基于绿色建筑理念的住宅建筑规划节能设计研究

摘要：为了促进我国绿色建筑的发展，基于绿色建筑理念利用BIM、Ecotect软件平台对住宅建筑进行节能规划设计，包括建筑基地选址、建筑布局节能设计、建筑围护结构节能设计等，以某三居室为例，对其建筑布局节能设计、建筑围护结构节能设计进行分析，确定了建筑的最佳节能设计方案。

关键词：绿色建筑;BIM技术;Ecotect软件平台;围护结构

中图分类号：TU201.5;TP311

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）09-0066-04

1 建筑住宅的绿色理念提出

20世纪初开始，我国建筑住宅业出现了飞速发展，对推动我国经济的发展做出了重要的贡献，但是与此同时建筑行业的发展也严重破坏了我国的生态环境，根据相关统计我国建筑能耗已经占了能源消耗总量的27.6%，因此，绿色住宅将是我国住宅建筑发展的必由之路，以绿色理念为指导的可持续建筑行业发展势在必行。关于节能建筑很多学者也进行了研究，如2012年Anna Laura Pisello等基于能耗分析软件建立的评价模型，应用Energy Plus软件进行能耗模拟，验证了模型的适用性[1]。2017年李雯通过软件模拟进行能耗分析，分析我国生态居民建筑在节能方面的优势[2]。大部分专家认为基于绿色理念的住宅建筑规划节能设计是强调人与自然的和谐共生，基于资源高效利用的原则，减少住宅建设中的废弃物，降低住宅能耗，实现住宅内外物质能源系统良性循环。

2 基于绿色理念的住宅节能建筑规划设计

2.1 绿色住宅节能建筑基地选址

由于住宅建筑的位置和周边环境可以直接影响住宅的微气候环境，因此在对绿色住宅节能建筑进行设计时需要合理利用周围的自然环境，如住宅处于北方平原地区，则建筑选址需要注意避风向阳，如紧邻工业区则需要设置防护绿带，如住宅处于有起伏的中部丘陵或山区，则需留意山体的阴面和阳面，如在沿海地区则需注意建筑朝向与体型，需避免受到海边潮湿寒气的侵蚀。选址时将住宅建筑的生态因素如水体、地形高差、温湿度等整合在BIM软件中，设置相关参数选择适宜的基地，以达到节能的目的。

2.2 绿色住宅节能建筑布局节能设计

住宅绿色节能建筑布局节能设计以防止过多的太阳辐射及保持自然通风为原则，根据具体的住宅建筑地形特点实现空间的通透性和开敞性，确保建筑的自然采光和通风，通过合理的布局实现建筑通风、采光以及自然环境之间的协调关系，充分利用自然资源，降低建筑能耗。

1）适于日照的绿色住宅节能建筑布局。绿色住宅节能建筑在规划时，不同建筑之间必须留出相应的距离，以保证建筑采光接受日照。日照间距与建筑的高度、两建筑之间的距离、建筑的容积率和占地率等相关，因此参照和GB 50352-2005《民用建筑设计通则》、CB50180-93《城市居住区规划设计规范》中对住宅建筑日照的相关规定，采用BIM软件的Revit中导出建筑模型进行格式转换之后导人软件Ecotect中进行住宅建筑日照分析，确定最佳的建筑布局，使建筑尽可能的接受太阳能的辐射。

2）适于通风的绿色住宅节能建筑布局。绿色住宅节能建筑在设计过程中需要通过自然通风实现排湿和散热，基于BIM技术对住宅建筑的通风进行评判时考虑两个因素，一是风影，二是风速，风影为风从固定的角度吹向建筑的方向，当建筑与风向角垂直时，风影范围最大;当建筑迎风面与风向成一定夹角时，风影范围则会减少。由于当前我国对风速没有明确的规范要求，因此无统一的设计标准，但《绿色建筑标准》对建筑室外风速有明确的指标要求，要求建筑周围人行区风速低于5m/s，因此，评价室外风环境时可以通过BIM设计软件将建筑设计模型导出为计算流体动力学CFD软件支持的格式，对建筑的室外风环境进行模拟计算。

2.3 建筑围护结构节能设计

建筑的围护结构是指建筑的屋顶、外墙、外门窗等。建筑的顶部形态可分为平屋顶、坡屋顶和流线型屋顶，屋顶的节能设计主要包括屋顶的材料、颜色、坡度、方向、保温层的热工设计等，则炎热的夏季少吸收外界热量，寒冷的冬季避免热量的散失。外墙是避免建筑室内热舒适环境不受外界环境影响的主要构件，节能设计中常用的材料有粘土实心砖、加气混凝土砌块、集热墙等各种复合墙体。建筑外窗具有采光、保温隔热、通风等功能，很大程度上决定了建筑的能耗，通过设置合理的隔热体系、通风体系等满足使用者的室内舒适性要求，此外窗墙比（单面墙体的门窗洞口面积与该墙面面积的比值）对建筑节能也十分重要，窗墙比越大，则采暖和空调的能耗也越大，因此，必须限制窗墙面积比[3]。在《居住建筑节能设计标准》JCJ26-2010及JCJ134-2010中規定了南向窗墙面积比一般控制在0.35以内。基于BIM技术对建筑围护结构进行节能设计时，可以设置相关的墙体、屋顶各层材料的导热系数、比热等，确定最佳的施工方案。

3 绿色住宅节能建筑设计实例分析

3.1 软件选择

建筑建模分析当前应用的最广泛的软件为BIM技术，随着BIM技术快速发展，其为建筑节能设计提供一个全新的思路。基于BIM技术的建筑节能模拟体系是在以BIM模型和相关模拟分析软件的基础之上，创建一个模拟分析的平台，根据模拟分析结果建筑节能设计方案[4]。常用的模拟分析软件包括Ecotect、Ener-gy Plus等，由于Ecotect界面友好，操作简单，分析快捷，能够直观反映参数设计优化的正确趋势[5]，因此本文选择BIM模型中的REVIT软件与Ecotect软件相互结合，利用BIM模型中的REVIT软件在方案设计阶段创建建筑模型，通过IFC数据格式和Ecotect之间进行数据交换，在设计的任意阶段对方案进行分析和模拟及节能策略的选择。

3.2 建筑模型

选择我国中部地区的某城市住宅小区建设为例进行分析，小区的设计平面图见图1，该区域气候属于温带大陆性季风气候，四季分明，全年平均气温12℃以上，小区共规划15栋楼房，选择坐北朝南的一栋楼房（共6层）的顶层一个三居室户型为例进行分析。根据所选择户型的基本设计参数，运用Revit Ar-chitecture软件建立设计建筑的BIM模型。建模具体过程包括：在利用Revit Architecture设计平台建模前，先处理简化CAD设计图纸，然后转换格式导人建模平台，见图1。建筑围护结构性能、自然通风状况、窗墙面积比等都是影响建筑能耗的重要因素[6]。由于篇幅有限本文以建筑布局节能设计和围护结构节能设计为例进行分析。

3.3 绿色建筑布局节能设计

3.3.1 日照分析

日照直接对室内采光产生影响，通过合理的建筑透明围护结构设计方法充分利用太阳的光、热特性降低室内照明系统的能耗，营造舒适的居住环境，根据《建筑采光设计标准》GB/T50033-2013规定，在Re-vit Architecture模型中建模之后导人Ecotect软件对案例三居室的日照和光影、采光和照明进行分析，日照和光影进行模拟分析结果见图2，图2中蓝色线是一天24h的太阳运动轨迹，蓝色线为太阳夏至运动轨迹，红色线为冬至日太阳运动轨迹，水平面为太阳的辐射范围。选择的三居室位于最前面楼，其余三面环绕建筑，南面无遮挡，采光较好。采光和照明分析结果见图3，图3中不同的颜色代表不同的平均采光系数，由蓝色到黄色平均采光系数依次变大。选择的三居室的平均采光系数为4.69%，室内靠近窗户的地方采光系数较大，在房间进深、卫生间等没有窗户的地方采光系统为1%左右，完全满足室内卧室采光系数在2%-7%的范围内的标准，满足节能要求。

3.3.2 通风分析

自然通风是建筑节能设计中惯用的一项技术手段，由于住宅小区所处地区冬季较为漫长，长达四个多月，盛行西北风，日短天寒，位置为市区，在进行自然通风设计时应该充分考虑气候特征，利用BIM软件中的数据模型导人Ecotect软件中，选择Ecotect软件中的WINAIR （CFD）选项，结合所在地区的气象数据，模拟建筑模型的平面风环境，得到的结果见图4，根据图4可知，住宅小区的主导风向为西北方向，因此，需要在西北方向设置挡风植被以此减弱小区的主导风向，使建筑周围人行区风速低于5m/s，以提供舒适的居住环境。同时阳台选用通风式玻璃幕墙，玻璃幕墙包括内外两层玻璃，两层玻璃之间相当于一个小型的温室，形成气流循环，冬季时由于外部气温低，温室内的空气温度高产生热压，气流上升到建筑内部，然后室外和室内的空气再被吸人内部空间进行加热，如此循環，可以有效地降低建筑热损失;夏季时可以双层玻璃可以起到遮阳的作用，总之，应用通风式玻璃幕墙冬季可以保温，夏季可以降低空调能耗。

3.4 绿色建筑围护结构节能设计

将三居室BIM建筑模型划分为6个空间，导人Ecotect软件，将模型细分为6个热工分区，添加地区的相关气象数据，根据原设计图纸材料定义的模型中屋顶、外墙、外窗等相关参数，见表1，在模拟过程中设置卧室及客厅采用空调系统，其余空间采用自然通风系统，开空调时室内的温度在18℃ -28℃之间，空调运行区间的总人数为4人，空调运行效率为96%，客厅的空调运行时间为5h，卧室的空调运行时间为6h，空调运行时每th进行1次换气，导人Ecotect软件之后计算能耗，方案一的模拟空调设备运营年能耗为6192.038kW-h，方案二的模拟空调设备运营年能耗为6023.967kW-h，因此，从节能角度考虑，节能建筑的屋顶、外墙、外窗等设计采用方案二。

4 结语

住宅建筑是一类能耗较高的建筑，本文在绿色建筑理念的指导下，利用BIM、Ecotect软件平台进行了住宅建筑的简单规划设计，以某三居室为例进行了实际的能耗分析，为绿色住宅建筑的发展提供了一定的理论支持，通过实践可知，绿色住宅建筑可以降低建筑的能耗，符合我国可持续发展的国策。

参考文献

[1] Anna Pisello， Michael Bobker， Franco Cotana.ABuilding Energy Efficiency Optimization Method byEvaluating the Effective Thermal Zones Occupancy[J].Energies， 2012，5（12）： 5257-5278.

[2]李雯，农村典型生态建筑节能效率评价——以土坯房和草砖房为例[D].武汉：华中科技大学环境科学与工程学院，2017.

[3]孙力，罗会龙，谢金梅，等，温和地区窗墙比对居住建筑能耗影响分析[J].节能技术，2019，37（02）：130-133.

[4]高明，基于BIM技术的多层办公室建筑节能设计与应用研究[J].建筑技术，2016，47（09）：846-849.

[5]谢斌，胡望社，姚建政，基于Ecotect的建筑遮阳采光节能设计优化策略[J].建筑节能，2017，45 （12）：44-50.

[6]邱相武，赵志安，邱勇云.基于BIM技术的建筑节能设计软件开发研究[J].建筑科学，2012，28（06）：24-27+40.

2、塑料粘接知识——表面处理：

聚氯乙烯的特性，PVC有硬质PVC和软质PVC之分，PVC具有良好的化学稳定性和介电性能，由于分子结构中具有极性基因，可溶于酮类和四氢呋喃等溶剂。故可采用溶剂粘接法、热熔粘接法进行粘接，或者用胶黏剂进行粘接。

就硬质PVC而言，属直链状均聚物，尽管质硬，但也含有高达5%的增塑剂，这就使得运用一般的胶粘剂难以粘接。另外，均聚物溶解比较困难，溶剂粘接也比较困难，最好采用热气焊法连接硬质PVC。由于PVC表面存有增塑剂、油脂、粉尘等，无论采用哪一种粘接工艺，都会影响粘接性能，所以必须进行严格的表面处理。

作者简介：肖国泓（1979-），女，汉族，重庆人，大学本科，高级工程师，研究方向为规划设计、建筑设计、绿色建筑及建筑节能设计。