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一、绿色建筑的特点
在建筑的建造和使用过程中,需要消耗大量的自然资源,同时增加环境负荷。据统计,人类从自然界所获得的50%以上的物质原料用来建造各类建筑及其附属设备。这些建筑在建造和使用过程中又消耗了全球能量的50%左右;与建筑有关的 空气污染、光污染、电磁污染等占环境总体污染的34%;建筑垃圾占人类活动产生垃圾总量的40%。
绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑。
就技术层面而言,绿色 建筑应考虑以下关键问题:能源、排放物、水的使用、土地的使用,对地区生态的影响和室内空气质量等同时还应考虑与之相应的建筑的功能性以及建筑美学意义。
绿色建筑的实践毫无疑问是一项高度复杂的系统工程,不仅需要建筑师具有生态环保的理念,并需要建筑设备师尽早融入,共同采取相应的设计方法,同时需要管理层、业主都具有较强的环境意识。这种多层次合作关系的介入,需要在建筑方案评审阶段确立明确的评价及认证系统,以定量的方式检测建筑设计生态目标达到的效果,用一定量指标来衡量其所达到的预期环境性能实现的程度。评价系统不仅指导检验绿色建筑实践,同时也为建筑市场提供约和规范。促使在设计,运行、管理和维护过程中更多考虑环境因素。对建筑全寿命周期的节能效益评估,将引导建筑向节能、环保、健康舒适,讲求效益的轨道发展。
二、建筑设备方案未尽早融入设计方案的遗憾
由于目前许多方案设计公司不配备设备工程师,方案评审时,过多的重视设计方案的美学效果,以此作为建筑物设计方案中的重要条件。而忽视建筑设备方案的融入,业主却要求在不改变设计方案的前提下,配套建筑设备设计。造成许多建筑先天不足,使建筑的适应性、机动性、可操作性和可维护性能、经济性大打折扣,使绿色建筑的节能问题遇到许多不应有的困难。如等方案确定后,再进行设备方案设计就有可能造成不必要的浪费。出现为节能牺牲建筑美学的效果,或为了建筑造型需要造成建筑能效降低,所建的建筑寿命周期内使用费用增高等。我国建筑设计规范要求,建筑物的使用寿命为50年。由于建筑设备方案未尽早融入设计方案的造成的遗憾严重影响了业主的使用费用提高,不利于可持续发展,绿色节能的生活方式。由于目前许多建设业主不是最终业主,各自会站在自我经济效益的角度考虑,因此更需要对建筑全寿命周期的节能效益进行尽早评估。
三、设计方案中设备方案尽早融入的优点。
首先应考虑环境的可持续发展指标,第二,资源消耗,建筑的自然资源消耗问题;第三,环境负荷,建筑在建造、运行和拆除时的排放物,对自然环境造成的压力,以及对周围环境的潜在影响;第四,室内空气质量,影响建筑使用者健康和舒适的问题;第五,可维护性,研究提高建筑的适应性、机动性、可操作性和可维护性能;第六,经济性,所研究建筑在全寿命期间的成本额;第七,运行管理,建筑项目管理与运行的实践,以期确保建筑运行时可以发挥其最大性能。以商业建筑为例:据有关统计,写字楼和酒店等商业建筑中空调、照明、电梯等系统的耗能情况大致如下:1空调:写字楼空调耗能占总耗能的比例平均为60%,其下限为50%,上限不高于70%;酒店HVAC(热、通风和空调控制)耗能占总耗能的比例为44%。2照明:写字楼照明耗能占总能的比例为23%~55%,平均26%;酒店照明耗能占总耗能的比例为29%。3、电梯:写字楼耗能占总耗能的比例为8%,酒店电梯耗能占总耗能的比例为10%。4、热水:酒店热水耗能占总耗能的比例为20%。从以上数据可以看出,在建筑设计方案中设备方案尽早融入的重要性。如空调方式,空调机房的位置对空调水系统平衡与变流量的影响、配电间位置造成供电半径过大对线路损耗的影响、光源选择对耗能的影响、太阳能热水的利用、雨污水排放对环境的影响、节水规划,废水回收技术和节约用水等,绿色建筑的节能是指绿色建筑内能源的消费和合理利用之间的平衡关系。衡量一个建筑智能化系统的节能的经济效益应该包括二个方面的内容:一方面是节能设计的范围、类别,是仅仅考虑了直接节能、还是包含了广义节能?是否具备潜在节能?另一方面是节能的实际效率和深度。节能效益到底有还是没有、高还是低?这些都是判别建筑智能化系统实际功效的重要指标。通常建筑物节能的内容和对象包括建筑设计、空调系统、照明与设备、给排水,绿色建筑节能不但包括原有传统建筑所采用的节能方法,更重要的采用先进的科技来达到更准确的调整和控制,即”主动节能’’。要达到绿色建筑的优化方案,就需要设计方案中尽早融入设备方案。
四、绿色建筑全寿命周期节能的经济效益评估
1、我国《绿色建筑评价标准》用于评价住宅建筑和办公建筑、商场、宾馆等公共建筑。《标准》的评价指标体系包括六大指标:1)节地与室外环境;2)节能与能源利用;3)节水与水资源利用;4)节材与材料资源利用;5)室内环境质量;6)运营管理(住宅建筑)、全生命周期综合性能(公共建筑)。
2、建筑的全寿命周期是指建筑从最初规划设计到随后的施工、运营及最终的拆除,形成一个全寿命周期。关注建筑的全寿命周期,其中运营阶段能为人们提供健康、舒适低耗、无害的活动空间是其中主要的一部分。因此可见设备方案尽早融入的是绿色建筑的节能效益评价的关键。
3、绿色建筑的节能效益评价可以考虑的内容与方法推荐表见下表。
绿色建筑评估是一个跨学科的、综合性的研究课题,建立我国玩整的绿色建筑评价体系及评估方法,从设计方案的源头做起,是建筑可持续发展战略刻下容缓的要求。我们还需要借鉴国外的先进经验,进行更加深入有效的探索。
五、结 束 语
绿色建筑设计的特征主要包括以下几个方面:一是节能,这也是绿色建筑设计最重要的特征之一,是促进人与自然和谐发展的重要措施。通过科学、合理、高效、节能的建筑设计,最大限度地利用生物能、地热能、风能、太阳能等天然资源与可再生能源,减少对传统火力发电电能的使用,避免对环境造成污染;二是环保,在绿色建筑设计过程中,在设计、施工、拆除等各阶段,都要重视建筑工程的节能与环保效果,确保每一种建筑材料都不会对环境造成污染,并合理利用土地资源;三是舒适,这是在建筑中贯彻“以人为本”理念的要求,建筑工程应当充分考虑人的要求,达到建筑工程的设计目标。在设计环节中,只有坚持以上要求,制定科学、合理、高效的设计方案,才能够充分发挥绿色建筑设计的作用。
2绿色建筑设计的设计要点
2.1因地制宜
绿色建筑设计要根据不同地区的特点来确定,不能照搬其他地区的设计方案。在设计的过程中应充分考虑到气候的因素,根据不同的气候条件设计不同的建筑工程施工方案,要充分利用自然条件进行通风、采光、制冷与集热,从而降低这些环节对环境的污染。例如,在西北地区,我们可以充分利用其日照充足、太阳能资源丰富的特点,科学、合理、高效地利用太阳能资源,发挥太阳能资源丰富的地域优势。而对于阴冷、潮湿、雨水较多的区域来说,这些设计内容都是不必要的。再比如,在北方寒冷地区,建筑设计要充分重视建筑材料的保温效果,合理安装保温材料,而在非常炎热的南方,应当充分考虑建筑物的遮阳、降暑效果,以免过多的太阳辐射对人体造成伤害。因此,要充分考虑到建筑工程的地域条件和气候特点,做到因地制宜。
2.2重视整体设计
为了达到高效、节能的整体效果,在设计建筑方案时应从整体的角度分析建筑项目的成本,使建筑的性能符合环境发展的要求。在设计阶段,要充分考虑温度、湿度、经济水平等因素,注重建筑设计的整体效益,不盲目跟从、不照搬其他地方的建筑设计方案,从整体而不是从局部的角度去考虑绿色建筑设计的问题。例如,在经费不足的前提下,要合理安排材料安装的位置,最大限度地发挥保温材料的作用;在热量较多的建筑物内,可以充分利用其热量较多的优势,减少对保温材料的使用,从而达到节约能源的目的。因此,绿色建筑设计应从整体着眼,对建筑工程进行综合分析,在整体设计的基础上提高绿色建筑的节能环保效果。
2.3创造健康舒适的室内环境
为了创造健康舒适的生活环境,在绿色建筑设计的过程中要使用不会危害环境的原材料,要避免有害电波、太阳辐射等对人体的影响,充分运用相关理论知识进行设计。此外,要确保建筑材料不会对人体健康造成不利影响,充分照顾到人的需求,为人们提供更健康、更舒适的室内环境。
2.4充分考虑环境因素
在因地制宜地进行建筑设计的前提下,应将环境概念引入到建筑设计、规划等各环节中去,这是一个设计面非常广的系统工程,需要运用多学科的知识。在建筑设计时,应尽量搜集各方面的环境特征,收集有关土地资源利用、水资源使用、气候等各方面的信息,使建筑与生态环境、人文环境相协调,为人类营造舒适、健康、环保的环境,最大限度地提高建筑材料、能源、资源的使用效率。
3绿色建筑设计的常见方法
3.1绿色建筑设计的前期策划
在前期策划阶段,要充分考虑绿色建筑设计的人性化特点,在充分考虑用户要求的基础上完成绿色建筑设计方案。设计师要高度重视绿色建筑的节能和环保等特点,优化设计方案,并在制定出方案之后充分听取用户的建议和要求,结合用户的需求对设计方案进行调整与修改,使建筑设计的过程更加人性化。此外,要确保建筑项目设计经过广泛的论证,优化绿色建筑的设计方案,及时发现建筑设计中存在的问题,并采取积极有效的措施予以解决。
3.2绿色建筑方案设计的要点
绿色建筑方案设计的要点包括以下几个方面:一是充分考虑到建筑物的舒适与健康,在设计阶段尽量使用无毒或低毒的建筑材料。例如在吊顶和墙面使用低毒性或者无毒性的涂料,采用硬木和陶瓷等装修材料装修地面等;二是充分考虑到建筑设计的节能效果,节能型建筑不仅仅可以节省投资,降低建设成本,而且会降低用户长期的成本支出,有很大的经济效益与社会效益;三是要在建筑拆除阶段,充分考虑到建筑废料对环境的影响,避免对环境造成污染;四是要充分利用适当的生态策略技术,提高住户的舒适度,为其提供健康、舒适的居住环境,并要为群众设计活动场所。此外,在绿色建筑的设计阶段可以有不同的设计方案,在方案的选取时,根据各方案的不同特点,取长补短,选择最优的设计方案。
3.3合理选择建筑材料与施工技术
建筑工程与环境保护密切相关,建设与环境相互促进、可调节的、智能化的建筑工程是目前绿色建筑的发展方向。为此,应不断优化建筑材料与施工工艺的选择,充分利用和收集自然能源,并避免能源和资源的流失;应建设能够调节气候的外层构造,以降低气候变动对环境造成的影响,使室内条件趋于稳定,充分利用高新技术,加大对绿色建筑设计的技术支持力度,建设技术含量高、节能效果好、高效、无污染的绿色建筑,使绿色建筑设计取得实效。
4结语
【关键词】TOPSIS法 建筑节能 方案比选
建筑业作为我国三大耗能产业之一,建筑业中的绿色建筑将是未来发展的新趋势。而有关建筑节能设计,不再局限于节能标准,同时在节能建材中也给与了明确的说明。大力发展绿色节能建筑,有利于落实节约资源、保护环境的基本国策,同时对于调整产业结构、改善需求结构、转变建筑业的发展模式等方面有着良好的效果[1]。在进行节能建筑设计方面,节能方案的选择是建筑企业面临的常见工作,如何在众多方案中选择节能效果良好、且造价合理的方案,是本研究的主要内容。
1 建筑节能评价指标的选取
有关建筑节能的评价指标来源本文主要借鉴国家和地区颁布的各种规范性文件,例如《民用建筑热工设计规范》(GB50176-93)、《节能建筑评价标准》(GB/T 50668-2011)、《绿色建材评价标识管理办法》、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2010)等[2-3]。一般地,规范中对指标重要性有大致的划分,分为控制项、一般项、优选项等,根据指标筛选过程中遵循的科学性、可操作性、适用性原则,研究中以居住建筑为例,所筛选的指标可构成居住建筑节能评价结构图,如图1所示:
图1 居住建筑节能评价结构图
2 基于TOPSIS法的方案比选模型
姜新佩等[4]在研究建筑节能标准中构造了节能评价模型,研究对象为公共建筑,该模型对指标的重要性进行了等级划分,由于借鉴了AHP法中的判断标准,因此在求解指标权重时需改进。本文结合TOPSIS的基本原理构造多组方案比选的评判模型:
(1)建立判断矩阵并归一化处理
针对m个评价方案,n个评价指标,可构成判断矩阵
归一化后得到的是标准矩阵B:
, i=1,2,3…m;j=1,2,3…n,0≤≤1。
(2)利用信息熵原理计算指标权重
(3)TOPSIS法原理
TOPSIS法是一种逼近理想解的排序法,在方案比选问题中有着广泛的应用。原理是通过检测评价对象与最优解和最劣解之间的距离判断评价对象与最优方案的贴近程度。确定指标权重后,对于m个方案,根据指标权重和标准矩阵B,可得到加权评价值矩阵V,其中:
(4)方案排列
通过上述构成的构成理想集合和不理想集合,通过比较评价对象与正负理想解之间的距离,可评判方案与理想方案的接近程度。
其中,越大,代表方案i与最优解贴近程度越高,即选定第i方案为最优方案。
3 结束语
本文主要探究了有关建筑节能方案的评选过程,通过从国家标准中筛选建筑的节能评价标准,以居住建筑为例,构造了建筑节能设计方案的评价指标结构图,同时,针对不同方案中的指标数值不同,为评选出最优方案,研究中基于TOPSIS法基本原理,结合信息熵理论,构造了整个方案比选的评价模型,为后续实证研究提供了参照思路。
参考文献:
[1] 郭雯.基于可拓方法的民用建筑节能评价研究[D].西安:西安建筑科技大学,2012.
[2] GB50176-93,民用建筑热工设计规范[S].
[3] GB/T 50668-2011,节能建筑评价标准[S].
[4]姜新佩,郭肖娟,孟祥东.公共建筑节能评价指标体系研究[J].华北水利水电学院学报,2013,34(2):78-82.
[5]石 磊,杨必裕,李建章等.基于先排序再比较计算元素权重的层次分析法[J]. 红河学院学报,2011,10(6):85-87.
【关键词】全寿命周期;绿色建筑;节能设计;评估
全寿命周期指的是在设计阶段就考虑到产品寿命历程的所有环节,将所有相关因素在产品设计分阶段得到综合规划和优化的一种设计理论。全寿命周期设计意味着,设计产品不仅是设计产品的功能和结构,而且要设计产品的规划、设计、生产、经销、运行、使用、维修保养、直到回收再用处置的全寿命周期过程。
一、绿色建筑节能设计评估概述
由于住宅类绿色建筑一直以来被认为投资成本过大,而实际收益过低,导致住宅类绿色建筑未能得到很好的推广和普及,因此对绿色建筑进行全寿命周期的节能设计评估能在很大程度上改变人们的旧有的观念,更加有利于绿色建筑得到有效的推广和普及,具有重要的意义。
建筑行业与其他生产部门最大的区别就是建筑行业主要通过对资源的消耗来实现对资源的利用,而绿色建筑本身的特性决定了应该对建筑资源的生命周期成本以及其相应的效益进行系统深入的研究;绿色建筑的节能设计评估目前来说是一项比较全新的项目,还没有比较完善和成熟的理论和数据,因此进行节能设计评估能够积累一定的经验和数据资料,也为之后进行绿色建筑统计工作等提供一定的理论依据;对绿色建筑进行全寿命节能设计评估能够从根本上扭转人们的传统的局限的认识,也能够很好地保护资源和环境,能够最大程度地实现我国社会环境的可持续发展。
二、绿色建筑节能设计评估方法
(一)废料回收阶段
绿色建筑全寿命周期节能设计评价的一个重要内容和阶段就是对绿色建筑的建筑废材料进行回收和重复利用,这也是全寿命周期节能设计的一个重要标志。应该将报废的建筑材料通过一定的转换方法和手段变成可以被利用的材料,例如,在建筑施工的现场,那些不能使用的建筑材料可以运用粉碎机进行处理后,用于顶棚抹灰、混凝土垫层等,这样可以减少资源的使用,提高经济效益。在拆除建筑时会产生一些碎石,可以将这些随时运用到公路建设中。从而提高建筑材料的重复利用性能,减少废弃材料带来的环境污染,保护生态环境。
(二)建筑建设阶段
在绿色建筑的建设阶段,施工人员的施工技术和施工工艺在很大程度上决定着绿色建筑项目的质量,这也在很大程度上决定着绿色建筑全寿命周期评价的经济效益,如果绿色建筑在建设阶段能够严格按照相关的技术标准和施工工艺流程进行施工,并做好一系列的质量监督、安全和成本控制等各项工作,那么就能在整个绿色建筑全寿命周期内大大降低绿色建筑的投资成本,增加经济效益。要确保外墙具有节能的效果,外墙一般采用传热系数和热惰性两个指标,其中,平均传热系统指的是按照面积加权的方法求得的热量的传导系数,窗户采用传热系数和遮阳系数两个指标。由于复合墙体具有良好的保温效果,也能够起到隔热的作用,所以,不同质地的外墙材料有不同的节能效果,尤其是外门窗更是有着明显的围护结构的节能效果,要选用新型的外窗玻璃,从而实现建筑的节能。在施工的过程中,要防止粉尘,在运送土方、垃圾的时候应该确保不污染道路,在土方运输的过程中容易造成粉尘的散落和飞扬,这时,就必须采取封闭的措施,确保车辆的清洁。构筑物机械拆除前,做好扬尘控制计划。可采取清理积尘、拆除体洒水、设置隔档等措施。在施工中使用低噪音、低振动的机具,采取隔音与隔振措施,避免或减少施工噪音和振动。在施工现场应针对不同的污水,设置相应的处理设施,如沉淀池、隔油池、化粪池等。
(三)设计决策阶段
设计人员通过对绿色建筑的全面了解和评估设计出一套最适宜的施工计划,设计阶段在很大程度上决定了建设阶段能够顺利完成。决策阶段主要是通过对绿色建筑在经济以及技术方面的可行性进行深入研究,进而作出绿色建筑相关的投资策划和决策。
(四)运营维护阶段
在绿色建筑运营维护阶段,应该制定合理有效的运营计划,例如在运营的过程中建立维护的制度等,既能保证建筑的质量和安全,又能最大程度地实现绿色建筑的经济效益。
三、绿色建筑节能设计评估指标分析
(一)效益指标分析
在绿色建筑全寿命周期节能设计中,对效益指标的评价一般采用的分析方法为多层次的,通过多种分析手段了解、分析并确认绿色建筑效益指标的权重,随后经过专家的打分,实现对绿色建筑效益指标的量化研究,最终客观地对绿色建筑开展全寿命周期节能设计评估。在绿色建筑建设过程中,可以建设水资源循环系统,增加水资源的循环利用,减少水污染,提高建筑建设的经济效益。
(二)费用指标分析
一般而言,对于传统的建筑,开发商更注重的是建筑的眼前利润回报,因此在进行施工时所采取的建筑方法和技术标准等都是由比较短期内的经济效益决定的,向前能追溯到建筑材料的加工时期,往后能延伸到建筑废料的回收利用时期,这样绿色建筑比较长期的回报周期就决定了其在建设阶段应采取不同的建筑方法。在绿色建筑建设的过程中,应该充分利用自然通风和采光,节约成本。一般而言,建设阶段绿色建筑的资金投入较大,制定资金周转制度,以保证全生命周期绿色建筑的准确性经济评价。
(三)评估指标设置
基于全寿命周期的绿色建筑节能设计评估指标有很多,而且随着社会的不断发展,这些指标的种类和数量都在不断增长。但总的来说,我国对绿色建筑的节能设计评估指标主要表现在节约资源和保护环境这两方面。
(四)经济评价指标
在绿色建筑全寿命周期评价体系中,常常采用以下计算方法:
1、方案费用系数=本方案费用现值/各个方案的费用现值之和 (1)
2、方案效益系数=本方案效益得分/各方案效益得分之和 (2)
3、方案效益费用比=本方案效益系数/本方案费用系数 (3)
通过计算,式(3)的数值最大者则为绿色建筑经济效益最优质。
结语:
随着我国社会的不断发展和基于全寿命周期的绿色建筑节能设计评估体系的不断深入研究和发展,绿色建筑已经成为一种势不可挡的发展趋势。绿色建筑由于其节能、环保的设计理念比其他传统的建筑具有明显的优势,随着全寿命周期经济评价的研究和应用,绿色建筑的经济效益也越来越明显。
参考文献:
[1]杨秋香.绿色建筑全寿命周期成本效益分析[J].商品与质量,2011(2):11-14.
关键词: BIM 技术; 建筑节能设计;能耗分析;应用
能源紧缺问题目前已上升至全球性问题,不仅我国能源短缺问题严重,世界上一些发达国家同样面临着能源短缺的问题,但发达国家利用现代科技有效地弥补了能源短缺所带来影响社会经济可持续发展的负面因素。尤其是在建筑节能设计方面融入了现代建筑设计可持续发展的理念,运用现代科技积极地探索有关建筑设计节能环保,降低建筑能耗的新途径和新方案,目前已取得显著效果。然而我国在建筑节能设计方面同发达国家相比还差距甚远,建筑节能设计思路不明朗、现代科技投入力度不够,整体来讲建筑节能设计在建筑领域还处于起步阶段。因此为了能使我国的建筑节能设计水平更得上国际水准,必须要对传统的建筑设计方案和理念进行改进和更新,充分地将现代科技和建筑设计方案相融合,探索出绿色环保的建筑节能设计新方案,才能降低建筑能耗。
1 我国建筑节能设计现状
目前,我国建筑节能设计在建筑实践中的推广和应用还远远满足不了生态建筑可持续发展的要求。由于建筑设计理念问题和现代建筑技术水平的制约,使得建筑节能设计水平发展缓慢,通常是设计师沿用现有的生态建筑设计方案和现有的建筑设计技术资料。而没有因地制宜地对建筑工程节能设计进行深入的考究,进而验证设计方案是否符合生态建筑的一些具体要求,如经济、节能、绿色环保等。在建筑节能设计过程中我国的设计师更注重建筑的外观和功能设计,对于建筑的功效因素考虑甚少,设计中融入节能思维较少。此外,在建筑节能设计中大量的数据参数都是通过人工输入专业软件中进而对设计方案进行定量分析,其中相关软件的操作和使用必须要有专业人员来进行输入和定量分析,而设计师对于软件操作和能量分析方面大多不够专业,使得一套建筑设计方案不能够在设计过程中对其进行能量分析,而通常是设计方案投入到建筑施工中才进行能量分析,但工程建设过程中对于建筑设计方案通常会因种种因素的影响而难以变更,相应地建筑节能设计能量分析也难以实现,绿色建筑设计方案将成为理想化的方案,难以真正意义上实施。综合分析,对于建筑节能设计无法在设计计算进行定量分析计算,设计出科学合理的生态建筑方案,这和建筑设计师的专业技能有着直接的关联,建筑设计和定量分析计算的脱节,将成为制约我国建筑节能设计水平提高的瓶颈。
2 建筑能量模拟与分析软件的应用现状
在建筑能耗分析和模拟方面国外许多国家都对此做了大量的研究,目前已开发出基于符合各国建筑设计节能标准的能量分析软件。我国在建筑设计节能设计方面也较为重视,于2005年7月1日起开始实施《公共建筑节能设计标准》节能设计正式成为强制性设计标准。但我国的建筑节能设计能量分析方法仍沿用传统的方法和方式,没有有效借鉴世界其他国家的能量分析方法进而优化改进我国的建筑节能设计能量分析方法,使得我国建筑界的设计师仍停留在原来的设计思维理念,建筑节能设计水平停滞不前。其中造成我国建筑节能设计水平滞后的主要原因是设计师在进行建筑节能设计阶段没有合理的、能被设计师所接收并应用于设计中的软件和有效的能效设计方法。
3 .BIM 技术在建筑节能设计中的应用
3.1 BIM 技术
B IM(建筑信息模型)是一项通过建立虚拟建筑模型,建筑师通过对虚拟模型中包涵的建筑信息数据计算分析,确定建筑节能设计的方案的技术。其中在建筑虚拟模型能量分析方面,BIM几乎包涵了所有建筑节能设计所需的信息,如建筑材料、建筑外观、建筑功能及构件特征等信息。较好地指导建筑设计师进行生态建筑设计。建筑师在建筑模型中可随时任意地将有关建筑设计方面的信息通过计算机输出和输入,及时地对设计方案中存在的问题给予修正。总之BIM技术在建筑节能设计中的应用能有效地提高建筑设计方案的准确性和可靠性,为实现节能型建筑工程的顺利完工奠定了坚实技术基础。
3. 2基于BIM技术的建筑节能设计应用
在建筑设计中融入BIM技术,创建虚拟建筑模型,大量的和设计有关的信息将直观地展现在设计师面前,如建筑材料、三维空间效果、构件属性、建筑外观及具体功能效果等。在建筑设计具体的能量分析过程中,只需导入相关的能量分析软件就可以对整个设计方案进行分析计算,并反馈出详尽的能量分析结果。在建筑设计的方案阶段,利用建筑信息模型和能量分析工具能有小地简化能量分析操作步骤,提高工作效率。更能通过计算机强大的计算分析功能提高能量分析结果的准确性和快捷性。其中,美国是目前BIM技术在建筑节能设计中应用最为广泛的国家之一。美国的Green Building Studio可以达到建筑节能设计方案的各项要求。GBS可以快捷地从BIM软件中导入建筑模型,利用建筑模型中包涵的海量建筑信息来构建一个相对准确的热模型,并将模型格式转换为XML的格式。进而根据实际的建筑标准和建筑法规,对不同需求的建筑空间类型进行智能化假定。模型假定后,再结合建筑物所在地的典型气候信息数据,将DOE2.2模拟引擎引入到模型中进行模拟节能分析。其中分析内容包括建筑物每年的能量消耗、采暖制冷负荷、照明所需耗费的电力资源等,这些耗能数据都能够在模拟耗能系统中一一地展现出来,较为直观地反映过建筑节能设计的效果。
参考文献
[1] 建设科技编辑部. 从能源国情看建筑节能〔J〕. 建设科技,2004, 28( 5): 12.
工业建筑是企业生产运作的基本设施,是作业人员从事生产活动的重要场所。绿色建筑设计可以为作业人员创造更加优越的生产环境,提升工业生产的效率,提高工业产品的质量。环保、节能的绿色设计理念,既是建筑理念不断更新和发展的需要,也是建筑行业可持续发展的必然选择。
1工业建筑设计的基本要求
对工业建筑来说,除了需要满足特定的生产工艺对建筑环境的要求之外,还要满足工作环境舒适度和工作人员精神愉悦的要求。现代工业建筑在工艺、性能、结构、分布等方面,都应达到国家的规定标准,都要符合工业建筑设计的基本要求。
1.1满足工艺要求与建筑有关的工艺要求包括:(1)流程。直接影响各工段、各部门平面的次序和相互关系。(2)运输工具和运输方式。与厂房平面、结构类型和经济效果密切相关。(3)生产特点。如散发大量余热和烟尘,排出大量酸、碱等腐蚀性物质或有毒、易燃、易爆气体。
1.2合理选择结构根据生产工艺要求,结合材料、施工条件等因素,选择适宜的结构体系。钢筋混凝土结构,材料易得,施工方便,耐火耐蚀,可以预制,也可现场浇注。钢结构则多用在大跨度、大空间或振动较大的生产车间,需要采取防火、防腐蚀措施。
1.3保证生产环境生产环境是工业企业进行生产运营的重要条件,也是工业建筑设计首先需要满足的基本条件。(1)要有良好的采光和照明。一般厂房多为自然采光,但采光均匀度较差。如纺织厂的精纺和织布车间多为自然采光,但应解决日光直射问题。(2)具有良好的通风条件。如采用自然通风,要了解厂房内部状况和当地气象条件,设计好排风通道。
1.4合理布置用房需要对房屋的用途进行规划。一般来讲,有生活用房和生产管理用房。生活用房主要包括存衣间、厕所、盥洗室、淋浴室、保健站、餐室等,要根据生产需要和卫生条件合理布置。车间行政管理用房和一些空间不大的生产辅助用房,可以和生活用房布置在一起。总平面布置的关键是合理地解决全厂各部分之间的分隔和联系。
2传统工业建筑设计的弊端
随着国民经济的快速发展,工业经济收入水平持续上升,工业企业的规划发展也更加多元化。但是,目前我国工业建筑设计方案,还远远不能满足现代工业建筑设计的要求,依旧存在着诸多问题。
2.1质量问题质量是建筑的命根,质量上的缺陷是建筑设计的最大缺陷。设计阶段是工业建筑项目的初始环节,设计方案是否合理,对工程建设的质量有决定性影响。传统的工业建筑设计,仅限于常规的生产需求,多数只是为了向企业提供生产空间,并没有考虑设计方案存在的质量问题。如在设计厂房建筑时,对占地面积、空间改造、建筑性能等问题没有充分考虑,造成建筑设计方案与实际生产要求不相符,设计方案存在明显的质量问题。
2.2污染问题我国正在大力推进节能减排工作,这也要求建筑行业朝着“环保节能”方向发展,以促进整个工业产业链的优化改造。在工业化生产的背景下,建筑物设计改造中出现了多种“污染问题”,产生了一定的负面效应。设计人员没有充分考虑绿色建筑的要求,建筑防污处理不够理想。以电力建筑物为例,变电站建筑施工需要占用大量的土地,建筑方案设计不合理,就会造成土地资源的浪费,或者出现在森林区域肆意开发等问题。
2.3成本问题从工业建筑项目投资的角度考虑,无论是中小型还是大型工业建筑,都需要投入巨额的成本资金。建筑设计关系到成本耗资的数额,如果设计人员的成本控制意识不强,对项目规划需消耗的费用缺乏全盘考虑,那么就可能导致资金的浪费。如工程设计师对工业建筑材料的分配不合理,导致材料采购成本增多;建筑结构设计不合理,则会造成了工程的返工返修现象,增加了项目建造成本。
3绿色建筑设计理念的主要内容
鉴于传统工业建筑设计的缺陷和不足,新时期工业建筑设计应以“绿色环保”为宗旨,从环保、节能、除污、低耗等方面详细分析,设计出更加科学的建筑方案,建造出更加优越的工业建筑物。
3.1环保“保护环境,避免污染”,这是绿色建筑设计的核心思想,对绿色工业产业的发展有着重要意义。根据工业建筑设计标准,设计人员必须要结合前期勘测得到的数据信息,制定“环保型”建筑方案。工程设计师可以从材料、结构、外观等方面全面提升工业建筑的绿色效果,严格防范有害建筑的形成。
3.2节能能耗问题是限制工业建筑发展的重要因素,过大的能量消耗,对工业生产活动造成了较大的阻碍。绿色建筑设计理念对建筑节能提出了新要求:一是节能系统,工业厂房建筑尽量采用外墙保温系统、内墙保温系统等结构,避免热能过度耗损带来的不便。二是节能材料,广泛采购新型节能材料,提高工业建筑的综合性能。
3.3除污除了对工业建筑的结构进行改良设计,还需配备高性能的除污系统,以此来改善工业建筑的使用性能。“除污”是绿色建筑设计思想的新内容,要求为工业建筑提供多功能的操控系统。通常应在建筑物内部安装自动化除污系统,利用除尘器、除烟器等装置维持建筑物内空气的正常流通,防止各种污染现象的发生。
3.4低耗热能耗损过大是影响工业建筑内部环境的一大因素,由于传统建筑设计条件有限,对热能消耗问题未能采取有效的处理措施。新时期绿色建筑设计应坚持“低耗”原则,对建筑内、外部的热能消耗加以控制。比较常见的低耗设计是采用“保温系统”,在冬、夏两个季节协调热能供应,营造良好的工业生产环境。
4工业建筑设计融入绿色理念的表现
目前,国内建筑行业总体实现了绿色改革,绿色建筑成为了建筑市场发展的新趋势。越来越多的工业建筑设计体现了“环保、节能、绿色”的新理念。
4.1工艺改造在绿色理念指导下,设计单位对工业建筑物的建造工艺进行了优化改进,以保证后期施工符合绿色建筑物的要求。常见的改造方式是简化工艺,在保证建筑设计质量的前提下,对原始工艺精简调整,以适应节能降耗的建筑设计要求。
4.2新型材料建筑行业新型材料的出现,大量绿色材料的普及和运用,为实现建筑节能创造了条件。首先,改造混凝土材料。混凝土是工业建筑的基本要素,设计人员对混合料进行了绿化改造。如智能混凝土,具有性能强、材质优、成本低等优点。其次,更新工业建筑装饰材料。如内外墙体材料、地面材料、顶棚材料等,均采用了新型的绿色环保材料。
4.3除污系统除污系统是基于自动化控制平台的新系统,设计人员常根据工业企业的生产情况,结合存在的污染问题,配备专业的除污控制系统。针对空气污染,可在厂房适当位置安装排烟系统,及时把有害气体输送到厂房外部,或者完成相应的空气净化处理。此外,工业污水也是绿色建筑设计需考虑的问题,多数企业已经在工业厂房内配置了给排水系统,避免了污水聚积产生的污染。
4.4优化结构从现有的工业建筑来看,建筑物的主要结构可分为“单层、多层”两种形式。每一种形式的建筑物都得到了全面优化,整体结构形式在不断改造升级。就多层建筑而言,设计人员注重结构空间的利用,适当降低每个层面之间的高度,减少建筑能耗,降低结构承载。同时,在工业建筑结构交接处设置加固构件,增强了建筑物抗震、抗病害的能力。
5建筑绿色设计方案的管理设计单位选定
工业建筑方案之后,还应对设计方案实施优化管理,以确保建筑物结构满足企业的生产需求。绿色建筑设计管理的内容包括:(1)勘测管理。按照工业建筑设计的要求,对工业生产区域的地质情况,进行详细勘测,收集多项数据以辅助设计。(2)数据管理。利用计算机建立自动化数据管理模式,将企业提供的建筑数据输入计算机,进行自动化处理,以获得可靠的工程数据,为设计人员提供必要的指导。(3)综合审核。监理单位应安排专业人员,对工业建筑方案进行全面审核。对方案中存在的问题,要及时提醒设计单位进行修改,实现绿色建筑设计的最优化。
来自国内外的上百家知名企业用清一色或深或浅的绿色装扮展台,展示了低碳社区与绿色建筑等方面的最新技术与产品。生活垃圾处理、工业废水的循环利用、防震防火的建筑用材、可再生利用的木丝水泥……博览会上所展示的低碳社区与绿色建筑的新技术与新产品,可以融入到人类生活的每一个细节和环节,绿色的展会内容与展会形式相得益彰,无一不迎合了“绿色建筑:让城市生活更低碳、更美好”的主题。
众多展台中,联合技术公司(UTC)展台以“优势源于高效”为主题,展示绿色建筑集成化解决方案,指引绿色城市发展方向,吸引了众多观众驻足参观和洽询,成为本次博览会中一抹最为耀眼的绿色。
联合技术公司集成化建筑解决方案副总裁戴尚德在本次博览会开幕式上发表演讲说,开发商、城市规划者以及政府官员已经开始从建设具有各种系统的大规模项目中获得环境和经济效益,这些系统协同运行,能够大大提高能源效率。
戴尚德提出,绿色建筑应包含四个因素,一是建筑和建筑系统的设计;二是高性能的设备;三是集成控制服务;四是可再生资源。戴尚德说,单栋建筑主要依靠个别系统实现节能,而城市规模解决方案则可以利用风电、热电联产系统和太阳能等可替代清洁能源,具有广阔前景。
关键词:低碳建筑;建筑设计;节能
中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:
1 什么是低碳节能建筑设计和绿色建筑生态节能设计
1.1 低碳节能建筑设计
低碳节能建筑是指高能效,低耗能,低排放,低污染的建筑建筑体系,那么低碳节能建筑设计就是指在低能耗,低污染的环保理念下所作出的设计作品,在现代的家居设计中,低碳节能的建筑设计理念随处可见,不少消费者在选择建筑设计的时候都倾向于低碳节能的设计,可见,现代化的建筑设计是有很大市场的。
1.2 绿色建筑生态节能设计
我们都知道,世界上的资源分为两大类,一类是可再生资源,一类是不可再生资源,随着世界人口的不断增多,能源的巨大消耗成了全世界都在关注的问题,一方面,人们在可再生资源上大做文章,希望能够用可再生资源代替不可再生资源,另一方面,在不可再生资源的节能上也在不断的努力,而作为建筑行业的新的设计理念-绿色建筑,成了近几年的热门话题,绿色建筑就是指在设计,建造,利用,维修等方面减少能源的消耗,达到合理的重复利用能源,为人们打造健康的高品质生活。
2 两种节能设计对人们生活的影响
两种节能设计理念的提出,得到了人们的欢迎。确实,在现代化的生活理念的影响下,人们更多的关注生活的品质以及个人生活环境和整个生态环境的相互作用。
首先,节能设计能够大大降低能源的消耗,为我国实现节能减排做出贡献。
其次,节能设计能够给人们创造一个更加舒适安全的生活环境,满足人们高质量的生活要求。
最后,节能设计对我国能耗最大的行业,建筑业的长远发展提供的了有利的技术支持。
3 实现低碳节能建筑设计和绿色建筑生态节能设计的基本策略
3.1 低碳节能建筑设计的基本策略
3.1.1 节能与节水
一个建筑的主要部分就是维护结构,而维护结构设计的好坏,直接决定了这个建筑是否实现了低碳节能。首先,一个建筑的墙体非常重要,一般来讲,如果在墙体的衔接处的防水工作做得非常完善的话,那么墙体的保暖性就好,进而热能的消耗就会降低,因此,在现代化的建筑设计上,新型的环保节能的材料的运用非常必要。
3.1.2 运用空心砖
实际上,很多地区的建筑设计都已经在用空心砖,空心砖本身的特点就是质量轻,但是称重的效果好,在建筑中利用,不仅可以增加建筑中的空气流通,还能实现低碳环保,很多人在担心,采用空心砖的建筑会不会保暖效果不好,这种担心大可不必,因为空心砖正是因为自身的空洞,反倒加快了空气的流通,增强了建筑的稳定性。
3.1.3 对现有的建筑进行低碳节能的改造
上文我们提到过,低碳节能的建筑设计不仅仅集中在新建筑的设计上,还应该包括对旧有的建筑的节能的改造,例如,在北方的冬天,通常会实施采暖,但是由于我国的建筑本身存在保温层的厚度不够的问题,因此大量的暖气在进入建筑后会流失,造成了不必要的浪费,更是加剧了能源的消耗,因此,在对旧有的建筑进行改造时,主要的方法就是将保温层加厚,减少暖气的流失,实现低碳节能的生活理念。
3.2 绿色建筑生态节能设计的基本策略
3.2.1 利用可再生资源
在能源消耗迅速的今天,如何能够实现绿色节能的建筑理念就成了一个重要的话题,因此,可再生资源的充分利用就被提上了日程。当不可再生资源越来越少时,我们确实需要思考,如何才能降低不可再生资源的消耗速度,所以,科学合理的利用可再生资源,不仅能够解决不可再生资源的紧缺问题,还能够保证人们生活的可持续发展,所以,在能源消耗巨大的建筑行业,我们要更加提倡可再生资源的利用。
3.2.2 将建筑与绿化完美结合
绿色植物一直是人们所喜爱的东西,并且,绿色植物在给人们生活带来美感的同时,还可以给人们的生活提供一个健康的环境,因此,很多现代的建筑在设计上越来越多的提倡将绿化和建筑结合,一般来讲,绿化主要包括屋顶绿化,外墙绿化和室内绿化,只是在高层的写字楼中可以看见,所以,我们提倡绿色与建筑相结合,一个舒适的生活环境,实现绿色节能的建筑理念。
3.2.3 保温层的改善
保温层即我们通常所说的维护结构,实现绿色节能,维护结构也是一个方面,当然,这也是我国在建筑设计中存在的一个普遍的问题。根据国际上的标准,越是寒冷的地方,维护结构的保温效果要求就越高,即要求维护结构的传热系数越低,从实际来看,我国的问题就在于,传热系数过高,有相当一部分的热能白白消耗掉了,所以,维护结构的改善成为重中之重。我们应该根据不同地区的气候情况选择不同的建筑材料,例如,在我国北方地区,冬天天气干燥寒冷,对于建筑材料的要求就是保温的性能要好,在干燥的气候中不发生断裂,而在像夏天的炎热的季节中,能够在保证室内的透气性的同时更好地抵挡阳光的辐射。所以,在维护结构的改善上,新型材料的运用是重点。
3.2.4 建筑保温方案
通过对建筑进行保温设计是减小建筑能源耗散的主要措施。为了达到建筑的低碳理念,常见的建筑绿色设计的保温方案如下:
(1)采取单一材料的保温设计方案。这种设计方案所采用的保温材料,其保温性能比较高;由于其保温材料不起承重作用,可选择的灵活性比较大。例如加气混凝土砌块墙体或轻型空心砌块墙体,这种保温设计适合非承重结构的填充墙保温要求。(2)承载材料和保温材料相结合的保温设计方案。这种方案特点是构造比较简单,施工也很方便。在保温材料方面应选取导热系数比较小,材料强度又要满足承载要求,同时又要有足够的耐久性。例如,钢筋混凝土墙体或砌体结构墙体,内侧做水泥珍珠岩砂浆保温层,再做2mm厚的纸筋灰罩面装饰层。这种保温设计,可适合外墙承载结构的墙体保温。(3)混合做法的保温设计方案。对于单独采用某一种构造做法仍不能满足保温要求时,或者为了要满足建筑保温要求而造成技术经济上不合理时,可采用混合做法的保温设计方案。既有实体材料的保温层,又有封闭空气间层和承载结构的外墙,其具有较好的保温性能,尤其重点应用于在热工要求较高的建筑物外墙中。(4)预制外墙板间连接节点的保温设计。考虑到护墙板的保温要求,对于预制外墙板在板厚度的中部加设50~100mm厚度的高热阻保温材料,可有效地解决外墙板的主体部分的保温问题。但在相邻两块预制外墙板的连接节点处,由于现场处理结构连接的需要,此处不可能做成具有保温功能的复合墙板形式,对于这种节点连接处较易形成“冷桥”,必须在现场对其进行特殊的保温构造处理。(5)墙体常见传热异常部位的保温设计。建筑中的钢筋混凝土梁、过梁等构件,较易形成“冷桥”。为了避免这些“冷桥”部位散失过多的室内热量以及其内表面可能出现的结露现象,应在这些部位采取局部保温构造措施。
绿色建筑并不意指简单的立体绿化,而是指充分利用自然环境资源,最大限度地节约资源、保护环境,为居民提供健康、舒适、高效的居住空间,同时又不破坏自然生态平衡的建筑。
方案提交人:台达集团
台达集团是一家提供电源管理与散热管理解决方案的厂商,业务范畴覆盖电源及元器件、能源管理以及智能绿生活三大部分,同时也是国内较早开始关注绿色建筑的企业之一。
从2006年开始,台达集团开始建设自有绿色厂办。位于台南科学园区的台南分公司是其最早进行改造的厂办,采用了内凹遮阳、自然采光、高效率空调系统、太阳能光电系统等节能技术,厂办落成启用后获得了台湾绿建筑EEWH“黄金级”评级。根据台达集团提供的数据,2013年,该厂房比台湾传统办公大楼节能约22%。到目前为止,台达共有7座绿建筑厂办,5座对外捐赠的绿色建筑,比如台湾成功大学台达大楼、四川地震后捐建的杨家镇台达阳光小学等。
除了建造绿色厂房之外,为了推广传播绿色建筑理念,从2006年起,台达环境与教育基金会赞助举办“台达杯国际太阳能建筑设计竞赛”,每一届竞赛主题不同,鼓励高校学生提出创新性的建筑设计方案,优秀获奖方案将被落实建成。此外,台达还发起“绿领建筑师培训工作坊”,培养具备绿建筑理念的人才;招募台达能源教育志愿者传播能源概念;设立台达环境奖学金,资助部分学生赴海外进行环境研究等。
方案点点看
国家住宅与居住环境工程技术研究中心属于竞赛组委会单位之一,建筑师鞠晓磊告诉《二十一世纪商业评论》(下称《21CBR》)记者,目前建筑能耗约占中国社会总能耗的29%~30%,随着人们生活质量的提升,未来十年这一数据有可能提高至33%~ 35%。
绿色建筑和普通建筑的能耗差别有多大?据鞠晓磊介绍,在中国主要包括“四节一环保”(节能、节地、节水、节材和环境保护)几个核心维度,国家也在2006年颁布了首个版本的《绿色建筑评价标准》。目前建筑能耗计量方式还不够完善,以碳排放来说,主要在建筑的建造过程、运行过程中产生,但生产、运输期间产生的碳排放就难以量化计算,差别需要根据具体情况判定,甚至可能相差60%以上。 1. 台达上海浦东研发大楼(LEED黄金级)。 2.四川杨家镇台达阳光小学。3.中国可再生能源学会理事长石定寰(右一)、台达中国区执行副总裁暨总经理廖庆龙(右二)实地参观“风土再生”实施方案中符合当地特色的夯土墙结构。
今年“台达杯国际太阳能建筑设计竞赛”的主题是“阳光与美丽乡村”,农牧民定居青海低能耗住房项目是赛题之一,其一等奖获奖作品名为“风土再生”。此方案主要对“庄廓”(青海的特色建筑形态,由高大的土筑围墙、厚实的大门组成的四合院)进行研究与改建,包括保留并加强传统院落,增设适应农牧民的牲畜物院,取消采光不好的房间以及置入过渡空间等。
“这个方案最大的亮点在于运用了现代夯土技术,在当地土质基础上加入秸秆等纤维材料,满足墙体的保温性能,同时应用了钢结构,可以有效增加房屋稳定性。而且造价压得比较低,还采用了太阳能技术。”鞠晓磊告诉记者,绿色建筑优先从设计建造方面来解决问题,模拟的时候发现数据不能达标,再用主动方式来进行补充,比如,热水功能无法通过设计很好地满足时,再加装太阳能热水器。
谈及绿色建筑设计和建造过程中的难处,鞠晓磊认为,如何通过技术来保证节能效果需要花较多心思,有时设计不能实现满意的效果,但又要兼顾主动式装置的经济成本。此外,因绿色建筑的工艺与传统工艺有别,施工工人对图纸的理解有偏差,会对最终效果造成影响。
除了新建绿色建筑之外,台达集团也对现有的自有厂办进行节能改造。台达中国区执行副总裁暨总经理廖庆龙表示,建筑需要从最初的设计阶段就全面考虑能耗问题,如果对现有建筑进行改造,因为其建筑结构难以改动,会有很多限制。台达环境与教育基金会中国区副代表陈奕祥补充说:“改造现有厂办仍然要保证施工期间员工能正常办公,通常是在电梯系统、玻璃、照明系统等方面着手,这些投入带来的节能效果非常明显,总体来说,台达12栋经过认证的绿色建筑在2014年就节省了1300万度电。”