大數(shù)據(jù)背景下融入綠色建筑構造技術的建筑設計

隨著大數(shù)據(jù)技術的提升，利用數(shù)理統(tǒng)計的方法分析各項綠色建筑技術的使用情況，總結(jié)出不同氣候地區(qū)使用的建筑節(jié)能技術，利用大數(shù)據(jù)來選擇適宜的構造技術將極大地降低綠色建筑設計的難度。

綠色建筑; 大數(shù)據(jù); 地區(qū); 構造技術

TU201.5A

［定稿日期］2023-03-23

［課題項目］湖南省教育科學規(guī)劃課題（項目編號：XJK20CGD069）、“城市規(guī)劃信息技術”湖南省普通高校重點實驗室、“數(shù)字化城鄉(xiāng)空間規(guī)劃關鍵技術”湖南省重點實驗室（項目編號：2018TP1042）

［作者簡介］李鶯（1976—），女，碩士，副教授，高級工程師，研究方向為可持續(xù)建筑。

0 引 言

建筑物在建造和運行過程中需消耗大量自然資源和能源，并對環(huán)境產(chǎn)生不同程度影響。綠色建筑推行將極大提高人們生活質(zhì)量與社會經(jīng)濟效益，節(jié)約地球資源，將大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘技術逐漸應用到綠色建筑領域，充分利用大數(shù)據(jù)體量大、維度多等特點，將大數(shù)據(jù)技術與綠色建筑相結(jié)合，推動綠色建筑的健康發(fā)展，利用大數(shù)據(jù)來選擇適合的綠色建筑構造技術，將為綠色建筑的實施提供巨大幫助。

1 綠色建筑大數(shù)據(jù)來源

綠色建筑大數(shù)據(jù)是綠色建筑的信息數(shù)據(jù)，來源于在其整個生命周期內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包含客觀環(huán)境數(shù)據(jù)、建筑物理信息、建筑能耗設備運行數(shù)據(jù)。在建筑設計方案階段，主要有客觀環(huán)境數(shù)據(jù)（包含室外溫度和濕度、室外風速、太陽輻射度、地理位置和PM2.5）、建筑物理信息（包含建筑圍護結(jié)構的材料和尺寸、樓層高度、門窗玻璃形式、建筑朝向、建筑面積、窗墻比和容積率等參數(shù)）。

2 大數(shù)據(jù)在建筑設計的應用

2.1 基于大數(shù)據(jù)背景下綠色建筑技術的選擇與優(yōu)化

由于我國領土面積的寬廣，中國氣候類型與氣溫與降水組合復雜的多樣化，也存在著熱和濕的差異，使得綠色建筑所采用的技術應與該地區(qū)的環(huán)境和氣候相適應，從而創(chuàng)造出對該地區(qū)最經(jīng)濟環(huán)保的綠色建筑。

2.2 大數(shù)據(jù)在綠色建筑領域的運用

將大數(shù)據(jù)實際運用到綠色建筑領域中，在復雜多樣的氣候地形條件下，如果有大數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)支撐，幫助優(yōu)化選擇，獲得在每個溫度帶適當?shù)募夹g，勢必能減少在綠色建筑技術的選擇時耗費的時間。因此，大數(shù)據(jù)是信息獲取必不可少的內(nèi)容，大數(shù)據(jù)在綠色建筑領域能耗預測、優(yōu)化設計、能源調(diào)度與用戶舒適度等方面提出新的方法與思路。

3 大數(shù)據(jù)在建筑設計的應用——以學生活動中心設計為例

該學生活動中心項目地址為夏熱冬冷地區(qū)某大學校園青山湖旁，該活動中心從“以人為本”出發(fā)，力求為學生營造一個環(huán)境優(yōu)美、功能多樣化、節(jié)能環(huán)保綠色可持續(xù)的活動場所，建筑依托地勢，并且依山傍水讓人感受大自然的美麗，提供觀賞價值的同時也提高了場內(nèi)活動人員視覺上的舒適度。建筑與山體的完美融合，呈現(xiàn)逐級退臺的建筑形態(tài)，從而在減少施工難度的同時得到大面積的室外平臺和屋頂空間，來供學生交流互動。設計前項目組進行了熱舒適訪談及問卷調(diào)查，共收回100份有效問卷調(diào)查，并用溫濕度記錄儀，點溫槍，全數(shù)字照度計等儀器分別對某高校已建的辦公樓、會議中心進行夏季和冬季的室內(nèi)熱環(huán)境狀況和建筑的熱工性能測試，共采錄了48 h數(shù)據(jù)，運用綠色建筑軟件進行節(jié)能改造方案的節(jié)能性能的模擬分析，以篩選出最優(yōu)融合建筑構造技術的建筑設計方案，運用到該設計中。

3.1 設計理念與技術亮點

（1）該地區(qū)夏季主風向為南風，建筑物坐北朝南，利用建筑物南向的湖水自然蒸發(fā)來給自然風降溫、增濕，同時建筑南向設計大量窗，在夏季可達到良好的自然通風效果，降低室內(nèi)熱負荷。建筑中心設計為中庭，正上方設計為天窗，充分利用自然采光以減少室內(nèi)燈具使用達到節(jié)能效果的同時可以欣賞天空之美，使建筑學與藝術美學相結(jié)合（圖1）。

（2）通過空氣流通分析，冬季暖流自然上升，可提升整個建筑的保溫效果，從而減少空調(diào)的使用，節(jié)能減排，且空氣自然流通不堵塞（圖2）。

（3）屋頂空間配置太陽能設備，利用太陽能供電和供暖，降低建筑能耗。部分屋頂做綠化處理，用于建筑物的夏季遮陽，降低頂層的室內(nèi)溫度從而降低夏季空調(diào)能耗（圖3）。

（4）建筑物旁有一個較大的湖泊，故采用水源熱泵機組來實現(xiàn)制冷與制熱功能，采用變制冷劑流量多聯(lián)機分體式空調(diào)系統(tǒng)，考慮該建筑使用率在50%～80%之間，壓縮機選取變頻式根據(jù)室內(nèi)熱負荷的變化自動調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速，同時設置熱回收方式進一步提高空調(diào)系統(tǒng)的能效比。

（5）建筑中庭上方設置天窗結(jié)構，充分利用自然采光減少室內(nèi)燈具使用的同時，亦可欣賞天空之美。在天窗附近設置室內(nèi)空氣排風口，冬季利用室內(nèi)排風的余熱來給玻璃升溫，夏季利用溫度較低的室內(nèi)排風來給玻璃降溫。

（6）分析全年逐時溫度，全年逐月峰值得出，利用自然通風和復合通風，選擇合適的圍護結(jié)構材料提高保溫性能，降低能耗，同時實現(xiàn)冬暖夏涼，使主要功能房間的室內(nèi)溫度達到熱舒適性要求，滿足人們對室內(nèi)舒適度的需求（圖4、圖5）。

（7）通過計算域內(nèi)的風速矢量分析，計算域內(nèi)沒有明顯的旋渦產(chǎn)生，表明建筑布局基本合理，速度分布可以對項目中建筑布局進行優(yōu)化，通過分析，人活動區(qū)內(nèi)未標示出風速小于0.2 m/s的超限區(qū)域，因此人活動區(qū)風速滿足綠標要求，項目可采用現(xiàn)有建筑布局。

（8）通過模擬分析，建筑各個熱橋部位，外墻屋頂、窗戶左右口、上下口、外墻凹凸墻角、樓板寄挑空樓板和內(nèi)隔墻，冬季室外計算溫度符合要求，內(nèi)表面最低溫度符合條件，各個位置均無結(jié)露現(xiàn)象。

3.2 綜合效益

（1）采用的水源熱系機組，使得空調(diào)系統(tǒng)沒有水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)，系統(tǒng)簡單，不需要機房，節(jié)省建筑面積，降低建筑成和設備采購費用，管理方便降低設備管理費。

（2）采用太陽能集熱器供熱采暖利用可再生能源，可以節(jié)約能源的使用，減少二氧化碳和二氧化硫的排放，太陽能集熱器維護到位則使用壽命較高，提高環(huán)境和經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

通過大數(shù)據(jù)分析，對建筑設計方案前期技術的定性選擇起到一定的指引作用，也為建筑設計融入綠色理念的應用提供了新思路，提高實踐創(chuàng)新能力。

利用大數(shù)據(jù)和建筑相關新技術解決方案，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、輔助決策等應用，將建筑環(huán)境、功能、空間、建構技術及經(jīng)濟等因素進行量化與整合，從設計規(guī)則出發(fā)生成設計方案。

參考文獻

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