綠色建筑設(shè)計(jì)中被動設(shè)計(jì)與性能工具的應(yīng)用思路與策略研究

文/方銳 湖北鑫晨光建設(shè)工程有限公司 湖北襄陽 441000

近些年來，性能工具的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用給綠色建筑設(shè)計(jì)工作帶來的全新的發(fā)展契機(jī)，促使精確模擬環(huán)境性能、評估建筑活動內(nèi)容成為可能。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來看，像太陽輻射、空氣溫度、空氣濕度等因素都可以視為影響綠色建筑設(shè)計(jì)效果的直接因素。因此，進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)工作時(shí)，設(shè)計(jì)人員往往需要借助設(shè)計(jì)手法，如主動式設(shè)計(jì)、被動式設(shè)計(jì)，達(dá)到改善建筑環(huán)境、空間構(gòu)造等設(shè)計(jì)目標(biāo)，借此優(yōu)化建筑性能。至于選擇何種設(shè)計(jì)手法，需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合建筑實(shí)際情況，進(jìn)行合理選擇，盡量達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。

1、關(guān)于綠色建筑性能設(shè)計(jì)工具與要素問題的相關(guān)研究

1.1 組成要素

綠色建筑設(shè)計(jì)過程很有可能會對周圍環(huán)境帶來較多影響，舉例而言，建筑性能主要以熱環(huán)境、光環(huán)境以及風(fēng)環(huán)境等性能為主、建筑被動設(shè)計(jì)主要以采暖、降溫以及采光等設(shè)計(jì)因素為主。介于室內(nèi)采光需求不同，大面積開窗設(shè)計(jì)很容易給建筑設(shè)計(jì)工作帶來較多的熱負(fù)荷問題。因此，在進(jìn)行光環(huán)境設(shè)計(jì)工作時(shí)，最好優(yōu)先考慮建筑熱環(huán)境對周圍環(huán)境的實(shí)際影響。根據(jù)實(shí)踐設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來看，風(fēng)環(huán)境基本上可以是為影響建筑設(shè)計(jì)效果的主要因素[1]。

一般來說，風(fēng)主要來源于空氣流動當(dāng)中，是有效改善建筑環(huán)境的基本方法。目前，自然通風(fēng)主要以風(fēng)壓通風(fēng)與熱壓通風(fēng)兩種方式為主。多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)人員會采取二者結(jié)合作用的方式，目的在于最終的通風(fēng)效果，如煙囪效應(yīng)等都是借鑒上述作用方式。除此之外，建筑所處地域的氣候特征、性能參數(shù)等，都需要考慮到。建議設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該堅(jiān)持揚(yáng)長避短原則，利用氣候性能與周圍環(huán)境因素，制定符合當(dāng)?shù)亟ㄖ镄阅艿脑O(shè)計(jì)方案。

1.2 設(shè)計(jì)工具

對于建筑設(shè)計(jì)工作而言，建筑師通常會借助經(jīng)驗(yàn)累積法與結(jié)合性能工具實(shí)施設(shè)計(jì)的模擬法。其中，經(jīng)驗(yàn)累積法主要是針對建筑設(shè)計(jì)以往經(jīng)驗(yàn)而言，要求建筑設(shè)計(jì)師借鑒傳統(tǒng)地域建筑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)展開設(shè)計(jì)工作。而結(jié)合性能工具實(shí)施設(shè)計(jì)的模擬法主要以建筑性能參數(shù)模擬建筑設(shè)計(jì)過程。結(jié)合目前情況來看，結(jié)合性能工具實(shí)施設(shè)計(jì)的模擬法發(fā)展前景更加廣闊[2]。

在具體設(shè)計(jì)過程中，建筑師會借助計(jì)算機(jī)技術(shù)自動化生成人工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方案。多種性能參數(shù)模擬軟件的應(yīng)用無疑是為綠色建筑設(shè)計(jì)工作提供了全新的發(fā)展契機(jī)，至少在提高設(shè)計(jì)效率與描述建筑環(huán)境等方面得到了顯著加強(qiáng)。但是需要注意的是，在進(jìn)行參數(shù)調(diào)整時(shí)，設(shè)計(jì)人員最好借助參數(shù)化計(jì)算方法，規(guī)避傳統(tǒng)人工調(diào)整參數(shù)存在的不足。

2、綠色建筑設(shè)計(jì)中被動設(shè)計(jì)與性能工具的應(yīng)用思路與策略

2.1 綠色建筑熱環(huán)境被動設(shè)計(jì)與性能工具

目前，熱環(huán)境在綠色建筑設(shè)計(jì)中主要以采暖與降溫兩種處理方式為主。在具體應(yīng)用過程中，主要以控制熱傳遞途徑方式為主，達(dá)到降低建筑能耗目的。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來看，綠色建筑熱環(huán)境被動設(shè)計(jì)與性能工具以熱環(huán)境人工圖紙模擬設(shè)計(jì)、熱環(huán)境數(shù)字性能模擬設(shè)計(jì)為主要應(yīng)用工具。其中，熱環(huán)境人工圖紙模擬設(shè)計(jì)主要結(jié)合綠色建筑與性能工具應(yīng)用優(yōu)勢，準(zhǔn)確地針對建筑熱環(huán)境涉及到的太陽輻射度問題進(jìn)行模擬。

并在此基礎(chǔ)上，借助剖面設(shè)計(jì)手段對不同時(shí)間段的太陽高度角進(jìn)行合理模擬與分析。而熱環(huán)境數(shù)字性能模擬設(shè)計(jì)方案主要結(jié)合數(shù)字軟件應(yīng)用方式，針對太陽輻射強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)模擬與分析。并通過合理組織建筑形體布局形式，立面設(shè)計(jì)等內(nèi)容，打造出一個舒適、安全的建筑熱環(huán)境體系。舉例而言，大梅沙萬科中心在設(shè)計(jì)過程中，參照立面太陽輻射強(qiáng)度進(jìn)行分析與模擬，形成具備藝術(shù)特色的建筑外觀[3]。

2.2 綠色建筑光環(huán)境被動設(shè)計(jì)與性能工具

照明能源作為建筑能耗問題的主要因素，需要借助天然采光，降低人工照明能耗問題。在進(jìn)行建筑光環(huán)境設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要集中考慮建筑熱環(huán)境以及光環(huán)境需求，以確保最終的設(shè)計(jì)結(jié)果科學(xué)、合理。建筑立面遮陽設(shè)計(jì)工作作為建筑光環(huán)境設(shè)計(jì)的主要方式，主要利用遮陽板的設(shè)計(jì)性能，反射并吸收大量太陽熱能，防止出現(xiàn)太陽直射室內(nèi)產(chǎn)生的眩光問題。

與此同時(shí)，利用光線路徑圖紙模擬設(shè)計(jì)方法，如借助剖面設(shè)計(jì)與構(gòu)件設(shè)計(jì)，適當(dāng)改變光的入射路徑，確保建筑室內(nèi)始終可以獲得均勻、穩(wěn)定的采光資源。對于低層建筑設(shè)計(jì)工作而言，設(shè)計(jì)人員需要針對屋面形式以及天窗設(shè)計(jì)內(nèi)容，確保室內(nèi)光環(huán)境得以改變。舉例而言，利用天窗功能，借助天空漫散光實(shí)現(xiàn)照明過程，為室內(nèi)提供源源不斷的自然光源。

2.3 綠色建筑風(fēng)環(huán)境被動設(shè)計(jì)與性能工具

綠色建筑風(fēng)環(huán)境被動設(shè)計(jì)與性能工具主要以風(fēng)的流動路線作為圖紙模擬依據(jù)。重點(diǎn)針對空氣流動的進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口位置，針對建筑風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行合理分析。舉例而言，漢諾威展廳風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)方案就是借助上述原理，實(shí)現(xiàn)熱壓通用風(fēng)與風(fēng)壓通風(fēng)的有機(jī)結(jié)合。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員主要利用流線型屋面設(shè)計(jì)方案，加速屋面附近空氣流動速率，確保室內(nèi)風(fēng)壓通風(fēng)效果，以期可以打造宜人、舒適的建筑環(huán)境。

結(jié)論：

總而言之，性能工具的廣泛應(yīng)用無疑是給綠色建筑設(shè)計(jì)工作帶來了全新的發(fā)展契機(jī)。如手工模擬設(shè)計(jì)方法逐漸轉(zhuǎn)化為動態(tài)模擬技術(shù)設(shè)計(jì)方法、性能工具逐漸升級等。在這樣的態(tài)勢下，綠色建筑被動式設(shè)計(jì)與主動式設(shè)計(jì)無論是在設(shè)計(jì)理念，還是設(shè)計(jì)內(nèi)容方面，均得到明顯加強(qiáng)。最重要的是，通過合理調(diào)整與優(yōu)化性能參數(shù)，往往可以直接推斷出合理的建筑形式，確保性能的理性需求與外觀美學(xué)效果得以體現(xiàn)出來。相信通過全體人員的不斷努力，綠色建筑設(shè)計(jì)工作勢必會發(fā)展的越來越好。