建筑設計中節能設計的思考研究

摘 要：在建筑施工中能源和材料消耗巨大，因此大力提倡采用綠色建筑技術，提高建筑物節能化水平。開發建設節能化建筑物，可以降低建筑物施工和使用時的能源消耗，從而達到節能化發展，為企業帶來更多的經濟效益和社會效益。以某住宅樓為例，對住宅環境熱輻射、日照、建筑物內部的采光等狀況進行模擬分析，并對建筑物進行優化設計。

關鍵詞：建筑工程設計；節能建筑；設計探討

中圖分類號：TU201.5" " " " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2023）09-0101-03

0 引言

在建筑工程設計環節引入到節能化的設計思想，在環境設計上綜合運用節能化材料節能的產品和工程設備，有效組織開展建筑物的圍護結構的節能化設計，能夠增強建筑物內部的保溫性能，提高建筑物的照明通風力度。供熱采暖和及排水系統都處于穩健的運行態勢，在工程設備使用和維護方面能夠實現最大程度的節能環保，而且可使用太陽能、風能、潮汐能、地熱能等，都可以降低建筑物內部的電能損耗。

1 建筑工程項目節能設計的意義分析

在國內建筑工程業的發展中，節能化建筑物在社會中的作用很大，可以在建筑施工周期中節約大量的能源材料，避免對外界環境的污染，實現建筑業穩健發展可持續發展，保護自然環境。建筑工程節能設計通過采用先進的節能技術和設備，提高能源利用效率，減少能源消耗，從而實現資源節約的目標。建筑工程節能設計采用環保材料和低能耗設備，可減少碳排放和環境污染，并通過合理的設計方案，可實現廢棄物的減量化、資源化和無害化處理，降低對環境的影響。

節能設計可降低能源消耗和運行成本，不僅能提高建筑的舒適度和質量，提升建筑的使用價值。還能減少長期使用過程中的能源消耗和維護費用，從而為企業節省大量的維護成本。節能設計促進了能源結構和產業結構的調整，培育新的經濟增長點。節能設計在建筑工程中的應用也帶動相關產業的發展，增加就業機會，促進社會的穩定和發展。建筑工程節能設計符合可持續發展的要求，有助于實現經濟、社會和環境的協調發展。因此，推廣和應用節能技術，可推動建筑業的綠色轉型，促進經濟的可持續發展[1]。

2 建筑工程設計中節能設計策略研究

2.1 優化節能設計方法

建筑工程設計人員要堅持著可持續化發展原則，結合不同生活要求來選擇建筑物內部的工程。設計師需要以社會公眾作為本體的設計思想理念，創造出相對比較完備的設計方案。設計思想理論體系要融入生態保護思想意識中，帶來更好的建筑居住體驗，并可在建筑工程施工中減少能源損耗浪費問題。設計人員還要在多個維度上對現綠色建筑物的設計進行分析，每一個設計環節要圍繞著現有建筑設計的目標來開展工程運行，使資金被管控在一定范圍之內，減少能源資源的使用，提高能源資源的利用效率[2]。

2.2 建筑物的朝向

要合理選擇建筑物的朝向，讓建筑物的朝向向著太陽光最強的部位。高層建筑物設計人員要注意利用建筑物周邊的距離，不要太過于遮擋設施，以保證建筑整體通風效果。在北方城市，建筑物往往都是南北朝向，以保證建筑物內部有充足的太陽光照射。南北地區的溫度氣候條件不同，要想能夠獲得更好通風，就要求設計師根據當地的條件深度分析并合理設計，選擇合理的設計方案，在最大程度上減少資源損耗，達到建筑物節能的基本目的[3]。

2.3 建筑物屋面的設計

在綠色節能化的建筑工程施工作業中，工程設計師還要注重建筑物頂層屋面的設計。屋面是整個建筑物中的最基礎性的維護工程結構，屋面的保溫隔熱性能要達到最強。在夏天太陽光直接照射屋面的溫度，屋面溫度會超出75℃。在冬天，就會通過屋頂對外散發太多的熱量。屋面的保溫設計對建筑物內部的溫度會帶來更多影響，因此要高度關注建筑物的節能設計。

工程設計人員要分析建筑物物面的節能效果，做好建筑屋面保溫層的合理設計，選擇優良保溫材料來做施工，以使得屋面保溫性能達到最佳。能夠種植綠色植被的屋面，可以通過使用屋面植被的方式不僅起到隔熱保溫的控制作用，還能提高整個建筑物綠化程度。采用屋面蓄水的措施來進行屋頂保溫，通過設置20 cm左右的水量，通過水分蒸發凝結的基本原理，實現調節屋面溫度的基本目的[4]。

2.4 門窗節能的設計

建筑物外形的設計和建筑物門窗設計也有緊密的關系，建筑物門窗結構部位設計的合理程度，會影響建筑物的保溫。在建筑物內部室內溫度，都要依靠門窗來保存和調節，否則就會造成建筑物內部能耗偏大。若門窗設計不合理，將產生許多的電能損耗過多問題。

北方城市冬天寒冷、夏季炎熱，有些建筑物的門窗設計不合理，就會造成室內部熱量損失太多，也會使得整個建筑物的氣密性效果變差，保溫性偏弱，消耗資源太多。門窗設計有著不可被忽略的作用，設計師要對現有的門窗尺寸合理設計，使用中空玻璃、雙層玻璃，能夠減少能源的損耗，還可以保證通風效果良好。另外，窗戶的設計比例也比較重要[5]。

2.5 合理使用節能設計材料

在建筑物的節能化設計工作之中，設計師還需要合理使用節能環保綠色材料。在選擇節能材料時，工程設計人員要以綠色環保、節能可持續發展為基本理念。隨著國內建筑工程技術快速發展，在社會上涌現大量的建筑材料。在建筑設計時要遵守建筑物節能的原則選擇材料，還要根據當地的條件來合理化選擇，盡量選擇本地的一些工程材料，以減少材料在運輸中的浪費和運輸成本增加的問題。使用建筑物鋼材料時需要鍍膜，以進一步延長建筑物工程材料使用時間。

3 BIM技術在綠色建筑節能設計中的應用

建設活動會給外界自然環境帶來污染，因此，大力提倡綠色環保的思想理念。綠色建筑物的開發建設受到了社會公眾的關注，但是在項目建設中，施工人員容易忽略建設過程節能、環保性，綠色建筑技術并沒有落實到底。使用BIM技術則可以創建出綠色建筑物的三維立體化模型。

BIM是基于傳統CAD技術而演變成的多維立體化信息模型技術，它可以將平面圖紙轉變為三維立體化的模型，將建筑物的構件信息、工程材料的價格、工程項目建設的進度等信息都匯入BIM軟件上，并形成數字化的仿真模擬模型，將數字信息傳遞出來，構建起的BIM技術具有可視化三維立體化模型。在BIM模型中，可視化結果可以作為一種效果圖來展示，并且能夠實現不同工程人員的調配、溝通決策，達成未來建筑項目設計、建造、運營的整合。BIM技術主要是信息模型，結合一定的規律確定約束參數，完成信息模型搭建。BIM軟件內部的數據庫可導出多種形式信息，而且具有多元化輸出信息的功能[6]。

3.1 BIM技術在綠色建筑節能設計應用的價值

將BIM技術應用到建筑物的設計過程中，特別是在綠色建筑項目的設計環節，可以在軟件內部建立二維和三維的模型。應用軟件高效且精準地輸出建筑項目施工的多種參數值，有利于壓縮人工的測算時間。在信息化軟件內部，修改圖紙更加簡單易行，設計精度更高，而且保留了參考數據值。BIM技術可以提升設計工作質量，保障項目設計周期，確保設計方案符合實際建設工作要求。

3.2 BIM技術在綠色建筑節能中的使用思路

BIM技術在綠色建筑物節能設計環節上，可以模擬創造出建筑物的最好朝向。結合設計單位提供的用地圖，科學控制建筑物之間間距，滿足建筑物日照時數的標準要求，可實現建筑內部結構全面合理布置，最大化提升建設容積率，達到建筑土地利用效率提升的目的。結合建筑物圍護結構參數，對建筑房間內部的濕度、溫度、光照環境做以分析，并立即指出修正及時采取有效的模型參數，有利于提高建筑項目質量和工程效率，通過綠色建筑物評價[7]。

設計團隊可以通過BIM技術進行可視化的建筑模擬和分析，以評估和優化建筑的性能。例如，BIM技術可以模擬太陽照射、通風、熱傳導等因素對建筑的影響，為設計團隊提供決策支持，優化建筑的能源利用效率。BIM技術還可以與建筑自動化系統進行集成，實現建筑智能化的控制與管理。將BIM模型與建筑自動化系統相連接，可以實現對建筑系統的集中監控和控制，從而實現對建筑能源的高效管理。BIM技術還能進行室內照明和空調系統的智能化控制，根據使用情況進行自動調節，可提高能源利用效率。在建筑的運營和維護階段，可以將建筑設備的信息整合到BIM模型中，從而實現對建筑設備的遠程監測和維護管理。

3.3 BIM技術在綠色建筑節能設計的應用案例研究

以成都市某建筑物建設為例，使用BIM技術分析，應用多種技術科學確定好最佳建筑物朝向。對成都市內冬季最冷一天和夏季最熱一天內溫度和全年日照情況進行模擬分析，確定建筑物朝向、最佳的采光面。通過分析研究熱輻射狀況，優化建筑物設計，提高了圍護結構保溫水平。

可利用BIM技術，建立建筑的能源模型，并進行能源模擬分析。通過對建筑的能源需求、室內溫度、照明需求等進行模擬，可以評估建筑的能源消耗情況，并優化能源系統的設計。模擬結果可以幫助設計團隊預測建筑的能源使用情況，以便在設計階段就采取相應的節能措施。BIM技術還可以幫助設計團隊系統地收集和管理建筑材料和構件的信息，可通過在BIM模型中添加相關信息，如材料的熱性能、隔熱性能等，幫助設計團隊在材料選型和構件設計中考慮節能因素。

4 案例概況

4.1 建筑物簡介

案例項目為成都市某多層住宅建筑物，該建筑物有6層，房間的面積總共有2 500 m2。使用BIM軟件對接建筑物內部采光的特性進行全面的模擬分析，結合模擬結果來優化系統，以提高建筑物的節能效率。

4.2 建筑物朝向和被動式的策略研究分析

建筑物最佳朝向對建筑物內部熱收縮性、建筑節能影響較大，在國內冬天和夏季，需要建筑物做好必要的防曬、防凍。在北方地區，朝南是最佳建筑物朝向，能夠在冬季接收更多的采光，可在冬天獲得最佳采暖效果，還可以縮減建筑能源消耗，有效避免冬季寒風帶走建筑物內的熱量，減少圍護結構產生的熱量損失。

各個地區天氣都不同，氣候條件也不太相同。可利用BIM技術分析成都市地區的地理水文資料，選取該年度最冷和最熱的時間段，來測算出建筑物最好的朝向。綠色建筑物的設計還要考慮夏季炎熱的天氣，據此優化改進建筑物內部的構造，例如增加自然通風，降低外部結構產生的導熱性。

4.3 建筑熱工分析

可使用BIM軟件，并結合建筑物內部的各個結構的具體參數數值，對建筑物外圍結構體的熱工性能做好分析。在建筑模型上，對應設計參數，據此設計各房間具體信息，將房間內部空調設備都設置為自然通風。設計師重點考慮建筑物室內外熱量的交換以及房間的熱負荷。在成都地區，最熱一天內的溫度會維持在35℃左右，在早上10：00前，房間內的溫度要比外界高。隨著外界太陽光，日照強度增強，室外溫度升高，但是室內的溫度卻基本保持不變。這表明建筑物外層的外圍結構體會起到必要的保溫性能。建筑物室外的溫度更高，則室內的溫差相差不大，表明外圍的結構體的保溫性能還有加強。

5 結束語

節能環保建筑是當前建筑節能設計的重要方向，隨著建筑物技能環保發展規劃和標準的制定，節能環保建筑處于快速推廣階段。建筑物整體的節能設計在建筑工程材料選擇上，要突出選擇綠色和節能型的材料，參照國內外節能型的建筑施工經驗，根據國內地質構造、氣候環境等相關狀況，嚴格履行節能環保設計相關標準。大力推動節能環保建筑的工程設計和施工，能夠實現節能減排的基本工作任務目標。綠色建筑物的建設滿足大多數公眾的綠色生態化生活環境要求，但是綠色建筑設計比較復雜，需要使用高端新技術。BIM技術可以有效處理綠色建筑物設計中的各項問題，還能夠提高設計圖紙的精度。可通過在BIM信息模型，進而可以分析得出建筑物采光、屋面和光輻射熱的狀況，對建筑物外環境提出合理詳細改進措施。

參考文獻

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[6] 盧青海.基于BIM技術的綠色建筑節能設計應用研究[J].居舍，2020（7）：100-102.

[7] 范凱興.基于BIM技術的綠色建筑節能設計應用探討[J].中國設備工程，2020（21）：210-212.