建筑设计中绿色建筑技术的应用与优化策略探析

2024-05-17王宗琦李洪伟杨玥

建筑与装饰 2024年8期

王宗琦李洪伟杨玥

中国人民武装警察部队研究院北京 100020

引言

绿色建筑设计开展的过程中，需要深度结合技术要求以及所在地的自然气候资源情况展开综合规划分析，实现建筑设计与当地自然气候的和谐与统一[1]。同时在节能设计的过程中，还要深化智能技术在建筑设备系统中的应用，促进绿色建筑在设计实践中运营出更加节能的效果。

1 建筑设计中绿色建筑的设计原则

1.1 自然环境的和谐统一

建筑室内热工环境和自然气候之间具有非常紧密的关联关系，尤其是在追求人与自然和谐统一的观念指导下，建筑设计应深度融入到自然环境的基本特性和风格当中，进而避免过度的追求功能空间而影响自然环境的状态，甚至是对自然资源产生过度消耗[2]。因此在开展设计活动中，应注重所在地自然资源的利用，从原材料的应用、结构设计与施工等多方面中深度融合绿色环保理念，确保设计效果与自然环境之间的和谐统一。

1.2 “因地制宜”的选择场地

地块的选择不仅要注重所在地外部环境的选择，同时也需要强化对建筑实体区域中的地理环境、地址结构以地下水资源的选择[3]，进而实现基于当地资源的可持续优化设计，力求所在地的资源与建筑设计的功能性能够更加具有匹配性。同时区块内的资源分布应较为均匀并且具有实用性，深度适配并满足建筑的材料要求与设备要求。

1.3 全过程的节约能源资源

建筑设计往往具有终身性，设计质量直接决定了后续建筑在实际工作中的运维质量。因此在开展设计的过程中，不仅要注重建设本身材料的节能，同时还要尽可能的减弱对周边环境的资源损耗[4]。在被动式的节能设计中，充分利用太阳能、雨水资源，使其更好的为建筑设计的采光、保温以及给排水提供技术支持，确保设计工作的质量能够达到最佳的水平，实现全过程的资源节约。

1.4 强化舒适度水平的控制

随着人们对于美好人居环境要求的不断提升，人们对于室内热工环境的稳定性要求越来越高，而单一机械硬件设备来营造室内空气环境难免缺乏“自然度”，因此还需要从自然通风、自然采光等角度来提升建筑室内环境的整体环境感知，综合强化舒适度水平。因此在建设设计工具的使用中，可以积极引入建筑能耗模拟软件以及BIM软件工具的应用，进而综合强化设计决策质量。

2 绿色建筑节能设计的发展趋势

2.1 趋向于以人为本的设计理念

建筑项目开发的最终目的是为了保证人们的日常生活需求，同时设计的初衷也是为人提供一个良好的人居环境，并且维持住稳定的室内状态。因此建筑设计的核心是要实现以人为本，使得使用者能够感受到舒适、稳定、健康的热工环境[5]。对此在建筑材料的选择中，应积极选择具有低碳并且环境友好型的材质，使得建筑不再是“冰冷的钢筋混凝土”，并通过科学的材料分析来降低对基础材料的浪费。

2.2 趋向于节能减排设计方向

在“双碳”背景下，减少能源消耗并且实现减排已经成为各个行业优化自身技术升级的引导性发展战略。建筑工程本身属于耐耗品，需要切实的提升对各类高能耗材料的使用控制。因此无论是在设计决策还是在施工的过程中，都要对各类资源进行集成化的利用，在深度做到经济型节约的同时，还要做到环保性的要求，进而实现经济和环境的双向共赢。

2.3 趋向于生态化的人居环境

建筑工程的材料选择中大多来自于天然资源，建筑工程本身与生态工程之间具有较强的关联关系。因此在开展建筑设计的过程中，设计思想要深度融合生态化和可持续的发展理念，深度遵循环境一致以及可协调的生态原理，尽可能挖掘与利用可再生能源，实现人与环境相协调的目的。

3 绿色建筑节能设计的技术应用策略

3.1 建筑规划中的节能设计

在开展建筑规划的过程中，首先应从建筑的外部环境角度出发，综合考虑外部环境可能会对建筑产生的影响。尤其是在开展外部环境分析的过程中，深度探讨所在地微气候的情况，实现对外部资源的综合利用。园区设计中可以通过建筑周边种植花草树木来达到降尘和降噪的目的，还可以在园区的公共景观空间中设置雨水回收池塘，强化资源的循环利用。

3.2 外墙节能保温设计

外墙的保温质量直接决定了室内空气温度的波动情况，因此建筑设计中应深度强化外墙保温的设计，其设计要点应从整体性的角度出发，在保温设计中强化保温材料的应用（聚苯乙烯板、岩棉以及玻璃棉），并且在材料的选择中还要注重材料质量的过滤，保证材料在建筑全生命周期内的应用稳定性效果[6]。并且为了更好地迎合参数设计的要求，还可以积极采用轻质型外墙材料，必要时还可以在外墙中直接使用保温加固材料及墙体相变材料，尽可能保证保温系统的耐久性，营造稳定的室内环境。

3.3 门窗节能设计

在开展建筑设计的过程中，还要重点关注门窗的节能效果，合理的计算及控制窗墙比。综合考虑不同地区以及不同房屋朝向的功能性来保障门窗面积设计的合理性，最大限度减少在门窗位置中发生能量损失。在玻璃材料类型的选择上，应尽可能地选择多层中空玻璃或低辐射型的玻璃，进而综合保证门窗的热工参数稳定性，减少冬季热量的损失以及夏季热量的流入。在门窗节能设计中，还要兼顾好门窗的遮阳效果，通过合理化的优化设计，避免太阳辐射直接进入室内所产生的能耗增加。

3.4 屋顶节能设计

屋顶的节能设计是绿色建筑设计中重要的组成部分，由于屋顶的面积较大，并且长期暴露于外界环境当中，直接受到太阳的直射辐射，因此这也就成为建筑外表面中能耗最高的部分。而在屋顶的节能设计中，要重点强化其保温隔热性能的设计，同时还要保证其表面有较强的通风效果。而通过屋顶绿植的介入能够降低太阳的直接辐射，实现了场地面积的高效利用，达到了最优的节能效果。

4 绿色建筑节能设计的技术优化措施

4.1 跨学科合作与综合设计

绿色建筑的技术优化措施并不是单一学科的技术知识集成，而是需要多个跨学科的专业体系共同形成的设计综合体，通过多领域专家之间的密切协作，最终达到最佳的设计形式和设计效果。在整个过程中，跨学科的交互融合以及模型综合设计至关重要，而绿色建筑设计本身作为一种综合性的设计理念，还要深度兼顾好建筑生命周期内所有的过程要素，其要点涵盖场地选择、自然资源分析、能源应用形式分析以及室内环境质量要求等。尤其是在建筑材料选择的过程中，需要考究其对环境的影响，同时还要测评好其耐久性和能源效率等要点，进而找到对环境负担较小的优质材料。在能源利用形式的评估中，要综合考虑太阳能、风能以及可再生能源的利用，将能源系统作为整体性关联的整体，确保每项决策都能够为绿色建筑的整体性能做贡献。因此在开展功能设计中需要深化与工程师以及环境评估专家之间的合作，进而共同制定综合的设计方案。其中，由建筑设计师提供建筑设计外观、建筑空间布局以及建筑的功能设计要求；工程师提供项目可行的技术方案；环境评估专家对综合设计方案进行专门的环境综合评估，进而判断设计方案对生态系统以及生态环境的影响。跨学科的交互与交流是绿色建筑性能优化的关键措施之一，最终实现了建筑能耗最低的最佳技术组合。

4.2 数据驱动的决策与模拟

随着大数据时代的来临，由过程数据所驱动的决策和模拟也为绿色建筑的性能设计提供了科学和精确的引导。而这个过程中，基于BIM建筑信息模型的数字化工具为过程数据的积累提供了集成化的平台，实现了设计业务的协作与优化设计，极大减少了设计误差。BIM技术工具及其能耗模拟仿真技术实现了对设计模型的全过程复现，使得建筑设计师、工程师能够在协同的平台中实现交互式的工作，通过联动式的功能要义极大提升了设计质量与设计效果。同时通过实时的能耗模拟结果，也能够清晰展示出方案设计的成效。这不仅仅是传统二维设计技术的升级，也是一种全方位信息整合的可视化载体。而通过基于BIM模型的设计变量与元素调整，能够显著提升能源系统以及模型的设计效率，进而深度优化材料的应用质量以及空间布局的质量，工程师可以在协同的设计平台中模拟形状、尺寸、材料类型多室内环境参数的影响，BIM模型能够准确描述出每种材料的属性参数，最终计算出每种材料的成本价值及经济效益。同时基于数据协同的优化设计还能够发现潜在的设计缺陷与不足，进而能够对问题进行及时的纠正。而通过能源系统的实时模拟，设计团队能够发现早期阶段设计建筑的能源消耗情况，深度识别了潜在的浪费及能源效率低下的问题，在不断地综合评估中，辅助设计师逐级做出相应的调整，最终找到了最优的设计方案。

4.3 绿色建筑认证与评价体系

绿色建筑认证与评估是推动绿色建筑技术发展的重要引导性措施，在建筑行业的可持续发展中提供了标准化的技术措施引导。通过一系列的约束性评估指标设计，能够引导从业者在设计要素中引用更加环保和可持续的设计措施。其中，我国的绿色建筑评价标准、BREEAM评价标准以及LEED认证都是绿色建筑评估中的重要评估方法。其内容指标上分别设定了能源效率、水资源效率以及室内环境等多个指标进行耦合计算，最终为建筑项目设定了不同级别的认定，辅助设计者和运行维护者采用更加高效的环保技术策略，进而综合减少对环境的影响以及传统能源的依赖。其中，LEED评估标准主要激励设计人员以及项目业主采取创新化的环保技术措施及策略来对设计方案/既有建筑进行优化，进而降低建筑本体对于环境的影响。而BREEAM评估措施重点考虑了建筑生态系统的影响、能源的利用效率以及健康舒适的性能，进而对不同的参数标准进行了评级，通过不同的评级结果来促进设计人员重视生态系统的维护，为建筑的综合可持续发展提供了科学的指导。而我国的绿色建筑评价标准中，深度融合了我国本土的实际气候资源情况以及可持续发展的要求，尤其是对能源利用效率、环境影响参数给出了具体的评估与说明，进而使其更好的适配中国绿色建筑的发展要求。