研究表明，将植被系统融入城市基础设施可以降低能源消耗和碳排放。
CRediT作者贡献声明
Muhammad Aarish Shah：撰写初稿、验证、软件应用、数据整理、概念构思。Syed Hassaan Ali Shah：可视化处理、验证、监督、项目管理、方法论制定、概念构思。Omama Zeb：撰写与编辑、数据整理。Aman Alam：撰写初稿、资源提供。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益或个人关系：Syed Hassaan Ali Shah的报告由白沙瓦工程与技术大学提供。如果还有其他作者，他们声明自己没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
