面向設(shè)計(jì)初期的建筑節(jié)能優(yōu)化方法

葉飛

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，對建筑節(jié)能的要求越來越高。探討如何做好建筑設(shè)計(jì)，發(fā)揮其在建筑節(jié)能中的作用具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。本文以建筑設(shè)計(jì)工作為立足點(diǎn)，通過對設(shè)計(jì)初期建筑物節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析，從而就該節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用展開研究。

關(guān)鍵詞：建筑；節(jié)能設(shè)計(jì)；優(yōu)化；設(shè)計(jì)初期

1 前言

我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快，我國的建筑工程越來越多，然而建筑對能源的消耗非常大，造成了大量的能源浪費(fèi)。為了節(jié)約利用寶貴的能源，保護(hù)脆弱的生態(tài)環(huán)境，我們必須要對建筑進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。而設(shè)計(jì)初期作為決定建筑形態(tài)的關(guān)鍵因素，更是建筑設(shè)計(jì)人員需要重點(diǎn)關(guān)注的。因此，面向建筑物設(shè)計(jì)初期的各項(xiàng)工作，對建筑物此部分設(shè)計(jì)方案的節(jié)能性展開深入規(guī)劃，不僅可以為后續(xù)設(shè)計(jì)和施工工作的進(jìn)行奠定良好的基礎(chǔ)，還能夠推動我國建筑行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，為我國發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)營造良好的市場環(huán)境。

2 設(shè)計(jì)初期的建筑節(jié)能現(xiàn)狀

在國外，許多建筑學(xué)家都在研究如何將建筑節(jié)能這一元素融入到設(shè)計(jì)的初期階段當(dāng)中，經(jīng)過一段的時間的研究探索，在國外已經(jīng)出現(xiàn)了不少成功的案例。如在意大利，建筑師倫佐在設(shè)計(jì)吉巴歐文化中心時，將自然通風(fēng)的想法很好地與建筑造型的設(shè)計(jì)相融合，成功地踐行了這一理念，大大減少了電力的消耗。又譬如在日本，建筑師伊東豐雄在設(shè)計(jì)仙臺媒體中心時，為了改善室內(nèi)的視覺效果，達(dá)到節(jié)能的目的，他提出將采光井以及通風(fēng)井相結(jié)合的方案，并取得了成功[1]。

在國內(nèi)，隨著近年來國家不斷貫徹、落實(shí)“四節(jié)一環(huán)保”的理念，綠色建筑事業(yè)逐漸興起并且得到了快速的發(fā)展，因此國內(nèi)大部分建筑師也開始注重建筑在初期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的節(jié)能問題。雖然近年來國內(nèi)建筑設(shè)計(jì)師在建筑的節(jié)能環(huán)保方面做出了不少成績，但是仍然在設(shè)計(jì)的初期階段，也就是建筑方案設(shè)計(jì)階段，存在著兩個方面的問題。一方面，能源環(huán)境工程師并沒有介入到建筑設(shè)計(jì)師的方案設(shè)計(jì)工作，而建筑設(shè)計(jì)師在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的時候一般首先考慮的是建筑整體的藝術(shù)感、美學(xué)意義以及建筑本身所要傳達(dá)的寓意等因素，然后再考慮如何將節(jié)能環(huán)保的因素糅合到已經(jīng)成型的設(shè)計(jì)方案當(dāng)中，這樣一來，建筑的節(jié)能效果也就大打折扣。因此建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)更加重視建筑設(shè)計(jì)的節(jié)能環(huán)保，調(diào)整自身的設(shè)計(jì)方式[2]。另一方面，雖然也有部分設(shè)計(jì)師能夠意識到讓能源環(huán)境工程師參與方案設(shè)計(jì)的重要性，但是在設(shè)計(jì)的過程中，能源環(huán)境工程師一般只提供定性的建議，并沒有根據(jù)實(shí)際的建筑要求提供相應(yīng)有效的建議，從而導(dǎo)致建筑方案的節(jié)能理念與工程的設(shè)計(jì)理念相矛盾，無法真正落實(shí)節(jié)能環(huán)保。因此筆者認(rèn)為建筑設(shè)計(jì)師與能源環(huán)境工程師應(yīng)該有一個良好的溝通，方能使能源環(huán)境工程師的建議更加貼合建筑的設(shè)計(jì)理念，將節(jié)能的效果提高到最大。能源環(huán)境工程師在參與建筑設(shè)計(jì)初期所采用的工具一般都是模擬軟件。而隨著關(guān)人員的長期努力，已經(jīng)開發(fā)出針對各種建筑類型 的模擬軟件，如 Energy Plus、PHOENICS 等。雖然模擬軟件能夠提供直觀的示意圖以及詳盡的數(shù)據(jù)資料和相關(guān)曲線給建筑設(shè)計(jì)師，配合設(shè)計(jì)師以節(jié)能為目標(biāo)作出相關(guān)規(guī)劃，但是如果想要真正達(dá)到輔助建筑設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)節(jié)能優(yōu)化的建筑方案，模擬軟件的幫助還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。其原因在于如今大部分模擬軟件在數(shù)據(jù)的輸入、輸出以及建模方案設(shè)計(jì)特點(diǎn)與需求、計(jì)算時間存在著差異性，這就必然導(dǎo)致設(shè)計(jì)師必須不斷重復(fù)設(shè)計(jì)，而且即便重復(fù)設(shè)計(jì)為未必能夠糾正原先存在的數(shù)據(jù)錯誤，大大降低了工作效率[3]。因此如今的模擬軟件能夠在一定程度起到設(shè)計(jì)評價(jià)的作用，但對于設(shè)計(jì)初期的方案建議，模擬軟件起到的輔助作用可謂微乎其微了。

3 面向設(shè)計(jì)初期的建筑節(jié)能優(yōu)化

3.1 明確設(shè)計(jì)流程

首先，草圖設(shè)計(jì)。該階段完全依賴于設(shè)計(jì)師的創(chuàng)作，因此不會輔助利用模擬軟件，要求設(shè)計(jì)師具備扎實(shí)的知識技能，以及豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。其次，開展總體平面設(shè)計(jì)。該階段從建筑環(huán)境、造型入手，開展環(huán)境、日照模擬工作，根據(jù)模擬結(jié)果修改設(shè)計(jì)中的不合理之處。以環(huán)境模擬為例，能夠獲得采光條件、風(fēng)壓系數(shù)，繼而優(yōu)化平面設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)良好的采光、通風(fēng)效果。另外，模擬結(jié)果能提供多項(xiàng)數(shù)據(jù)，為節(jié)能方案的制定打下基礎(chǔ)。同時，做好單體方案設(shè)計(jì)。該階段設(shè)計(jì)完成后，直接決定了建筑的整體性能。一般情況下，此時應(yīng)該對單體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬分析，從可行性、經(jīng)濟(jì)性兩個方面進(jìn)行評價(jià)，避免出現(xiàn)方案型費(fèi)能的現(xiàn)象。以圍護(hù)結(jié)構(gòu)為例，通過熱性能模擬分析可以獲得不同參數(shù)，最終確定最佳的節(jié)能方案，降低能源損耗。對通風(fēng)效果進(jìn)行模擬時：先看當(dāng)前設(shè)計(jì)是否滿足通風(fēng)要求；再提供開口的口徑數(shù)據(jù)，從而減少修改次數(shù)，提高設(shè)計(jì)效率。最后，對單體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行完善。對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行完善，主要是利用模擬數(shù)據(jù)信息預(yù)測建筑的負(fù)荷大小，對所有單體模型進(jìn)行評價(jià)，看是否達(dá)到整體節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)要求。如果某個單體的節(jié)能不達(dá)標(biāo)，就應(yīng)該及時進(jìn)行微調(diào)[4]。

3.2 應(yīng)用模擬軟件

當(dāng)前建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，已經(jīng)離不開模擬軟件的支持，主要用來總體平面設(shè)計(jì)、單體設(shè)計(jì)兩個階段。由此可見，提高模擬軟件的性能質(zhì)量，才能保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性。以圍護(hù)結(jié)構(gòu)、采光、通風(fēng)三個要素為例，對于模擬軟件的要求如下：首先，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，模擬軟件能夠分析建筑造型、布局對圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱性能帶來的影響，分析不同設(shè)計(jì)方案中的參數(shù)差異性，幫助設(shè)計(jì)師確定最佳參數(shù)。其次，在采光上，模擬軟件利用建筑信息了解室內(nèi)的一年采光度，制定照明電量的節(jié)約方案，為采光設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)[5]。另外，設(shè)計(jì)期間也要考慮可見光透過率、窗戶數(shù)量等因素。最后，在通風(fēng)上，利用模擬軟件計(jì)算自然通風(fēng)條件下，建筑節(jié)省的能源多少，從而確定通風(fēng)口的位置和大小。如此能避免設(shè)計(jì)盲目性，減少后期修改次數(shù)。

3.3 模擬軟件的功能要求

首先，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱性能方面，模擬軟件應(yīng)該可以利用建筑造型以及布局等信息對圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱性能所造成的影響進(jìn)行分析，同時，還可以對設(shè)計(jì)方案當(dāng)中不同參數(shù)間存在的差異進(jìn)行分析。其次，天然采光方面，模擬軟件應(yīng)該利用已經(jīng)獲取的信息對整年的室內(nèi)采光效果進(jìn)行預(yù)測，并且通過比較節(jié)省的照明電量提供給設(shè)計(jì)師對方案進(jìn)行設(shè)計(jì)時的參考依據(jù)。最后，通風(fēng)方面。模擬軟件應(yīng)該分析自然通風(fēng)在整個建筑中可以節(jié)省能源的總量，從而明確是否應(yīng)該設(shè)計(jì)大面積的通風(fēng)口。另外，模擬軟件還應(yīng)該針對不同的開口面積設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)脑u價(jià)方案，以便于建筑師在設(shè)計(jì)時可以具有針對性，從而有效的避免了后續(xù)的修改工作。

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對環(huán)保意識越來越強(qiáng)烈，尤其是對建筑設(shè)計(jì)的要求也越來越高。建筑方案設(shè)計(jì)作為建筑設(shè)計(jì)的初期階段，在整個建筑設(shè)計(jì)中起決定性的作用，因此想要讓整體建筑達(dá)到節(jié)能環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)，就不得不在方案設(shè)計(jì)階段認(rèn)真考慮節(jié)能環(huán)保因素。這就給目前的建筑設(shè)計(jì)師帶來新的挑戰(zhàn)。鑒于目前國內(nèi)建筑設(shè)計(jì)師較少與能源環(huán)境工程師合作而導(dǎo)致建筑的節(jié)能效果較低的現(xiàn)象，筆者建議國內(nèi)的建筑設(shè)計(jì)師在方案設(shè)計(jì)階段引入“模擬輔助思想”，通過模擬軟件的輔助設(shè)計(jì)來達(dá)到最優(yōu)節(jié)能效果；此外為了更好地協(xié)助建筑設(shè)計(jì)師工作，相關(guān)工作人員在采用模擬軟件時需要根據(jù)不同要求選擇最適合的工具，將節(jié)能優(yōu)化效果擴(kuò)展到最大。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 郭蕾.面向設(shè)計(jì)初期的建筑節(jié)能優(yōu)化方法[J].建材與裝飾，2017（45）：55～56.

[4] 建筑節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究與示范[J].中國建設(shè)信息，2007（4）：43～51.

[5] 肖峻.智能化建筑電氣節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].科技與企業(yè)，2015（11）：107.