徐娟 江西省建筑設(shè)計研究總院集團有限公司

1 前言

建筑設(shè)計理念和內(nèi)容直接影響建筑節(jié)能效果，因此，想要提高節(jié)能效果，應(yīng)控制調(diào)整建筑設(shè)計。在設(shè)計階段將節(jié)能理念融入建筑結(jié)構(gòu)和不同單體中，選擇具有高度節(jié)能降耗的建筑材料，使建筑結(jié)構(gòu)保持正常功能的同時，能夠有效節(jié)約對能源的利用，從而實現(xiàn)有效的節(jié)能設(shè)計和建設(shè)。

2 建筑節(jié)能設(shè)計要求

建筑節(jié)能指的是在建筑設(shè)計、構(gòu)建和使用過程中，減少對能源的消耗并保障建筑質(zhì)量。建筑設(shè)計不僅影響建筑施工過程中的能耗，對后續(xù)建筑使用時的能耗也有較大影響。因此應(yīng)提高對建筑設(shè)計階段的重視，通過節(jié)能設(shè)計，提高建筑節(jié)能效果。在進行建筑節(jié)能設(shè)計時，應(yīng)滿足以下幾點要求。

其一，保持室內(nèi)環(huán)境宜居。建筑建設(shè)的目的是為人們提供生活和工作環(huán)境，因此應(yīng)保障建筑室內(nèi)環(huán)境的舒適度，避免因節(jié)能造成環(huán)境惡劣的情況。

其二，確保能源的合理利用。想要提高節(jié)能效果，應(yīng)從提高能源利用效率的方向發(fā)展，通過合理利用能源，提升能源利用效率，進而減少對能源的需求，實現(xiàn)能源的節(jié)約使用。

其三，堅持建筑能源可持續(xù)發(fā)展。在進行設(shè)計的過程中，應(yīng)堅持綠色可持續(xù)發(fā)展理念，通過恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計，循環(huán)使用能源，進一步提升能源的利用效率，減少能源耗費。

其四，堅持節(jié)能設(shè)計與成本相協(xié)調(diào)。由于部分建筑節(jié)能設(shè)計的成本較高，并不適用于所有建筑中，因此在設(shè)計過程中，應(yīng)根據(jù)建筑的預(yù)估成本展開設(shè)計，使建筑經(jīng)濟效益與節(jié)能相契合，從而使建筑節(jié)能設(shè)計保持長遠發(fā)展。

3 建筑能耗特點

建筑能耗是指在建筑施工和使用時產(chǎn)生的能源耗費，在建設(shè)施工過程中，建筑能耗主要包括：建材構(gòu)件、運輸施工、人員管理等；主要能耗包括：建筑空調(diào)、取暖、照明、供給水以及建筑結(jié)構(gòu)能耗（如門、窗、圍護結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生的能源消耗）。

建筑能耗特點主要體現(xiàn)在不同功能建筑上的能耗差異較大，如公共建筑和住宅建筑，以及城鄉(xiāng)不同類型的建筑等。公共建筑中的能源消耗一般大于住宅建筑，城市中的能源利用效率一般高于鄉(xiāng)村建筑。因此在進行建筑節(jié)能設(shè)計的過程中，應(yīng)結(jié)合實際的建筑特點進行合理設(shè)計，才能有效提高建筑的節(jié)能效果。

4 建筑設(shè)計中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

4.1 建筑設(shè)計中BEM建模耗能預(yù)測

BEM又稱建筑能耗模型，其能夠通過建模方式合理預(yù)測建筑能耗，從而幫助設(shè)計人員了解建筑設(shè)計的實際情況，并結(jié)合建筑能耗的實際情況，調(diào)整和修改建筑設(shè)計，提高能源使用效率，避免過度耗能的情況。

在構(gòu)建BEM模型的過程中，首先，應(yīng)進行參數(shù)化建模。該階段需要利用建筑模型數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化參照模型。通過分析和轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)的通用模型，在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和數(shù)據(jù)下進行轉(zhuǎn)化，成為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能參照模型。

其次，自動化仿真。在模型的基礎(chǔ)上，加載自動化仿真能源耗費程序，從而提供對工程的建設(shè)效果。使用EnergyPlus軟件對模型能耗進行模擬和計算。在運行過程中，通過模擬管理器控制整體模擬計算過程，借助數(shù)據(jù)生成建筑模型，全面能耗模擬建筑在自然條件下的室溫控制、光照調(diào)整以及空調(diào)運行等情況，導(dǎo)出模擬結(jié)果進行計算。在模擬過程中需要人工輸入氣候變化情況，在不同氣候條件下，分析建筑能耗模擬情況，從而得到相應(yīng)的耗能結(jié)果。

最后，預(yù)測建筑能耗情況。使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對建筑能耗結(jié)果展開分析計算，從而提高能耗預(yù)測的準(zhǔn)確性。通過構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，全面分析相關(guān)數(shù)據(jù)，使用公式：

其中ω為不同神經(jīng)元之間連接的權(quán)值，m為神經(jīng)元，其收到的信號為Am[]1，θ為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拈撝?，通過計算對不同神經(jīng)元結(jié)構(gòu)承重的魯棒性和可靠性進行分析，從而提高對問題的了解情況，幫助信息的有效傳遞，不斷提高計算建筑設(shè)計中的相關(guān)能耗。

結(jié)合實際應(yīng)用情況進行分析，選擇不同建筑案例中的相關(guān)數(shù)據(jù)，將建筑使用時間規(guī)定為2500h，建筑全年進行采暖和制冷，其負荷為（Eh，Ec），并分析其數(shù)據(jù)，了解不同因素影響下的建筑能耗情況。設(shè)置影響因素，以建筑幾何影響為例：建筑立面、門窗比、室內(nèi)面積、層高等，分別選擇相應(yīng)的建筑參數(shù)進行分析和計算，如表1所示。

表1 建筑幾何參數(shù)取值范圍

根據(jù)參數(shù)進行計算，借助EnergyPlus方法計算該數(shù)據(jù)下的能耗情況，并分析模型仿真能耗的情況。通過計算能夠了解到，不同區(qū)域如南方和北方對建筑供暖和制冷方面能耗的需求存在差異。在此基礎(chǔ)上，建筑的幾何形狀對建筑能源消耗存在較大影響。通過使用BEM模型的方式，能夠合理計算建筑能耗情況，進一步預(yù)測和分析工程的建設(shè)效果，便于建筑設(shè)計的調(diào)整和優(yōu)化。

4.2 節(jié)能建筑場地布局設(shè)計

在建筑節(jié)能設(shè)計的過程中，應(yīng)考慮不同的影響因素，如建筑場地、平面布局等方面，均會對建筑使用過程中的能耗產(chǎn)生影響，因此在實際的設(shè)計過程中，需要借助恰當(dāng)?shù)墓?jié)能布局設(shè)計，降低建筑能耗。

4.2.1 場地區(qū)域設(shè)計

在場地設(shè)計的過程中，影響建筑能耗的主要因素為場地區(qū)域的氣候因素，具體包括：光照情況和溫度變化情況。在建筑選址時，環(huán)境的地形地貌不同，直接影響建筑室內(nèi)的熱環(huán)境，如表2所示。

表2 不同地形地貌的熱環(huán)境情況

在分析場地朝向時，應(yīng)盡量結(jié)合實際區(qū)域和需求來選擇，優(yōu)化建筑朝向設(shè)計，從而減少能耗。以寒冷區(qū)域為例，在對該區(qū)域開展建筑設(shè)計時，由于寒冷區(qū)域的供暖消耗為最大的能耗項目，降低能耗的主要方式是提高建筑自然供暖效果，減少供熱過程中的能量消耗。因此，通過調(diào)整建筑朝向，使更多太陽輻射進入建筑中，能夠有效增加室內(nèi)的熱量，降低對采暖的需求。一般情況下，對于北方寒冷城市來說，房屋朝南效果最佳，但由于地理位置和陽光射入方向等影響，不同區(qū)域存在一定差異。設(shè)計人員可以使用Weather Tool軟件和EnergyPlus數(shù)據(jù)庫，計算不同區(qū)域的建筑最佳朝向。例如，北京市建筑最佳朝向為南偏東17.5°，而大連市的最佳朝向為南偏西20°。

4.2.2 建筑平面布局設(shè)計

在對建筑平面布局優(yōu)化設(shè)計的過程中，應(yīng)對比和分析不同平面形狀的耗能情況，常見建筑平面為正方形、長方形、圓形和三角形。在分析時應(yīng)控制不同形狀的建筑體積，保持建筑體積相同的情況下進行能耗對比。假設(shè)將不同形狀的建筑物底面積和高度進行控制，如正方形邊長為10m，將建筑的窗墻比控制為0.3后，利用EnergyPlus和BEM模型全年能耗模擬計算，并對結(jié)果加以分析。對建筑采暖和制冷時消耗的能量計算和對比，計算二者之和并對比。其中長方形建筑的整體能耗量最高為12651.19kW·h，圓形建筑的能耗最小為9289.96kW·h，正方形建筑能耗小于三角形建筑。因此，在對建筑平面開展設(shè)計的過程中，在條件允許的情況下應(yīng)選擇圓形和正方形建筑。

4.3 建筑單體節(jié)能設(shè)計

建筑單體節(jié)能設(shè)計過程中，應(yīng)考慮建筑室內(nèi)能耗情況及建筑圍護結(jié)構(gòu)，通過恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計優(yōu)化，減少制冷和供暖過程中能量的逸散情況，提升能量的使用效率，進而優(yōu)化建筑節(jié)能效果。

4.3.1 門窗節(jié)能設(shè)計

門窗節(jié)能設(shè)計時，需要分析窗墻比及其材料和隔熱保溫情況。在分析窗墻比時，建筑窗戶面積增大時，其能夠吸收更多太陽能，且通風(fēng)效果得到提升，但同時也在一定程度上造成大量的能量逸散，因此應(yīng)結(jié)合實際情況調(diào)整窗墻比，使舒適度和耗能情況達到相對平衡狀態(tài)。在南方溫度較高的環(huán)境中，對窗墻比的要求不高，但在較為寒冷的北方區(qū)域，窗戶接收太陽能有限，但由于室內(nèi)外溫差較大，窗戶對能量逸散的影響相對較大，需要控制窗墻比。一般按照朝向不同，給出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。如朝南建筑應(yīng)小于0.5，朝北建筑應(yīng)小于0.23。

4.3.2 墻體節(jié)能設(shè)計

在墻體節(jié)能設(shè)計時，主要方式是增加外墻保溫和設(shè)置墻體內(nèi)保溫設(shè)施，降低室內(nèi)外溫度差帶來的影響，減少能量逸散情況，通過保溫層設(shè)置，不僅便于北方區(qū)域減少室外寒冷溫度的影響，同時在南方炎熱環(huán)境同樣適用，其能夠有效減緩?fù)饨鐭峥諝獾挠绊?，實現(xiàn)冬暖夏涼，起到良好的節(jié)能效果。外墻保溫設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合不同位置的情況，選擇相應(yīng)的保溫材料類型。常見類型包括：硅酸鹽保溫材料、鋼絲網(wǎng)水泥泡沫板、硬泡聚氨酯保溫板等。墻體內(nèi)保溫是在室內(nèi)進行設(shè)計應(yīng)用，以達到保溫節(jié)能的效果。常見技術(shù)為：安裝保溫板、涂抹保溫砂漿等。目前隨著節(jié)能需求的不斷提升，墻體自保溫技術(shù)同樣得到有效應(yīng)用，通過在墻體施工構(gòu)建的過程中，優(yōu)化圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計性能，使其自帶較強的保溫性能，從而能夠有效提高保溫節(jié)能效果，同時減少建筑成本消耗。

4.3.3 屋頂節(jié)能設(shè)計

屋頂厚度有限，并且高度較高，受太陽能輻射較為嚴重，并且高度的風(fēng)力較大，冬季較為寒冷，對建筑能量消耗相對較大。在對屋頂進行節(jié)能設(shè)計的過程中，主要通過兩方面進行控制。

其一，提高屋頂隔熱能力。以南方地區(qū)為例，其在夏季受到溫度影響較為嚴重，為控制熱量影響，可以設(shè)計架空隔熱屋面，在屋面防水層上方設(shè)置一層混凝土結(jié)構(gòu)，使該層不直接與實際的屋頂結(jié)構(gòu)接觸，從而減少陽光輻射對頂層室內(nèi)的影響，并且架空結(jié)構(gòu)不影響通風(fēng)，從而避免高樓大風(fēng)影響，在風(fēng)流過時還會將架空層的熱空氣帶走，起到良好的隔熱效果，降低室內(nèi)制冷消耗。

其二，提高屋頂保溫能力。在建筑屋頂設(shè)置種植屋面或蓄水屋面，一方面能夠充分利用屋面的空間，提高對空間和太陽能的利用；另一方面，在設(shè)置種植區(qū)域和蓄水設(shè)施時，有利于增加屋頂?shù)暮穸龋蛊浔啬芰Φ玫教嵘?，從而減少能量逸散，提高保溫效果。

4.4 建筑節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計

除上文中的相關(guān)節(jié)能設(shè)計，在建筑的相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)應(yīng)用過程中，仍存在一定的能耗情況。如空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等，在長時間的使用過程中消耗大量的電能。在進行建筑節(jié)能設(shè)計時，應(yīng)優(yōu)化調(diào)整此類系統(tǒng)，減少能源浪費情況。

在設(shè)計照明系統(tǒng)時，主要應(yīng)控制公共空間光源，如使用LED節(jié)能燈代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源，減少電能消耗。在公共區(qū)域設(shè)置智能控制系統(tǒng)控制照明設(shè)備，使用紅外感應(yīng)設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光感和聲控照明設(shè)備，提高對生物識別的精準(zhǔn)度，從而真正實現(xiàn)人來燈亮、人走燈滅，有效提高光源控制靈活度，從而降低照明過程中的能源消耗。此外，針對不同區(qū)域設(shè)置不同照明標(biāo)準(zhǔn)，如室內(nèi)和辦公室，設(shè)置300lux，走廊等區(qū)域設(shè)置50lux~70lux的照明標(biāo)準(zhǔn)，滿足用戶需求的同時減少能源耗費。

設(shè)計建筑用水系統(tǒng)時，通過構(gòu)建屋頂綠化或屋頂蓄水等方式，提高對水資源的利用，同時在建筑內(nèi)部設(shè)置循環(huán)用水系統(tǒng)，如調(diào)整衛(wèi)生間便器水箱或設(shè)置簡易凈水裝置，重復(fù)使用雨水等，減少水資源浪費現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

綜上所述，為提高建筑節(jié)能效果，應(yīng)在建筑設(shè)計階段樹立節(jié)能意識，將節(jié)能理念充分體現(xiàn)在不同的設(shè)計環(huán)境，提高整體建筑的節(jié)能效果。設(shè)計人員應(yīng)分析建筑能耗影響因素，從不同影響方面進行調(diào)整，充分發(fā)揮出建筑節(jié)能效果，提高能源使用效率，構(gòu)建綠色節(jié)能建筑。