張喆

在綠色建筑的發(fā)展進程中，零能耗建筑成為非常重要的點，更是建筑節(jié)能方面研究最為重要的轉折點，也是建筑發(fā)展一種規(guī)律，在此方面的研究，很多國家都非常重視。本文從零能耗居住建筑設計實踐問題和意義出發(fā)，探討了此類建筑優(yōu)化設計技術實踐和策略，意在為相關研究積累經驗。

現(xiàn)今，人們對于環(huán)境產生的影響越來越大，所以，怎樣才可以將人們對于環(huán)境產生的影響降低到最小，成為了人們迫切需要解決的問題。人們生活中最重要的部分就是居住建筑，其與能源有著密切的關系。在萬物理論中，“能”為永恒，評價能源的是“?”，代表著能源效率模式。在解決環(huán)境與能源之間矛盾時，它成為了關鍵。為此，人們從生態(tài)優(yōu)化的角度出發(fā)，致力于進行零能耗居住建筑的優(yōu)化設計，下面內容就此進行簡要的分析。

一、零能耗居住建筑的設計實踐問題

國內在此方面的研究處在探索與論證的階段，還有非常多的問題需要解決，行業(yè)內對于此種類型建筑含義的理解以及認識，并不是非常全面，有部分觀點顯得有一些偏頗。對于當前已經建筑完成的一些標注著零能耗的建筑，并沒有得到廣泛地認可，有一些設計師作品，被反應存在造價過高、低碳并不低碳、不能滿足可持續(xù)發(fā)展要求的問題。這些都反應出，我國的零能耗居住建筑還需要很長的一段路要走，需要加大研究力度。

當前，國內的零能耗建筑發(fā)展需要面對瓶頸問題，建筑的理論標準與實際情況不符，也存在時效不足的問題，對其的認可度也不是非常理想，其中應用的評估體系需要以海量的評價標準為基礎，也就不利于評價快速進行。因此，對于已經建成的相關理念的建筑所進行的評價遲遲不能完成，也就不能體現(xiàn)出這些建筑的推廣意義。

社會處在了極大變化之后，能源、環(huán)境、人居質量、互聯(lián)網、智能化等很多復雜化的問題越來越多，這也要求建筑研究在新的方面有一定成果。并且建筑是一門復雜學科，因此想要實現(xiàn)零能耗居住建筑的優(yōu)化設計，還需要很多探索工作要做，最為主要的則是形成一套可行優(yōu)化設計和評估的方法，對此類建筑設計提供實踐指導。另外，對于不同的地區(qū)，其建筑屬性也不同，相關的物理邊界以及能量平衡邊界的具體方法依舊沒有確定，所以在今后發(fā)展還需要很多大量化工作需要進行，才能真正實現(xiàn)零能耗居住建筑的優(yōu)化設計。

二、零能耗居住建筑優(yōu)化設計實現(xiàn)的積極意義

從理論上看，零能耗居住建筑的優(yōu)化設計，對于我國生態(tài)城市的建設在全國范圍內推廣以及城市能源規(guī)劃的推廣有著重要的理論意義。零能耗居住建筑的基準模型設定以及其現(xiàn)實中的零能耗潛力和規(guī)模，在未來我國零能耗建筑、零能耗社區(qū)的相應研究和建設方面，有著拋磚引玉的意義。

而就具體應用層面進行分析，此方面的研究，主要方向是城市住宅的單體建筑節(jié)能和再生能源應用。以此對建筑設計進行優(yōu)化，利用現(xiàn)有技術條件，開展城市中居住建筑的零能耗可能性和潛力以及規(guī)模的研究，從而可以總結和完善并補充零能耗居住建筑方面優(yōu)化的技術手段和設計策略。除此之外，在零能耗居住建筑的研究中，技術和設計脫離實際問題還是比較常見，并且在設計后期運用技術性手段也不能達到良好的契合效果，因此將此類建筑付諸實踐，就可以為相關的研究者提供參考數(shù)據(jù)，從而能更好地改正和完善設計方案，進而達到零能耗的目的。

三、零能耗居住建筑的優(yōu)化設計的技術實踐

優(yōu)化設計實現(xiàn)可以從兩個方面進行考慮，一個是熱力學優(yōu)化，另一個是生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化。熱力學優(yōu)化又分成是三個層次，其一則是純熱力學的優(yōu)化，其二則是熱力學同經濟因素的結合，也就是熱經濟學的優(yōu)化，其三則是全面性優(yōu)化，包括生態(tài)方面的優(yōu)化。

對于生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化非常關鍵的一面則是生態(tài)評估，也就是計算節(jié)能廢料。對于此，研究人員提出從建筑物理系統(tǒng)熱力學和技術經濟的可行性角度進行突破，運用相應生態(tài)學物理表達方法，對優(yōu)化后的項目可行性進行綜合的評價。為此，需要把居住建筑放置在生系統(tǒng)之中進行思考，打破單一熱力學和熱經濟學的優(yōu)化束縛，也就形成了更全面的優(yōu)化設計理論和方法，從熱力學到經濟學再到生態(tài)學，形成統(tǒng)一論域生態(tài)的優(yōu)化設計理論和方法。

想要形成這樣統(tǒng)一論域優(yōu)化的研究，必須應用到的技術手段為“低碳可持續(xù)”“熱力學能量平衡分析原理”，結合壽命期動態(tài)分析模式，與多目標的優(yōu)化技術相結合，這樣才是更全面的零能耗居住建筑的優(yōu)化設計研究。其中需要設計多個相互影響的機制，包括經濟性、環(huán)境友好性、碳排放、能耗、主動技術、被動技術、典型建筑空間形態(tài)等，并且有三個非常重要論域的指標，包括生態(tài)性、經濟性、能源性，從而形成科學有效的優(yōu)化設計系統(tǒng)。

比如，NSGAII 遺傳智能的優(yōu)化方法，構建出多維度的數(shù)學模型，然后就其中典型例子做多目標的優(yōu)化求解，接著探究每種組合Pareto 空間的解集，設計出數(shù)據(jù)的調用庫，以為最后決策人員從不同偏好性和不同需要進行考慮，調用出最優(yōu)的數(shù)據(jù)，以解決優(yōu)化設計問題。

四、零能耗居住建筑優(yōu)化設計的策略

零能耗的居住建筑設計時，采用的普遍方法是盡量減少建筑體形系數(shù)，運用回廊或者中庭的形式，構成自然的通風和采光，并增強圍護結構隔熱性能；將能耗模擬方法運用在設計階段，通過建筑能耗模擬軟件模擬出建筑耗能表現(xiàn)和熱工性能，并適時地進行調整，從而滿足預定能耗的目標。在減少熱量方面，以建筑圍護結構方面的設計為主，也就是合理設計門窗和屋面，避免熱量傳出；另外，利用了再生能源，以實現(xiàn)零能耗和零碳排放，具體有地熱和太陽能源，這類高品位的能源。

1.一體化的太陽能建筑

此類型的零能源居住建筑，一定要有著緊湊高效空間布局，這也是零能耗的基礎，并且與當?shù)氐臍夂颦h(huán)境進行主動的響應。這種優(yōu)化方法，前期工作主要是針對建筑當?shù)氐沫h(huán)境信息進行收集和分析，這是必要的條件。其中最為重要的則是正確評估出本地的太陽能資源，還有濕度、場地生物條件、風環(huán)境、當?shù)乜衫觅Y源等。但是緊湊空間布局并不需要犧牲空間品質，而是充分發(fā)揮出空間可變性以及精神寄托，這也是此優(yōu)化方法的艱巨挑戰(zhàn)。

2.利用模擬能耗的軟件

近些年，計算機技術發(fā)展水平更高，尤其是輔助計算技術發(fā)展水平已經非常高，利用此技術可以有效地實現(xiàn)對建筑的設計、光、通風、熱情況的模擬，特別是建筑熱環(huán)境的模擬?，F(xiàn)今，可以應用的軟件比較多，包括EnergyPlus、DeST、Ecotect 等，其中Ecotect 軟 件 可以很直觀對建筑光熱環(huán)境進行模擬，并可以與Autodesk軟件進行合并應用，有著很清晰的操作界面，對于設計方案是不是節(jié)能有著很好的判斷，也能對方案進行調整。EnergyPlus 軟件和DeST 軟件則能非常準確地模擬出建筑通風情況，這就能讓自然通風和建筑熱環(huán)境的耦合實現(xiàn)，能夠非?？煽康啬M出建筑外部風熱環(huán)節(jié)和內部通風條件。

3.合理利用自然通風采光

在建筑中占有非常大比重能耗的是制冷、通風、供熱設備。針對此，零能耗居住建筑采用中庭設計，以實現(xiàn)自然的通風和采光，這是不能忽略的一點。特別是那種高層建筑，可運用中庭拔風效應，也能讓室內有均勻采光。另外，在很多綠色建筑中，應用雙層幕墻的方法，借助熱壓原理把室內熱量帶出，運用此方法的典型建筑則是倫佐·皮亞若的提巴歐文化中心。

4.主動式能源的設計

在建筑設計中，建筑表皮設計應當以有效對太陽能輻射進行控制為目的，讓建筑在一年之內可以最大限度地增加太陽輻射，并減少夏季中的太陽輻射。一體化太陽能設計理念已經應用，可是并不能對建筑的各個面均安裝太陽能板，而應當從多個角度出發(fā)，綜合地考量建筑屋面傾角、建筑朝向、用電負荷等，嚴格控制建筑經濟成本。在建筑中，考慮到系統(tǒng)效率提升和成本降低，一般在制冷用能、采暖、熱水等方面可以優(yōu)先采用光熱系統(tǒng)，當在轉換率低、負荷比較大的時候，可以轉化使用電能，這樣才進一步實現(xiàn)零能耗。

五、結語

綜上所述，我國在能源消耗方面非常大量，特別是最近幾年，人口增長、城市化進程加快，建筑面積也就越來越大，建筑所消耗的能源是社會總能源消耗中的重要部分。并且，我國的建筑領域中，建筑設計理念呈現(xiàn)為綠色建筑和節(jié)能建筑的思想，并已經逐漸成為主流。零能耗的建筑也是節(jié)能的一種必然趨勢，在未來的建筑中會成為一種普遍存在的形式。因此，必須要強化此類建筑的優(yōu)化設計研究。