節(jié)能環(huán)保型園林建設(shè)中的層次化FPGA劃分算法研究

苑 毅,趙秀明,周劍鳳

(蘭州文理學(xué)院 傳媒工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730000)

0 引 言

節(jié)能型園林是以合理和循環(huán)利用資源、節(jié)約資源、降低施工能耗為目標的園林施工模式,是指在園林建設(shè)的過程中,即規(guī)劃設(shè)計、施工、養(yǎng)護等每個部分都需要最大程度的節(jié)約水和電等能源,有效的增加能源的使用率,降低能源的損耗[1-2]．建議使用天然的能源,例如風能、太陽能和水力等資源．除此之外,還采用反光以及熒光材料構(gòu)成的園林物品如標志牌等,這樣不但可以塑造節(jié)能型園林的綠化,還可以形成別具一格的園林景像．

目前園林所面臨的機遇和挑戰(zhàn)主要來源于幾個方面:生態(tài)轉(zhuǎn)型、氣候變化和人為因素、全球化和本土化．而我國長期沿用的園林設(shè)計和潛規(guī)則已經(jīng)不具備先進性,具有很多弊端, 致使設(shè)計建設(shè)出的園林景觀能耗指標相當于氣候、地質(zhì)條件相同情況下下發(fā)達國家的2～3倍[3-5]．21世紀阻礙中國發(fā)展的最大問題之一是能源匱乏,同時我國具有13多億人口,故目前水和電等諸多能源的日趨減少已成為限制我國發(fā)展的關(guān)鍵問題,而且隨人口的持續(xù)增加和能源的消耗,該問題的嚴重性會更為突出．為此,有必要在明確區(qū)分各個條件的指導(dǎo)下,建立數(shù)學(xué)模型,并用電子計算機進行輔助設(shè)計,從而探討建筑節(jié)能問題[6-7]．

1 存在問題

園林行業(yè)是比較消耗資源和能源的行業(yè),特別是對土地、水、電和材料等需要非常多．當今我國的園林行業(yè)發(fā)展非常迅速,對于節(jié)能型園林也進行了研討和應(yīng)用,然而僅僅處在倡導(dǎo)時期．在設(shè)計和施工過程中仍然重視開發(fā)以及速率,不重視節(jié)約能源和環(huán)境保護[8]．又由于行業(yè)本身無特定關(guān)于節(jié)約能源和環(huán)境保護的規(guī)章制度來制約,導(dǎo)致其無序發(fā)展,沒有制定長遠的節(jié)能計劃,節(jié)能工作僅僅鲆欣投資部門和設(shè)計人員的本身的素養(yǎng),獲取的效果不好．而且我國目前沒有較好的節(jié)能激勵機制,在此狀況下,節(jié)能型園林的設(shè)計將會出現(xiàn)高風險、髙投資和高技術(shù)的特點,雖然長期效益會很好,但因為人們通常會注重當下的利益,導(dǎo)致節(jié)能型園林發(fā)展速度遲緩．還會出現(xiàn)的問題就是在根據(jù)層次區(qū)分的園林規(guī)劃、設(shè)計以及施工過程中,領(lǐng)導(dǎo)、投資人員以及規(guī)劃設(shè)計人員通常沒有節(jié)約意識,會認為好的園林環(huán)境是需要昂貴材料和龐大的資金構(gòu)成的,投資越多園林項目越好．所以在我國的城鎮(zhèn)園林建設(shè)過程中,產(chǎn)生了諸多形象工程、政治工程等[9]．

另外園林行業(yè)的在節(jié)能方面的技術(shù)不是很好,應(yīng)用也不是很普及,在某種程度上限制了節(jié)能化的發(fā)展．當今我國園林行業(yè)在節(jié)能技術(shù)方面的投入較少、缺乏改革創(chuàng)新,能夠為設(shè)計者以及投資方供應(yīng)的資源很少;大部分的節(jié)能技術(shù)、工藝和設(shè)備需要依賴國外進口,導(dǎo)致早期資金投入過多,抑制了人們建設(shè)節(jié)能型園林的積極性．現(xiàn)階段已經(jīng)有一些節(jié)能方法運用到園林建設(shè)當中,但是因為保養(yǎng)和維護以及管理水平不高,導(dǎo)致大多數(shù)的節(jié)能裝置無法長期使用．所以新技術(shù)以及新能源成為園林行業(yè)規(guī)劃設(shè)計節(jié)能型園林所面臨的難點．

2 園林施工節(jié)能設(shè)計模型原理及分析

2.1 施工前提條件

(1) 自然環(huán)境條件 若園林施工的工程有差異,則其相應(yīng)的的自然環(huán)境也有比較多的不一樣．在園林施工的過程中主要包括能源的來源、排水、結(jié)構(gòu)、樹木、假山、水池、綠化帶等[10]．但是無論是哪類園林施工,其施工過程中一定要詳細分析本地的自然環(huán)境,這樣可以確保其設(shè)計的科學(xué)性,可以確保城鎮(zhèn)同園林相得益彰,從而取得一舉兩得的效果．

(2) 人力條件 在園林工程施工過程中,設(shè)計人員可以知道開發(fā)商的需求,再以本地的地勢地貌和水文地質(zhì)條件等為基礎(chǔ)設(shè)計出最科學(xué)的規(guī)劃,同時依據(jù)本身的經(jīng)驗投入恰當?shù)娜肆?、物力和財?確保園林施工過程中的交叉重復(fù)工作,確保園林工程的施工質(zhì)量和施工進度[11-12]．除此之外,施工者也能依據(jù)本身的經(jīng)驗運用多種節(jié)能技術(shù),使其能夠節(jié)約能源和保護環(huán)境．

2.2 能量消耗計算原理

園林施工一小時消耗能量計算公式為

qw=MwCp(to-ti).

(1)

式中:Mw為空氣的質(zhì)量;Cp為空氣定壓比熱;t為溫度,下標w,o，i分別為整體、室外、室內(nèi)能量強度強度．園林的瞬時熱流強度可表示為

Io=IDcosθ+Idcos2(s/2).

(2)

式中:ID,Id分別為平面上的日逐時直射、散射太陽輻射強度；θ為太陽入射角；s為墻面的傾角．太陽輻射透過窗玻璃后,室內(nèi)的瞬時熱流[13]．利用式(3)可得出園林對象是否適合加裝光伏組件，有

I1=AwScIo(t?).

(3)

式中:A為面積;S為不可利用能量系數(shù)．

單位面積熱傳導(dǎo)進入室內(nèi)的瞬時熱流量為

qci=(t0-t1)R-1.

(4)

式中:R為空氣的熱阻．

2.3 數(shù)學(xué)模型和計算方法

具有間斷系數(shù)的一維熱傳導(dǎo)方程為

(5)

式中：a(x)為導(dǎo)能系數(shù),它在各層內(nèi)均為常數(shù)；i為時間；x為能量散射的距離．而x1,x2，…,xM均為a(x)的第一類間斷點．

初始條件:

t(x,i)i=0=t(x,0).

(6)

對維護結(jié)構(gòu)的外表面有

(7)

式中:q為熱穩(wěn)定系數(shù)；v為太陽輻射熱反射系數(shù).

對維護結(jié)構(gòu), 取壁厚的一半處為外邊界, 則有

(8)

對維護結(jié)構(gòu)內(nèi)部各層連接處心,(j,j+1)有

(9)

式中：k為能量系數(shù)；j為各層連接系數(shù)；x為常數(shù).

(10)

式中：h為對流換熱系數(shù);I為對能量的吸收系數(shù);Aw為園林景觀地表面積.

使用本公式可計算出正確的能源消耗,加以規(guī)避,最終達到節(jié)能的目的．

2.4 權(quán)重的取值范圍

因為層次劃分的園林施工的特殊性,需要特殊分析取值范圍．特征向量為W(k),將W(k)歸一化后,得到一級指標層相應(yīng)元素對于目標層因素相對重要性的權(quán)重向量集為

(11)

在此范圍外的數(shù)值可基本判斷為無用值．

2.5 注意事項

在園林施工過程中,需要重視統(tǒng)籌部署以及科學(xué)計劃．防止出現(xiàn)重復(fù)建設(shè)和運輸以及能源消耗過大的現(xiàn)象[14]．在前期準備過程中,一方面需非常認真的了解設(shè)計圖紙等相關(guān)材料,另一方面需非常仔細的勘探現(xiàn)場,掌握現(xiàn)場的地形地貌、水文、地質(zhì)、土壤和管路等狀況[15]．以現(xiàn)場條件為基礎(chǔ)設(shè)計具體的、科學(xué)可行的施工組織計劃以及材料采購計劃．

在園林施工過程中,應(yīng)恰當?shù)匾?guī)劃機械設(shè)備特別是大型機的使用時間,最好能做到大型機械設(shè)備在使用時間上能夠集中使用,防止出現(xiàn)由于重復(fù)運輸導(dǎo)致的多余資源損耗．當采購材料時,也需做到詳細的采購安排,最好材料集中采購,這樣將降低材料運輸導(dǎo)致的多余資源損耗[16-17]．在園林施工過程中,科學(xué)部署施工現(xiàn)場的布局和相關(guān)的施工者,防止出現(xiàn)布置不科學(xué)導(dǎo)致的多余資源損耗,防止出現(xiàn)重復(fù)用工、停工的現(xiàn)象．此外還要科學(xué)部署施工的進度,例如花草樹木的種植盡可能在陰雨天前施工,這樣既能夠提升花草樹木的成活率[18],也可以降低花草樹木在水能方面的消耗.同時要避免“為了節(jié)能而節(jié)能”,忽視了園林景觀在當?shù)貧夂?、濕度等條件下的基本保溫/降溫要求[19-20]．

3 影響園林節(jié)能成果的其他非計算因素

3.1 主動式節(jié)能

主動式節(jié)能為科學(xué)部署園林施工順序,使其確保節(jié)能．園林施工中,施工者能夠把不可再生資源轉(zhuǎn)化成可再生資源,譬如太陽能和風能等,設(shè)計出風車等設(shè)備,即做到控制能源資源,也能夠儲存能源資源,達到節(jié)能的效果,同時實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略．然而因為會受到不同條件的制約,其不可以真正應(yīng)用到工程中,故設(shè)計人員僅可以把部分小型的太陽能發(fā)電機應(yīng)用在園林施工過程中,以達到節(jié)能的目的．

3.2 被動式節(jié)能

被動式節(jié)能為設(shè)計人員依據(jù)本地的實際狀況進行科學(xué)建設(shè),達到與園林建設(shè)和諧統(tǒng)一,最終使其確保節(jié)能．園林施工中,即由施工者分析本地氣候條件等自然元素以后,將植物、地形地貌以及建筑等每個元素重新設(shè)計,確保其科學(xué)性,從而確保園林工程的質(zhì)量,使其與周邊環(huán)境和諧統(tǒng)一,最終達到理想的施工效果．在施工過程中,同時保證景觀效果和實用性,建設(shè)一個優(yōu)美又環(huán)保的環(huán)境是最終目標,故施工者在采用被動式節(jié)能技術(shù)的過程中,一定要將本地的條件進行具體剖析．與主動式節(jié)能技術(shù)相比,被動式節(jié)能技術(shù)更加節(jié)能．但想實現(xiàn)這個目標,則需設(shè)計人員將本地的自然條件進行具體剖析,把施工過程中全部的設(shè)備以及材料的功能充分開發(fā),在增加施工效率的前提下確保其施工質(zhì)量,達到節(jié)能的效果．

由于園林項目中綠化項目其本身的目的就有改善氣溫、吸收二氧化碳和調(diào)節(jié)城市小氣候的效果,故其本身即是低碳節(jié)能項目．在設(shè)計以及施工中重視因地因事制宜,做到施工低能耗,環(huán)保節(jié)能,便更加可以體現(xiàn)節(jié)能型園林的特長．

4 結(jié)束語

節(jié)能環(huán)保和低碳低能耗為園林項目發(fā)展的必然趨勢,這需相關(guān)專業(yè)人員在工作中持續(xù)改革創(chuàng)新,融入先進的科學(xué)技術(shù),并將其改良,從而達到適用于園林的施工建設(shè),除此之外,施工者還需加強管理,這樣也可以實現(xiàn)理想的施工效果,從而實現(xiàn)節(jié)約能源,保護環(huán)境的目的,使城鎮(zhèn)和園林達到和諧統(tǒng)一,為人們創(chuàng)造一個優(yōu)美又環(huán)保的生活環(huán)境．