节能环保型园林建设中的层次化FPGA划分算法研究

苑 毅,赵秀明,周剑凤

(兰州文理学院 传媒工程学院,甘肃 兰州 730000)

0 引 言

节能型园林是以合理和循环利用资源、节约资源、降低施工能耗为目标的园林施工模式,是指在园林建设的过程中,即规划设计、施工、养护等每个部分都需要最大程度的节约水和电等能源,有效的增加能源的使用率,降低能源的损耗[1-2]．建议使用天然的能源,例如风能、太阳能和水力等资源．除此之外,还采用反光以及荧光材料构成的园林物品如标志牌等,这样不但可以塑造节能型园林的绿化,还可以形成别具一格的园林景像．

目前园林所面临的机遇和挑战主要来源于几个方面:生态转型、气候变化和人为因素、全球化和本土化．而我国长期沿用的园林设计和潜规则已经不具备先进性,具有很多弊端, 致使设计建设出的园林景观能耗指标相当于气候、地质条件相同情况下下发达国家的2～3倍[3-5]．21世纪阻碍中国发展的最大问题之一是能源匮乏,同时我国具有13多亿人口,故目前水和电等诸多能源的日趋减少已成为限制我国发展的关键问题,而且随人口的持续增加和能源的消耗,该问题的严重性会更为突出．为此,有必要在明确区分各个条件的指导下,建立数学模型,并用电子计算机进行辅助设计,从而探讨建筑节能问题[6-7]．

1 存在问题

园林行业是比较消耗资源和能源的行业,特别是对土地、水、电和材料等需要非常多．当今我国的园林行业发展非常迅速,对于节能型园林也进行了研讨和应用,然而仅仅处在倡导时期．在设计和施工过程中仍然重视开发以及速率,不重视节约能源和环境保护[8]．又由于行业本身无特定关于节约能源和环境保护的规章制度来制约,导致其无序发展,没有制定长远的节能计划,节能工作仅仅鲆欣投资部门和设计人员的本身的素养,获取的效果不好．而且我国目前没有较好的节能激励机制,在此状况下,节能型园林的设计将会出现高风险、髙投资和高技术的特点,虽然长期效益会很好,但因为人们通常会注重当下的利益,导致节能型园林发展速度迟缓．还会出现的问题就是在根据层次区分的园林规划、设计以及施工过程中,领导、投资人员以及规划设计人员通常没有节约意识,会认为好的园林环境是需要昂贵材料和庞大的资金构成的,投资越多园林项目越好．所以在我国的城镇园林建设过程中,产生了诸多形象工程、政治工程等[9]．

另外园林行业的在节能方面的技术不是很好,应用也不是很普及,在某种程度上限制了节能化的发展．当今我国园林行业在节能技术方面的投入较少、缺乏改革创新,能够为设计者以及投资方供应的资源很少;大部分的节能技术、工艺和设备需要依赖国外进口,导致早期资金投入过多,抑制了人们建设节能型园林的积极性．现阶段已经有一些节能方法运用到园林建设当中,但是因为保养和维护以及管理水平不高,导致大多数的节能装置无法长期使用．所以新技术以及新能源成为园林行业规划设计节能型园林所面临的难点．

2 园林施工节能设计模型原理及分析

2.1 施工前提条件

(1) 自然环境条件 若园林施工的工程有差异,则其相应的的自然环境也有比较多的不一样．在园林施工的过程中主要包括能源的来源、排水、结构、树木、假山、水池、绿化带等[10]．但是无论是哪类园林施工,其施工过程中一定要详细分析本地的自然环境,这样可以确保其设计的科学性,可以确保城镇同园林相得益彰,从而取得一举两得的效果．

(2) 人力条件 在园林工程施工过程中,设计人员可以知道开发商的需求,再以本地的地势地貌和水文地质条件等为基础设计出最科学的规划,同时依据本身的经验投入恰当的人力、物力和财力,确保园林施工过程中的交叉重复工作,确保园林工程的施工质量和施工进度[11-12]．除此之外,施工者也能依据本身的经验运用多种节能技术,使其能够节约能源和保护环境．

2.2 能量消耗计算原理

园林施工一小时消耗能量计算公式为

qw=MwCp(to-ti).

(1)

式中:Mw为空气的质量;Cp为空气定压比热;t为温度,下标w,o，i分别为整体、室外、室内能量强度强度．园林的瞬时热流强度可表示为

Io=IDcosθ+Idcos2(s/2).

(2)

式中:ID,Id分别为平面上的日逐时直射、散射太阳辐射强度；θ为太阳入射角；s为墙面的倾角．太阳辐射透过窗玻璃后,室内的瞬时热流[13]．利用式(3)可得出园林对象是否适合加装光伏组件，有

I1=AwScIo(t∂).

(3)

式中:A为面积;S为不可利用能量系数．

单位面积热传导进入室内的瞬时热流量为

qci=(t0-t1)R-1.

(4)

式中:R为空气的热阻．

2.3 数学模型和计算方法

具有间断系数的一维热传导方程为

(5)

式中：a(x)为导能系数,它在各层内均为常数；i为时间；x为能量散射的距离．而x1,x2，…,xM均为a(x)的第一类间断点．

初始条件:

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

(6)

对维护结构的外表面有

(7)

式中:q为热稳定系数；v为太阳辐射热反射系数.

对维护结构, 取壁厚的一半处为外边界, 则有

(8)

对维护结构内部各层连接处心,(j,j+1)有

(9)

式中：k为能量系数；j为各层连接系数；x为常数.

(10)

式中：h为对流换热系数;I为对能量的吸收系数;Aw为园林景观地表面积.

使用本公式可计算出正确的能源消耗,加以规避,最终达到节能的目的．

2.4 权重的取值范围

因为层次划分的园林施工的特殊性,需要特殊分析取值范围．特征向量为W(k),将W(k)归一化后,得到一级指标层相应元素对于目标层因素相对重要性的权重向量集为

(11)

在此范围外的数值可基本判断为无用值．

2.5 注意事项

在园林施工过程中,需要重视统筹部署以及科学计划．防止出现重复建设和运输以及能源消耗过大的现象[14]．在前期准备过程中,一方面需非常认真的了解设计图纸等相关材料,另一方面需非常仔细的勘探现场,掌握现场的地形地貌、水文、地质、土壤和管路等状况[15]．以现场条件为基础设计具体的、科学可行的施工组织计划以及材料采购计划．

在园林施工过程中,应恰当地规划机械设备特别是大型机的使用时间,最好能做到大型机械设备在使用时间上能够集中使用,防止出现由于重复运输导致的多余资源损耗．当采购材料时,也需做到详细的采购安排,最好材料集中采购,这样将降低材料运输导致的多余资源损耗[16-17]．在园林施工过程中,科学部署施工现场的布局和相关的施工者,防止出现布置不科学导致的多余资源损耗,防止出现重复用工、停工的现象．此外还要科学部署施工的进度,例如花草树木的种植尽可能在阴雨天前施工,这样既能够提升花草树木的成活率[18],也可以降低花草树木在水能方面的消耗.同时要避免“为了节能而节能”,忽视了园林景观在当地气候、湿度等条件下的基本保温/降温要求[19-20]．

3 影响园林节能成果的其他非计算因素

3.1 主动式节能

主动式节能为科学部署园林施工顺序,使其确保节能．园林施工中,施工者能够把不可再生资源转化成可再生资源,譬如太阳能和风能等,设计出风车等设备,即做到控制能源资源,也能够储存能源资源,达到节能的效果,同时实现可持续发展战略．然而因为会受到不同条件的制约,其不可以真正应用到工程中,故设计人员仅可以把部分小型的太阳能发电机应用在园林施工过程中,以达到节能的目的．

3.2 被动式节能

被动式节能为设计人员依据本地的实际状况进行科学建设,达到与园林建设和谐统一,最终使其确保节能．园林施工中,即由施工者分析本地气候条件等自然元素以后,将植物、地形地貌以及建筑等每个元素重新设计,确保其科学性,从而确保园林工程的质量,使其与周边环境和谐统一,最终达到理想的施工效果．在施工过程中,同时保证景观效果和实用性,建设一个优美又环保的环境是最终目标,故施工者在采用被动式节能技术的过程中,一定要将本地的条件进行具体剖析．与主动式节能技术相比,被动式节能技术更加节能．但想实现这个目标,则需设计人员将本地的自然条件进行具体剖析,把施工过程中全部的设备以及材料的功能充分开发,在增加施工效率的前提下确保其施工质量,达到节能的效果．

由于园林项目中绿化项目其本身的目的就有改善气温、吸收二氧化碳和调节城市小气候的效果,故其本身即是低碳节能项目．在设计以及施工中重视因地因事制宜,做到施工低能耗,环保节能,便更加可以体现节能型园林的特长．

4 结束语

节能环保和低碳低能耗为园林项目发展的必然趋势,这需相关专业人员在工作中持续改革创新,融入先进的科学技术,并将其改良,从而达到适用于园林的施工建设,除此之外,施工者还需加强管理,这样也可以实现理想的施工效果,从而实现节约能源,保护环境的目的,使城镇和园林达到和谐统一,为人们创造一个优美又环保的生活环境．