绿色建筑理念下建筑节能设计措施研究

2022-08-26李晨

智能建筑与智慧城市 2022年8期

关键词：能耗太阳能绿色

李晨

（鄄城县规划建筑设计研究院）

1 引言

随着双碳目标的提出和建筑业高质量发展的需要，如何使传统的绿建节能设计在数字化、智能化背景下更好地发挥作用成为新的课题。

2 项目概况

以我国华北地区某市住宅建筑为例进行分析，该区域气候属于暖温带大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促，全年平均气温15℃，小区共规划15栋楼房，选取其中1号楼进行具体分析。本项目规划为绿色节能建筑，除传统的绿建四节一环保的要求外，还借助BIM设计，解决绿色建筑实践过程中全生命周期各阶段之间的信息沟通不畅、重复工作多、各专业协同差等技术问题。在设计初期，设计师就开始了绿色建筑的性能分析，尤其是能耗分析、采光分析等，对建筑性能进行量化统计，并转化成信息模型，使设计成果可以重复利用，将BIM 技术与绿色建筑设计相结合，凭借数字技术超强的计算能力和实时的动态模拟，为建成真正的绿色建筑提供了科学、合理的方向。

在项目方案规划过程中，首先基于项目的资料构建了BIM建模，在设计的全流程中，所有的参与者都可采用基于BIM的3D建模技术进行探讨和交流，这使BIM技术更加准确，信息更加丰富，表达更加直观，便于用户进行直观的观看和了解，从而大大提升了沟通的效果。此外，BIM的3D结构还保留了不同专业的详细资料，可以将其引入到相应的功能分析系统中，从而减少了模型的重构。

在设计初期，按工程中各个专业图纸进行扩展建模。对各个专业进行冲突检验，向工程公司和有关工程部门提出检验意见和改进意见。在得到设计图纸的变更后，对组合模型进行修正，避免设计错误，优化项目设计，降低变更造成的资源消耗[1]。同时，本项目在BIM 模型和相关模拟分析软件的基础之上，创建了一个模拟分析的平台，根据模拟分析辅助建筑节能设计方案。常用的模拟分析软件有Ecotect、Energy Plus 等。

3 绿色建筑理念在建筑设计中的具体应用

3.1 基地选址优化分析

在进行绿色节能规划时，应充分考虑其所处的地理环境，例如，位于北部平原地带，应考虑避风向阳，靠近工业园区的话，应采取保护措施，如果位于地势较高山地地带，应考虑房屋受山体的遮挡，如果是在海岸地带，应考虑房屋的方向和形状，以免被海岸线的湿气侵袭。在BIM平台中综合考虑水体、地形高差、温湿度等因素，并设定相应的设计参数，从而实现节约能源。

3.2 建筑采光通风优化分析

绿色节能环保建筑的建筑布局以避免过度的阳光照射和自然通风为目标，并依据建筑的地形特征实现建筑的通透与通风，使建筑通风、采光、自然环境相互协调，并充分利用各种自然资源，减少建筑能源消耗。

3.2.1 适于日照的绿色住宅节能建筑布局

节能型绿色住宅建筑在规划时，建筑间必须保持一定的间距，以保证建筑采光。日照直接影响室内采光，采用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，可降低室内照明能耗，营造舒适的居住环境。根据《民用建筑设计统一标准》（GB 50352-2019）中关于住宅建筑日照的相关规定，利用BIM软件Revit导出建筑模型，然后导入Ecotect软件进行日照分析，确定最优建筑布局，最大限度地吸收太阳能辐射。

3.2.2 通风分析

在建筑节能设计中，通常采用自然通风来达到排风、散热的目的，根据BIM 技术评价房屋通风时，主要考虑风影和风速，风影指的是风从某一特定的角度朝建筑物的方向上吹，当建筑物与风向角呈直角时，风影区域最大。目前国内尚无关于风速的具体规定，尚无统一的设计标准，而《绿色建筑评价标准》(50378-2019)则规定了建筑物的室外风速，即人行区的风速必须在5m/s以下，故在对室外风环境进行评估时，可采用BIM 软件，将其转化为CFD 计算的形式，从而进行室内空气环境的数值模拟。

本项目位置冬季较长，日短且温度较低，所以在进行自然通风时，要充分考虑到天气的特点，将BIM模型中的数据输入到Ecotect软件中，并在Ecotect软件中使用WINAIR(CFD)功能，并根据当地的天气资料，对建筑物的平面风环境进行仿真，得出建筑的主要风向是西北，所以必须在西北方向设计遮风植物，以削弱环境的主风向，使人行区的风速小于5m/s，从而形成一个良好的居住条件。

3.3 节水及水资源利用

我国占全球人口的22%、水资源总量的7%，水资源匮乏的问题突出。在建筑节水方面，应从节水、污水处理、充分利用雨水的角度兼顾水资源的开发和使用，并采取分质供水、推广节水设备等节水措施。该工程设计了中水利用、下凹绿地、透水地面等应用。

1）中水利用

中水系统就是将废水的一部分经过回收和处理，然后用来冲洗厕所，或者绿化。

2）下凹绿地

下凹绿地比周边道路或场地更低，降雨时，雨水会先进入下凹绿地，而下凹绿地内的雨水则会先满足绿地的需要，并蓄积地下水，降低树木绿化灌溉水量，实现资源的再利用。这一技术在干旱少雨的北方地区具有较好的推广应用前景。

3）透水地面

在非机动车道路、地面停车场及其他硬性地面上，均采用新型防水材料铺装。透水路面的透水透气性能较好，雨水可以快速渗透到地底，对土壤水分、地下水进行补给，维持土壤湿度，提高地表植被和微生物的生长环境。铺有透水砖的区域，不会在下雨后出现积水；夏天，还可以吸收水、热，调整地面区域温度、湿度，有利于调整城市小气候，降低城市热岛效应。

3.4 节能与能源利用

绿色建筑环保设计要从整体规划，环保材料，设备选型和智能化系统等方面入手，采用减少能源利用，提高能源使用效率和充分利用清洁能源多管齐下的方式。其中最重要的是强化外围护结构，以被动式为主，主动式为辅。

3.4.1 围护结构

围护结构主要包括屋顶、外墙和门窗等。屋顶的结构分为平面屋顶、坡面屋顶和流线结构屋顶，屋顶的节能设计，可以从材料、颜色、坡度、方向、隔热层和热工结构等方面进行，在高温的夏天可以减少室外的热量，在冬天的时候可以防止热量的流失。外墙是保证建筑物内部热舒适的重要组成部分，其结构形式包括：陶粒实心砖、加气混凝土砌块、集热墙等多种组合墙。外窗具有采光、保温、通风等功能，在很大程度上影响着住宅的能源消耗，在一定范围内布置隔热系统、通风系统等可提高用户的居住舒适度，另外，窗户与窗户的比例（单一墙壁的窗户与墙壁的比例）对建筑节能也十分重要，窗墙比越大，则供暖和空调的能耗也越大，所以，应控制窗墙的比例[2]。

图1 建筑能效管理系统

3.4.2 太阳能的利用

在绿色建筑建设中，太阳能的应用方向主要有两个：一是太阳的光热利用，即使用太阳能供应热水；二是把太阳能转化为电力的太阳能光伏系统。

太阳能光伏发电技术，因为其技术、费用、能源转化效率等问题应用范围受限。在住宅中，也普遍采用了太阳能供暖的方式。但过去因其结构的落后，只局限在多层建筑的结构中。当前，在施工中，采用了与施工单位的联合方案，将太阳能面板与大楼相融合，从而有效地解决了在高层住宅中采用太阳能和热水的问题[3]。

3.5 智能化系统自动监控室内能效

建筑通风、空调、照明等设备采用智能化系统自动监控，可提高系统运营效率，降低建筑能耗，提高舒适度。建筑能效管理系统（见图1）利用现代化通信技术、嵌入式技术、实时数据库、云计算云存储技术，实现对建筑进行能耗数据采集、分析、处理、能耗在线监测、动态分析，加强建筑节能运行管理，实现能耗采集、能效测评、能耗统计、能效公示、节能服务等各项重要工作，并可给运行维护人员处理建议，达到节能减排、提高能量利用效率的目的。其以能源管理和节能决策为目标，实时采集设备系统的运行信息与能耗相关的数据，通过分析、控制和管理等手段，优化用能和消除能源浪费，提高运营管理的效率与服务质量。