建筑节能设计

摘 要：通过设计降低建筑的能耗,可减少全球的能耗,有利于保持整个生态系统的稳定.节能建筑的设计与评价密不可分,节能评价是实现建筑节能设计的必要手段,节能建筑的设计要求建筑设计人员在设计阶段对所设计的建筑进行建筑能耗分析,以评价建筑方案是否节能.本文提出建筑节能并行设计方法,实现设计过程和评价过程的交叉、并行及协调.

关 键 词：建筑物；节能；设计；方法；交叉、并行及协调

1建筑节能设计方法现状

目前常用的建筑节能设计方法有两种：按规定性指标设计和按性能性指标设计.按规定性指标设计是指建筑物体形特征和围护结构热工性能等均按有关建筑节能标准进行设计.性能性指标由建筑热环境质量指标和能耗指标两部分组成,按性能性指标设计是指在同时满足建筑热环境质量指标和能耗指标的前提下,设计人员可自行确定建筑物体形特征和围护结构热工性能等的具体技术参数.

按规定性指标设计使设计人员摆脱了复杂的计算分析,在保证工程设计的合理性和成功方面有重大作用,但由于确定规定性指标主要考虑普遍情况,而每一个工程都有其不同于普遍情况的特殊性,因此规定性指标对适用范围内的一个具体工程往往不是最佳的,即按规定性指标很难进行优化设计,同时按规定性指标设计容易阻碍新技术的应用和压抑设计人员的创造性.按性能性指标设计使建筑节能设计标准具有充分的灵活性,为新技术的采用和具体工程项目的最优化创造了条件.

按性能性指标设计需要对所设计建筑进行能耗分析,进而评价所设计的建筑是否节能,建筑能耗计算方法和节能评价方法的选择成为这种设计方法的重要内容.国内对建筑节能评价的研究相对缺乏,目前建筑节能评价通常采用比较建筑能耗计算值和相关节能标准指标值的方法,建筑能耗计算值则通过相应的能耗分析软件获得,若评价结果表明所设计的建筑并不节能,则需要设计人员凭借个人的设计经验对设计方案进行反复修改.国外已基本解决建筑节能设计标准灵活性和建筑节能评价方法问题,初步实现了建筑围护结构的节能平衡分析,但设计信息与评价信息之间缺乏沟通,尚未实现建筑设计过程的动态评价和建筑设计的全局优化.

按性能性指标进行建筑节能设计存在如下缺点：

(1)过于依赖能耗分析软件.

（2）过于依赖设计人员的设计经验.实际上,目前得到权威结构确认的能耗分析软件数量不多且推广程度不大,就能耗分析软件本身而言,仍存在提高运行速度、改进人机界面等问题.

2建筑节能并行设计理论基础

2.1建筑节能设计信息模型

信息科学是以信息为研究对象、信息的运动规律为研究内容,把扩展人的信息功能作为研究目标的科学.依据性质来分类,信息可分为语法信息、语义信息和语用信息.语法信息指事物运动的状态和方式；语义信息指事物运动状态及状态改变方式的含义；语用信息指事物状态及状态改变方式的效用.

设计是为实现一定目标而寻求和选择满意的备选方案的活动,它反映出设计对象的状态,因此建筑节能设计可看成一种语法信息,节能设计的过程就是信息的运动过程,信息运动规律可应用于设计过程中.信息科学研究的信息运动规律包括信息产生、信息提取、信息再生、信息施效等四类.

在建筑节能并行设计中,设计对象是指节能设计的对象,即建筑平台；设计主体为设计人员和计算机软、硬件系统；设计对象本身所包含的设计信息即为产生信息；信息提取过程是指设计主体从设计对象提取试探性设计所需信息的过程；信息处理过程是设计主体根据试探性设计信息进行节能评价的过程；设计主体根据设计目标和信息处理结果产生决策信息,这一过程即为信息再生过程；设计主体根据决策信息进行确定性设计的过程就是信息的施用过程；作用于设计对象的确定性设计信息即为受用信息.信息提取、信息处理、信息再生、信息施用由设计主体完成.

2.2并行设计理论

并行设计属于设计理论和方法学的范畴[3,4,5],其本身也是设计理论和方法学的研究对象.并行设计强调产品开发各环节之间实现最大程度的交叉、并行及协调,其实质就是把传统的“设计——评价——再设计”的大循环转变为多次的“设计——评价——再设计”小循环,以便尽可能早地发现设计中存在的问题.工程设计本质上是顺序性、交互性的,所谓“并行”并不是指同时进行,而是指逐步、交替地实现设计、工艺、管理等活动,在设计阶段的每一步骤都最大可能地考虑到有关后续环节的约束,由此,并行设计所说的“并行化”应当理解为通过对产品设计对象和设计进程的精心分解,达到有效的协同实施开发周期中诸多子活动、子任务的目的.

从信息科学角度看,设计过程可分成分析、综合、评价三个过程组成.分析的作用是根据事物的功能需求,把客观世界简化为模型,把问题分解到可以解决的程度；综合的作用是把元素组合成一个能工作的整体,提供多个备选方案；评价的作用是检验设计方案是否能实现既定目标.分析和评价都需要接受评价产生的反馈信息,设计者反复回到设计过程的起点,完善和改进设计方案,直到满足设计的需求.

如果有与之相适应的描述设计对象的方式,使得提前进行的下游环节子任务仍然有他们所需的完整信息,那就完全有可能把子任务按其处理对象重新组成一些彼此相对独立的工作循环,并使这些工作循环在一定程度上并行进行.

3建筑节能并行设计过程

3.1建筑节能并行设计过程分解

建筑节能并行设计的设计分解应根据建筑节能设计的一般规律来进行.综合考虑建筑节能评价的17个分项指标[6],将建筑节能并行设计过程分解成如下四个步骤：

①建筑所在地选择.采暖度日数、空调度日数、采暖期太阳总辐射量、空调期太阳总辐射量等4个室外气象特征固化于建筑所在地,在建筑节能并行设计中,当建筑所在地确定后,这4个参数即为常量,无需进行节能评价.

②体型特征设计.体型特征设计的内容包括：极限体型系数设计、体型完善系数设计、建筑朝向设计等.为方便用户输入,建筑节能并行设计软件实现时可将3个体型特征的输入转换为输入建筑长度、宽度、层高、层数和朝向.

③窗墙比设计.窗墙比设计是指建筑前向、后向、左向、右向窗墙比的设计.建筑节能并行设计软件实现时可将前向、后向、左向、右向窗墙比的输入分别转化为窗户宽度、高度和窗户数量的输入.

④构件类型设计.构件类型设计的内容包括：屋面传热系数、热惰性设计,外墙传热系数、热惰性设计,窗户传热系数、吸收系数设计.

结束语

设计过程从总体上来说是顺序性的,但设计过程可分成多个阶段,各阶段包括若干子任务,每个子任务分别工作于设计对象的不同方面.设计过程中不一定要等所有子任务完成后才开始后续设计活动.