低碳建筑的设计技术

摘 要：伴随气候不断恶化,追求“低碳生活”已经成为全人类的共识.在这种背景下,作为主要影响因素之一的建筑更成为人们关注的焦点,低碳建筑也正成为建筑发展的一种趋势.

关 键 词：低碳；建筑；设计技术

1低碳建筑的重要意义

低碳建筑的概念目前也没有很明确的定义.尽可能少的温室气体排放可以被认为是低碳建筑,定义低碳建筑可以参考低碳经济等相关概念,我们可以将低碳建筑定义为在建筑材料与设备施工建造和建筑物使用的生命周期内,减少能源使用,提高能效,降低二氧化碳的排放量,为人们提供合理舒适的建筑环境.建筑师对建筑、市镇以及它们在空间上的分布所做的决策对能否实现“可持续发展”而言至关重要,能源、原材料的消耗、碳排放水平等都将取决城市的发展模型.

2低碳节能建筑设计的原则

2.1引入“低碳节能”观念,掌握节能技术,树立节能意识.

积极利用低能耗资源和自然资源,是搞好低碳节能建筑设计的关键.低碳节能的建筑设计应以“低碳、节能、技术”为发展模式,在整个设计过程中,关注建筑节能、环境特征的表现和技术的运用,使之融入建筑设计中,产生建筑形象.因此,设计在尊重自然环境、减少能源消耗的同时还要从环境保护、资源节约的角度考虑建筑功能与生态环境稳定性和持久性.

2.2低碳节能建筑设计的特点应符合整体设计与多元共融

结合当地文化内涵,发掘不同建筑类型的特点,开发适合本地生态环境的新型能源和技术,整合并完善建筑功能,以满足使用者对适宜的、高舒适居住环境的追求,提升整个设计的环境质量和文化品质力求科学化、逻辑化、智能化、系统化的设计,使整体功能适应各种功能性质的使用要求.“建筑当随时代”,倡导低碳节能建筑设计,是我们在建筑创作中应该明确的主导思想.

3应用当代科学方法与技术手段的低碳建筑设计

3.1基于数字化技术的低碳建筑设计技术

总的来说,数字化技术主张采用国际先进的数字化技术对建筑整体或重点部分进行科学的分析、预测、监控、反馈、控制,从而减少建筑物碳排放量的释放,达到低碳建筑的基本要求.技术措施一：低碳建筑设计借助数字化技术的相关软件,可以进行建筑碳排放量的模拟与测算,在几分钟内便可计算出建筑的碳排放,同时,利用数字化技术也使建筑低碳化设计中的物理环境条件的参数化设计和数字化精确调控成为现实,另外,数字技术结合环境科学可以对建筑将来的碳排放指标、低碳效应进行准确的计算.技术措施二：低碳建筑设计可以借助数字控制技术,借鉴和使用当前前沿的生物技术、防污染技术、再循环和资源替代技术、生态式的能量供应技术以及环境保护技术,建立以建筑与自然环境共生、减少碳排放量的建筑节能技术体系.技术措施三：低碳建筑设计可以借助数字技术在使用和管理上的优势,串联起数字管理系统、给排水系统、供配电系统、照明系统等子系统,形成以计算机系统为主的综合系统,实现对建筑中所有的机电设备和能源自动控制、电讯网络自动控制,确保建筑物有关设备的合理高效运行.在这里,数字化技术控制下的主系统类似一个处理单元,决定驱动部分做何种控制方式反映,以期达到控制建筑碳排放量的目的.

3.2基于物联网的低碳建筑设计技术与方法

物联网是新一代信息技术的重要组成部分.物联网的英文名称叫“TheInterofthings”.顾名思义,物联网就是“物物相连的互联网”.因此,物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络.通过物联网技术,可以对建筑物进行前端数据采集和监控管理,依托智能建筑信息集成系统为平台,结合集成分项能耗计量系统,运用适合于各个类型建筑的节能管理系统,并通过对建筑准确的分项能耗计量、公示、建筑环境监测、建筑设备运行监控,实现用能监督管理；通过科学的能耗数据诊断、分析,找出不合理的用能症结,以改进管理的形式实现针对暖通空调、照明等关键耗能系统的改造实施,降低建筑物能耗的使用,实现降低碳排放量的目标.

3.3基于仿生学的低碳建筑设计技术与方法

仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学,主要研究生物体的结构、功能和工作原理,并将这些原理移植于工程技术之中,发明性能优越的仪器、装置和机器,创造新技术.仿生学对低碳建筑的影响就是将仿生学的成果和思想方法引入到低碳建筑设计领域.

3.4建筑腔体概念的设计模式与方法结合

建筑生态的技术特性,相关学者借鉴仿生学的学科方法,针对低碳建筑策略,提出了“建筑腔体”的概念.所谓建筑腔体,即建筑采取适宜的空间体形、运用相应的技术措施,能够利用或辅助利用可再生能源,在运作机制上与生物腔体相似,高效地好地营造出低碳排放高舒适度的建筑,其基本设计模式及策略如下：在设计的初始阶段,就注重场地的微气候因素；其次,分析场地环境在物理意义上的形态所造成的微气候,增强对基地的具体能量流特征的认识；接下来的设计整合过程中,考虑技术要素的建筑化处理,转换腔体类型发挥其生态作用,也就是说,反映在低碳处理上,腔体的构件注定会成为减少碳排放的一个重要因素；最后还需要进行技术性的评价,以作为反馈和修正的依据.因此,建筑腔体的设计过程,就是在既定环境和资源条件下,一种通过合理设计和技术选择,在各种“条件”与“需求”之间达到平衡的过程.运用这种建筑腔体的概念进行低碳建筑设计,可以获得比采用常规做法少的碳排放量而达到同样的室内舒适性.

3.5遗传算法在低碳建筑设计中的应用

生物的进化是一个奇妙的优化过程,它通过选择淘汰、突然变异、基因遗传等规律产生适应环境变化的优良物种,这显示出了其对自然环境的优异自适应能力.受其启发,人们致力于对生物各种生存特性的机理研究和行为模拟.遗传算法,就是这种生物行为的计算机模拟中令人瞩目的重要成果.建筑物的低碳消耗既与建筑本身的特点有关,也与室内外的环境因素有关,要想减少碳排放量就要对这些因素进行综合优化,这是一个很复杂的问题.遗传算法很适合于各种优化问题,例如建筑热能的优化设计与控制、建筑热舒适度的优化设计等.而且,遗传算法非常适合于事先没有非常明确设计观念以及同时可能有很多种设计方案的情况,在这种情况下,不可能一个一个对个体进行测试.遗传算法不对每个具体的解决方案进行测试,它依赖于优化基因解决方案性能的能力,因此,遗传算法检测定与强壮优化个体具有类似基因或从其演化而来的个体都具有很好的性能.遗传算法不仅仅针对于可能解决空间中临近方案群的性能,它持续关注整个解决空间所有可能的方案.

4结语

随着建筑行业在社会能耗和碳排放量方面所占比重很大,人们更加清楚地认识到的排放对全球气候带来的巨大影响.“低碳”理念受到越来越多的重视并已渗透到社会生活的方方面面.减少建筑碳排放、建造“低碳建筑设计”的呼声越来越高.而“低碳建筑”不仅是当前绿色建筑发展的未来,更是建设“低碳城市”,发展“低碳经济”的重点.