面向設計初期的建筑節能優化方法

葉飛

摘 要：隨著經濟社會的快速發展，對建筑節能的要求越來越高。探討如何做好建筑設計，發揮其在建筑節能中的作用具有積極的現實意義。本文以建筑設計工作為立足點，通過對設計初期建筑物節能優化設計的分析，從而就該節能優化設計的具體應用展開研究。

關鍵詞：建筑；節能設計；優化；設計初期

1 前言

我國社會經濟的快速發展和城市化進程的不斷加快，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。為了節約利用寶貴的能源，保護脆弱的生態環境，我們必須要對建筑進行節能設計。而設計初期作為決定建筑形態的關鍵因素，更是建筑設計人員需要重點關注的。因此，面向建筑物設計初期的各項工作，對建筑物此部分設計方案的節能性展開深入規劃，不僅可以為后續設計和施工工作的進行奠定良好的基礎，還能夠推動我國建筑行業健康可持續發展，為我國發展低碳經濟營造良好的市場環境。

2 設計初期的建筑節能現狀

在國外，許多建筑學家都在研究如何將建筑節能這一元素融入到設計的初期階段當中，經過一段的時間的研究探索，在國外已經出現了不少成功的案例。如在意大利，建筑師倫佐在設計吉巴歐文化中心時，將自然通風的想法很好地與建筑造型的設計相融合，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計仙臺媒體中心時，為了改善室內的視覺效果，達到節能的目的，他提出將采光井以及通風井相結合的方案，并取得了成功[1]。

在國內，隨著近年來國家不斷貫徹、落實“四節一環保”的理念，綠色建筑事業逐漸興起并且得到了快速的發展，因此國內大部分建筑師也開始注重建筑在初期設計環節的節能問題。雖然近年來國內建筑設計師在建筑的節能環保方面做出了不少成績，但是仍然在設計的初期階段，也就是建筑方案設計階段，存在著兩個方面的問題。一方面，能源環境工程師并沒有介入到建筑設計師的方案設計工作，而建筑設計師在進行方案設計的時候一般首先考慮的是建筑整體的藝術感、美學意義以及建筑本身所要傳達的寓意等因素，然后再考慮如何將節能環保的因素糅合到已經成型的設計方案當中，這樣一來，建筑的節能效果也就大打折扣。因此建筑設計師應更加重視建筑設計的節能環保，調整自身的設計方式[2]。另一方面，雖然也有部分設計師能夠意識到讓能源環境工程師參與方案設計的重要性，但是在設計的過程中，能源環境工程師一般只提供定性的建議，并沒有根據實際的建筑要求提供相應有效的建議，從而導致建筑方案的節能理念與工程的設計理念相矛盾，無法真正落實節能環保。因此筆者認為建筑設計師與能源環境工程師應該有一個良好的溝通，方能使能源環境工程師的建議更加貼合建筑的設計理念，將節能的效果提高到最大。能源環境工程師在參與建筑設計初期所采用的工具一般都是模擬軟件。而隨著關人員的長期努力，已經開發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據資料和相關曲線給建筑設計師，配合設計師以節能為目標作出相關規劃，但是如果想要真正達到輔助建筑設計師設計節能優化的建筑方案，模擬軟件的幫助還遠遠不夠。其原因在于如今大部分模擬軟件在數據的輸入、輸出以及建模方案設計特點與需求、計算時間存在著差異性，這就必然導致設計師必須不斷重復設計，而且即便重復設計為未必能夠糾正原先存在的數據錯誤，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計評價的作用，但對于設計初期的方案建議，模擬軟件起到的輔助作用可謂微乎其微了。

3 面向設計初期的建筑節能優化

3.1 明確設計流程

首先，草圖設計。該階段完全依賴于設計師的創作，因此不會輔助利用模擬軟件，要求設計師具備扎實的知識技能，以及豐富的設計經驗。其次，開展總體平面設計。該階段從建筑環境、造型入手，開展環境、日照模擬工作，根據模擬結果修改設計中的不合理之處。以環境模擬為例，能夠獲得采光條件、風壓系數，繼而優化平面設計，實現良好的采光、通風效果。另外，模擬結果能提供多項數據，為節能方案的制定打下基礎。同時，做好單體方案設計。該階段設計完成后，直接決定了建筑的整體性能。一般情況下，此時應該對單體設計方案進行模擬分析，從可行性、經濟性兩個方面進行評價，避免出現方案型費能的現象。以圍護結構為例，通過熱性能模擬分析可以獲得不同參數，最終確定最佳的節能方案，降低能源損耗。對通風效果進行模擬時：先看當前設計是否滿足通風要求；再提供開口的口徑數據，從而減少修改次數，提高設計效率。最后，對單體設計方案進行完善。對設計方案進行完善，主要是利用模擬數據信息預測建筑的負荷大小，對所有單體模型進行評價，看是否達到整體節能的標準要求。如果某個單體的節能不達標，就應該及時進行微調[4]。

3.2 應用模擬軟件

當前建筑節能設計中，已經離不開模擬軟件的支持，主要用來總體平面設計、單體設計兩個階段。由此可見，提高模擬軟件的性能質量，才能保證設計方案的科學性。以圍護結構、采光、通風三個要素為例，對于模擬軟件的要求如下：首先，在圍護結構上，模擬軟件能夠分析建筑造型、布局對圍護結構熱性能帶來的影響，分析不同設計方案中的參數差異性，幫助設計師確定最佳參數。其次，在采光上，模擬軟件利用建筑信息了解室內的一年采光度，制定照明電量的節約方案，為采光設計提供數據[5]。另外，設計期間也要考慮可見光透過率、窗戶數量等因素。最后，在通風上，利用模擬軟件計算自然通風條件下，建筑節省的能源多少，從而確定通風口的位置和大小。如此能避免設計盲目性，減少后期修改次數。

3.3 模擬軟件的功能要求

首先，圍護結構的熱性能方面，模擬軟件應該可以利用建筑造型以及布局等信息對圍護結構熱性能所造成的影響進行分析，同時，還可以對設計方案當中不同參數間存在的差異進行分析。其次，天然采光方面，模擬軟件應該利用已經獲取的信息對整年的室內采光效果進行預測，并且通過比較節省的照明電量提供給設計師對方案進行設計時的參考依據。最后，通風方面。模擬軟件應該分析自然通風在整個建筑中可以節省能源的總量，從而明確是否應該設計大面積的通風口。另外，模擬軟件還應該針對不同的開口面積設計出適當的評價方案，以便于建筑師在設計時可以具有針對性，從而有效的避免了后續的修改工作。

4 結語

隨著經濟的不斷發展，人們對環保意識越來越強烈，尤其是對建筑設計的要求也越來越高。建筑方案設計作為建筑設計的初期階段，在整個建筑設計中起決定性的作用，因此想要讓整體建筑達到節能環保的標準，就不得不在方案設計階段認真考慮節能環保因素。這就給目前的建筑設計師帶來新的挑戰。鑒于目前國內建筑設計師較少與能源環境工程師合作而導致建筑的節能效果較低的現象，筆者建議國內的建筑設計師在方案設計階段引入“模擬輔助思想”，通過模擬軟件的輔助設計來達到最優節能效果；此外為了更好地協助建筑設計師工作，相關工作人員在采用模擬軟件時需要根據不同要求選擇最適合的工具，將節能優化效果擴展到最大。

參考文獻：

[1] 張姬.面向設計初期的建筑節能優化方法[J].居業，2016（5）：37～38.

[2] 譚云平.建筑節能設計方案優化對成本的影響[J].住宅與房地產，2017（18）：36.

[3] 郭蕾.面向設計初期的建筑節能優化方法[J].建材與裝飾，2017（45）：55～56.

[4] 建筑節能關鍵技術研究與示范[J].中國建設信息，2007（4）：43～51.

[5] 肖峻.智能化建筑電氣節能優化設計[J].科技與企業，2015（11）：107.