A Simplified Method for Evaluating Building Sustainability in the Early Design Phase for Architects
Jernej Markelj 1,*, Manja Kitek Kuzman 2, Petra Grošelj 2 and Martina Zbašnik-Senegačnik 1
1 Faculty of Architecture, University of Ljubljana, Zoisova cesta 12, 1000 Ljubljana, Slovenia; E-Mail: martina.zbasnik@fa.uni-lj.si
2 Department of Wood Science and Technology, Biotechnical Faculty, University of Ljubljana, Rožna Dolina, cesta VIII 34, 1000 Ljubljana, Slovenia; E-Mails: manja.kuzman@bf.uni-lj.si (M.K.K.); petra.groselj@bf.uni-lj.si (P.G.)
* Author to whom correspondence should be addressed; E-Mail: jernej.markelj@fa.uni-lj.si; Tel.: +386-1-2000-777.
External Editor: Marc A. Rosen
Received: 2 September 2014; in revised form: 20 November 2014 / Accepted: 25 November 2014 / Published: 2 December 2014
Abstract: With society turning increasingly to sustainable development, sharper demands are being made concerning energy efficiency and other properties that mean reductions in the negative effects of the building on the environment and people. This means that architects must have a suitably adapted solution already in the early design phase, as this has the greatest influence on the final result. Current tools and methods used for this are either focused only on individual topics or are too complex and not adapted for independent use by architects. The paper presents a simplified method for evaluating building sustainability (SMEBS) which addresses these needs. It is intended as a tool to aid architects in the early project planning phases as it allows a quick evaluation of the extent to which the demands of sustainable building are fulfilled. The method was developed on the basis of a study of international building sustainability assessment methods (BSAM) and standards in this field. Experts in sustainable construction were invited to determine weights for assessment parameters using the analytical hierarchy process (AHP). Their judgments reflect the specific characteristics of the local environment.
Keywords: building; architect; sustainability; evaluation; analytic hierarchy process
OPEN ACCESS
1. Introduction
We are becoming increasingly aware that the quality of building design, manner of construction and operation of buildings are key factors that influence the implementation of sustainable development. This is why in the past two decades numerous building sustainability assessment methods (BSAM) have been developed throughout the world [1]. They are used to assess and present the quality of the building with the help of criteria from different fields. Initially, most emphasis was placed on the evaluation of environmental topics such energy consumption, pollution from emissions, water use and biodiversity. However, in recent years, with the development and defining of international standards in this area, BSAM increasingly take into account other aspects: functionality, economical aspects, accessibility and technical characteristics. The building is increasingly being treated in the entirety of its life-cycle: from the phase of acquisition of raw materials, the production of construction materials and components, the actual construction process of the building, its use and maintenance and if applicable also its demolition and disposal. Due to the comprehensive and clear analysis of a particular building, BSAM are becoming increasingly popular, and in certain countries even compulsory, in public procurement, where funds must be very efficiently invested and a high level of transparency is demanded. Chambers and institutes of engineers and architects throughout the world increasingly recommend using BSAM in their guidelines for optimal project planning. They are also demanded by numerous private investors in building projects who demand that the principles of sustainable construction are clearly complied with (and hence that the targets of sustainable development are pursued). In certain countries, the use of BSAM for projects financed by public funds is already compulsory. In practice, this means that architects must have a suitably adapted project plan already in the early design phase, as this has the greatest influence on the final result. In early design phase the most important building design decision that influence the sustainability are set: position and orientation of the building on the parcel, its form, type of structure with material, internal layout, building envelope with its transparent parts as well as the type of mechanical systems for heating, cooling, ventilation and air-conditioning. In order to optimize the project according to the principles of sustainable construction and energy efficiency, these early stages of design should comprise the following [2]:
(1) The form should be chosen depending on the site-specific characteristics, functional requirements, orientation and sunlight, the thermal hierarchy of spaces and the potential for natural ventilation.
(2) Building envelope design should be optimized (heat insulation, window openings, illumination of spaces and shading, thermal mass) and the choice of active systems should be given special consideration (heating, cooling, mechanical ventilation, solar collectors, PV modules).
(3) Tools for checking the suitability and performance of the design solution should be used (acquisition of key information about the planned building and its characteristics in the phase of use).
(4) The acquired results should be properly interpreted and the design optimized accordingly (back to Step 1).
In the phases that follow the early design stage, some aspects can be improved, but only to a certain extent. Alongside the environmental indicators, such as the amount of energy that will be needed for
Sustainability 2014, 6 8777
the construction and operation of the building, the level of harmful gas emissions, water use etc., it is also necessary to include social and economic aspects in evaluating the quality of the design solution [3,4]: the living comfort inside the building, its functionality, the total cost for the entire life cycle of the building, integration in the neighborhood, public involvement and location. However, maintaining control over all the aspects connected with sustainability in building construction and estimating their influence on the final result while still in the early design phase is quite challenging. There is, therefore, a need for an information tool that will show in a comprehensive manner how a particular design is addressing a variety of different criteria important for achieving a more sustainable solution. It should be simple enough to allow the architect himself to perform a quick evaluation of the sustainability of the design in the early planning stages. As such it would be an important aid for architects, as leaders of the building planning teams, to optimize the design solution during process.
The main purpose of this article is therefore to present the development of a simplified method for evaluating building sustainability (SMEBS) in the early planning phases for architects. The stages of the research are outlined in Figure 1. In the first stage (Section 2) we analyzed the literature about building performance tools that are a support in planning and comprehensive building sustainability assessment methods (BSAM). The advantages and disadvantages of existing BSAM are explained and the reasons for a simple method for evaluating building sustainability are presented. On this basis a model of structured parameters for building sustainability evaluation in the early design phases is developed (Section 3). For determining the significance of individual parameters in the model experts from the field of sustainable construction are surveyed (Section 4). In the survey, the analytical hierarchy process (AHP), which enables complex decisions to be made by simplifying the decision-making process, is used for allocating parameter weights. The model and acquired parameters’ weights (Section 5) are used to develop a SMEBS, which allows a quick evaluation of the extent to which the demands of sustainable building are fulfilled. Based on these results the architect can optimize the design project accordingly. It is made as an Excel based tool and is intended for use in the local context (Section 6).
Figure 1. Workflow diagram.
2.2. Available Methods and Tools for Assessing the Building during the Planning Phase
There are various methods and tools that are available to help us test the influence of different parameters on the design and functioning of the building. They are usually focused on testing individual
Sustainability 2014, 6 8778
parameters such as energy use in operation phase [5,6], analyzing the environmental impact [7,8], checking the level of daily illumination in rooms [9], foreseeing the expenses in the building’s entire life-cycle [10] and other or specific combinations of parameters [11–15]. Tools that are aimed at testing the influence of individual design parameters are useful but deficient. We wish to acquire as comprehensive an assessment of a planned building as possible. Tools for testing specific parameters are therefore often included in the comprehensive BSAM. There are already a large number of these. In Europe alone, over 60 BSAM have been recorded [16]. We have examined in greater detail the methods that are most in use globally: BREEAM, LEED, DGNB, CASBEE, HQE, SBTool [17–22]; some methods developed for use in Central European countries: BEAS and TQB [23,24]; recent European research projects: OPEN HOUSE and ENERBUILD [25,26]; European standards EN 15643-2, -3, -4: The sustainability of construction works–Assessment of buildings [27] and international standard ISO 21929-1: Sustainability in building construction–Sustainability indicators [28].
We find that there are numerous advantages in using BSAM. The standards in methods act as guidelines for planning and help investors choose the
แบบง่ายวิธีการประเมินผลการพัฒนาอย่างยั่งยืนอาคารในการออกแบบในช่วงต้นระยะที่สถาปนิก
Jernej Markelj 1 * Manja Kitek Kuzman 2, เปตราGrošeljที่ 2 และมาติZbašnik-Senegačnik 1
1 คณะสถาปัตยกรรมศาสตร์มหาวิทยาลัยลูบลิยานา Zoisova Cesta 12, 1000 ลูบลิยานา สโลวีเนีย; E-Mail: martina.zbasnik@fa.uni-lj.si
2 ภาควิชาไม้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีชีวภาพคณะมหาวิทยาลัยลูบลิยานาRožna Dolina มี Cesta VIII 34, 1000 ลูบลิยานา, สโลวีเนีย; อีเมล: manja.kuzman@bf.uni-lj.si (MKK); petra.groselj@bf.uni-lj.si (PG)
ผู้เขียน * ผู้ที่ควรได้รับจดหมายที่จ่าหน้า; E-Mail: jernej.markelj@fa.uni-lj.si; Tel .: + 386-1-2000-777.
บรรณาธิการภายนอก:
มาร์คเอโรเซ็นได้รับ: 2 กันยายน 2014; ในรูปแบบการแก้ไข: 20 พฤศจิกายน 2014 / ได้รับการยืนยัน: 25 พฤศจิกายน 2014 / เผยแพร่: 2 ธันวาคม 2014
บทคัดย่อ: กับสังคมเปลี่ยนมากขึ้นเพื่อการพัฒนาอย่างยั่งยืน, ความต้องการที่คมชัดมีการทำเกี่ยวกับประสิทธิภาพการใช้พลังงานและคุณสมบัติอื่น ๆ ที่หมายถึงการลดผลกระทบเชิงลบของอาคาร กับสภาพแวดล้อมและผู้คน ซึ่งหมายความว่าสถาปนิกจะต้องมีวิธีการแก้ปัญหาปรับตัวที่เหมาะสมแล้วในขั้นตอนการออกแบบต้นเช่นนี้มีอิทธิพลมากที่สุดผลสุดท้าย ปัจจุบันเครื่องมือและวิธีการที่ใช้ในการนี้มีความสำคัญเพียงอย่างใดอย่างหนึ่งในหัวข้อของแต่ละบุคคลหรือซับซ้อนเกินไปและไม่เหมาะสำหรับการใช้งานที่เป็นอิสระโดยสถาปนิก กระดาษที่นำเสนอวิธีการที่เรียบง่ายสำหรับการประเมินความยั่งยืนของอาคาร (SMEBS) ซึ่งตอบสนองความต้องการเหล่านี้ มันมีจุดมุ่งหมายเป็นเครื่องมือที่จะช่วยให้สถาปนิกในขั้นตอนการวางแผนโครงการต้นที่จะช่วยให้การประเมินผลอย่างรวดเร็วของขอบเขตที่ความต้องการของการสร้างความยั่งยืนเป็นจริง วิธีการที่ได้รับการพัฒนาบนพื้นฐานของการศึกษาวิธีการประเมินความยั่งยืนอาคารระหว่างประเทศ (ที่ BSAM) และมาตรฐานในด้านนี้ ผู้เชี่ยวชาญในการก่อสร้างที่ยั่งยืนได้รับเชิญในการกำหนดน้ำหนักสำหรับพารามิเตอร์การประเมินโดยใช้กระบวนการวิเคราะห์ลำดับชั้น (AHP) คำตัดสินของพวกเขาสะท้อนให้เห็นถึงลักษณะเฉพาะของสภาพแวดล้อมในท้องถิ่น.
คำสำคัญ: อาคาร สถาปนิก; การพัฒนาอย่างยั่งยืน; การประเมินผล
ขั้นตอนการวิเคราะห์ลำดับชั้นการเข้าถึงเปิด
1
บทนำเราจะกลายเป็นมากขึ้นทราบว่าคุณภาพของการออกแบบการสร้างลักษณะของการก่อสร้างและการดำเนินงานของอาคารที่เป็นปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการดำเนินงานของการพัฒนาที่ยั่งยืน นี่คือเหตุผลที่ในสองทศวรรษที่ผ่านจำนวนมากสร้างวิธีการประเมินการพัฒนาอย่างยั่งยืน (BSAM) ได้รับการพัฒนาทั่วโลก [1] พวกเขาจะใช้ในการประเมินและนำเสนอคุณภาพของอาคารด้วยความช่วยเหลือของเกณฑ์จากสาขาที่แตกต่างกัน ในขั้นต้นให้ความสำคัญมากที่สุดคือวางไว้บนของหัวข้อการประเมินผลการใช้พลังงานสิ่งแวดล้อมเช่นมลพิษจากการปล่อยก๊าซเรือนกระจกการใช้น้ำและความหลากหลายทางชีวภาพ อย่างไรก็ตามในปีที่ผ่านมากับการพัฒนาและการกำหนดมาตรฐานสากลในพื้นที่นี้มากขึ้น BSAM นำเข้าบัญชีด้านอื่น ๆ : การทำงานด้านเศรษฐกิจการเข้าถึงและลักษณะทางเทคนิค อาคารมากขึ้นคือการได้รับการปฏิบัติในความสมบูรณ์ของวงจรชีวิตของมัน: จากขั้นตอนของการเข้าซื้อกิจการของวัตถุดิบการผลิตวัสดุก่อสร้างและส่วนประกอบที่การดำเนินการก่อสร้างที่เกิดขึ้นจริงของอาคารที่ใช้งานและการบำรุงรักษาและถ้ายังรื้อถอน และการกำจัด เนื่องจากการวิเคราะห์ที่ครอบคลุมและชัดเจนของอาคารโดยเฉพาะอย่างยิ่ง BSAM จะกลายเป็นที่นิยมมากขึ้นและในบางประเทศได้รับคำสั่งแม้กระทั่งในการจัดซื้อของประชาชนที่กองทุนจะต้องมีการลงทุนอย่างมีประสิทธิภาพและระดับสูงของความโปร่งใสเป็นที่ต้องการ Chambers และสถาบันของวิศวกรและสถาปนิกทั่วโลกมากขึ้นแนะนำให้ใช้ BSAM ในแนวทางของพวกเขาสำหรับการวางแผนโครงการที่ดีที่สุด พวกเขายังเรียกร้องโดยการลงทุนภาคเอกชนจำนวนมากในการก่อสร้างโครงการที่ต้องการว่าหลักการของการก่อสร้างที่ยั่งยืนเป็นไปตามอย่างชัดเจนกับ (และด้วยเหตุที่เป้าหมายการพัฒนาอย่างยั่งยืนที่มีการติดตาม) ในบางประเทศใช้ BSAM สำหรับโครงการทุนจากกองทุนสาธารณะที่มีอยู่แล้วเป็นภาคบังคับ ในทางปฏิบัตินี้หมายความว่าสถาปนิกจะต้องมีการวางแผนโครงการไปปรับใช้อย่างเหมาะสมแล้วในขั้นตอนการออกแบบต้นเช่นนี้มีอิทธิพลมากที่สุดในผลสุดท้าย ในขั้นตอนการออกแบบต้นการตัดสินใจการออกแบบอาคารที่สำคัญที่สุดที่มีผลต่อการพัฒนาอย่างยั่งยืนมีการกำหนดตำแหน่งและทิศทางของอาคารในพัสดุ, รูปแบบประเภทของโครงสร้างด้วยวัสดุรูปแบบภายในอาคารซองจดหมายที่มีชิ้นส่วนที่โปร่งใสเช่นเดียวกับชนิด ระบบเครื่องจักรกลสำหรับความร้อนความเย็นระบายอากาศและเครื่องปรับอากาศ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของโครงการให้เป็นไปตามหลักการของการก่อสร้างที่ยั่งยืนและประสิทธิภาพการใช้พลังงานเหล่านี้ขั้นตอนแรกของการออกแบบควรประกอบด้วยดังต่อไปนี้ [2]:
(1) รูปแบบที่ควรจะได้รับการแต่งตั้งขึ้นอยู่กับลักษณะของเว็บไซต์ที่เฉพาะเจาะจง, ความต้องการการทำงานการปฐมนิเทศ และแสงแดดลำดับชั้นความร้อนของพื้นที่และศักยภาพในการระบายอากาศตามธรรมชาติ.
(2) การออกแบบเปลือกอาคารควรจะเพิ่มประสิทธิภาพ (ฉนวนกันความร้อน, ช่องหน้าต่างส่องสว่างของพื้นที่และการแรเงามวลความร้อน) และทางเลือกของระบบที่ใช้งานควรจะได้รับเป็นพิเศษ พิจารณา (ความร้อนความเย็น, เครื่องช่วยหายใจ, สะสมพลังงานแสงอาทิตย์โมดูล PV).
(3) เครื่องมือสำหรับการตรวจสอบความเหมาะสมและประสิทธิภาพการทำงานของโซลูชั่นการออกแบบควรจะใช้ (ซื้อกิจการของข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับการสร้างการวางแผนและลักษณะของมันในขั้นตอนของการใช้งาน ).
(4) ผลที่ได้มาควรจะตีความอย่างถูกต้องและการออกแบบที่ดีที่สุดตาม (กลับไปขั้นตอนที่ 1).
ในขั้นตอนที่เป็นไปตามขั้นตอนการออกแบบต้นบางประการที่สามารถปรับปรุงได้ แต่เพียงในระดับหนึ่ง ควบคู่ไปกับตัวชี้วัดสิ่งแวดล้อมเช่นปริมาณของพลังงานที่จะจำเป็นสำหรับการพัฒนาอย่างยั่งยืนปี 2014, 6 8777 การก่อสร้างและการดำเนินงานของอาคารระดับการปล่อยก๊าซที่เป็นอันตราย, การใช้น้ำและอื่น ๆ ก็ยังมีความจำเป็นที่จะรวมทางเศรษฐกิจและสังคม ด้านในการประเมินคุณภาพของการแก้ปัญหาการออกแบบ [3,4]: ความสะดวกสบายที่อาศัยอยู่ภายในอาคารที่ทำงานของค่าใช้จ่ายทั้งหมดสำหรับวงจรชีวิตทั้งหมดของอาคารบูรณาการในพื้นที่ใกล้เคียงมีส่วนร่วมของประชาชนและสถานที่ตั้ง อย่างไรก็ตามการรักษาควบคุมทุกแง่มุมที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาอย่างยั่งยืนในการก่อสร้างอาคารและการประมาณการอิทธิพลของพวกเขาในขณะที่ผลสุดท้ายยังคงอยู่ในขั้นตอนการออกแบบต้นค่อนข้างท้าทาย นอกจากนี้จึงจำเป็นที่จะต้องเป็นเครื่องมือที่มีข้อมูลที่จะแสดงให้เห็นในลักษณะที่ครอบคลุมวิธีการออกแบบโดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นที่อยู่หลากหลายของเกณฑ์ที่แตกต่างกันที่สำคัญเพื่อให้บรรลุการแก้ปัญหาที่ยั่งยืนมากขึ้น มันควรจะง่ายพอที่จะช่วยให้สถาปนิกของตัวเองในการดำเนินการประเมินผลอย่างรวดเร็วของการพัฒนาอย่างยั่งยืนของการออกแบบในขั้นตอนการวางแผนต้น เช่นนี้มันจะเป็นความช่วยเหลือที่สำคัญสำหรับสถาปนิกเป็นผู้นำของทีมวางแผนอาคารเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการแก้ปัญหาการออกแบบในระหว่างกระบวนการ. โดยมีวัตถุประสงค์หลักของบทความนี้ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่จะนำเสนอการพัฒนาวิธีการที่เรียบง่ายสำหรับการประเมินความยั่งยืนของอาคาร (SMEBS) ในขั้นตอนการวางแผนต้นสำหรับสถาปนิก ขั้นตอนของการวิจัยมีการระบุไว้ในรูปที่ 1 ในระยะแรก (ส่วนที่ 2) เราวิเคราะห์วรรณกรรมเกี่ยวกับการสร้างเครื่องมือในการปฏิบัติงานที่มีการสนับสนุนในการวางแผนและวิธีการประเมินความยั่งยืนของอาคารที่ครอบคลุม (BSAM) ข้อดีและข้อเสียของ BSAM ที่มีอยู่มีการอธิบายและเหตุผลสำหรับวิธีการที่ง่ายสำหรับการประเมินความยั่งยืนของอาคารจะถูกนำเสนอ บนพื้นฐานนี้รูปแบบของพารามิเตอร์ที่มีโครงสร้างสำหรับการสร้างการประเมินผลการพัฒนาอย่างยั่งยืนในระยะการออกแบบต้นได้รับการพัฒนา (มาตรา 3) สำหรับการกำหนดความสำคัญของแต่ละพารามิเตอร์ในโมเดลจากผู้เชี่ยวชาญด้านการก่อสร้างที่ยั่งยืนที่มีการสำรวจ (มาตรา 4) ในการสำรวจขั้นตอนการวิเคราะห์ลำดับชั้น (AHP) ซึ่งจะช่วยให้การตัดสินใจที่ซับซ้อนในการจะทำโดยการลดความซับซ้อนของกระบวนการตัดสินใจที่จะใช้สำหรับการจัดสรรน้ำหนักพารามิเตอร์ รูปแบบและได้รับน้ำหนักพารามิเตอร์ (มาตรา 5) ถูกนำมาใช้ในการพัฒนา SMEBS ซึ่งจะช่วยให้การประเมินผลอย่างรวดเร็วของขอบเขตที่ความต้องการของการสร้างความยั่งยืนเป็นจริง บนพื้นฐานของผลเหล่าสถาปนิกสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของโครงการออกแบบตาม มันถูกสร้างขึ้นในฐานะที่เป็นเครื่องมือ Excel และมีไว้สำหรับการใช้งานในบริบทของท้องถิ่น (มาตรา 6). รูปที่ 1 แผนภาพเวิร์กโฟลว์. 2.2 วิธีการที่มีอยู่และเครื่องมือสำหรับการประเมินอาคารในระหว่างการวางแผนระยะที่มีวิธีการต่างๆและเครื่องมือที่มีอยู่เพื่อช่วยให้เราทดสอบอิทธิพลของพารามิเตอร์ที่แตกต่างกันในการออกแบบและการทำงานของอาคารที่มี พวกเขามักจะมุ่งเน้นไปที่การทดสอบของแต่ละบุคคลการพัฒนาอย่างยั่งยืนปี 2014, 6 8778 พารามิเตอร์เช่นการใช้พลังงานในขั้นตอนการดำเนินการ [5,6] การวิเคราะห์ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม [7,8] การตรวจสอบระดับของการส่องสว่างในชีวิตประจำวันในห้องพัก [9], รู้ล่วงหน้า ค่าใช้จ่ายในทั้งอาคารวงจรชีวิต [10] และชุดอื่น ๆ หรือที่เฉพาะเจาะจงของพารามิเตอร์ [11-15] เครื่องมือที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อการทดสอบอิทธิพลของพารามิเตอร์การออกแบบของแต่ละบุคคลที่มีประโยชน์ แต่ขาด เราหวังว่าจะได้รับการประเมินที่ครอบคลุมของอาคารที่มีการวางแผนที่เป็นไปได้ เครื่องมือสำหรับการทดสอบพารามิเตอร์ที่เฉพาะเจาะจงจึงมักจะรวมใน BSAM ที่ครอบคลุม มีอยู่แล้วเป็นจำนวนมากเหล่านี้ ในยุโรปเพียงอย่างเดียวกว่า 60 BSAM ได้รับการบันทึก [16] เราได้ตรวจสอบในรายละเอียดมากขึ้นวิธีการที่มีมากที่สุดในการใช้งานทั่วโลก: BREEAM, LEED, DGNB, CASBEE, HQE, SBTool [17-22]; วิธีการบางอย่างพัฒนาขึ้นเพื่อใช้ในประเทศยุโรปกลางและ BEAS TQB [23,24]; โครงการวิจัยยุโรปล่าสุด: Open House และ ENERBUILD [25,26]; มาตรฐานยุโรป EN 15643-2, -3, -4: การพัฒนาอย่างยั่งยืนของงานก่อสร้างการประเมินของอาคาร [27] และมาตรฐานสากล ISO 21929-1:. การพัฒนาอย่างยั่งยืนในการสร้างตัวชี้วัดการก่อสร้างการพัฒนาอย่างยั่งยืน [28] เราพบว่ามีเป็นจำนวนมาก ข้อได้เปรียบในการใช้ BSAM มาตรฐานในการทำหน้าที่เป็นแนวทางในการวางแผนและช่วยให้นักลงทุนเลือก
การแปล กรุณารอสักครู่..