建筑設計中綠色建筑技術的應用與優化策略探析

王宗琦 李洪偉 楊玥

中國人民武裝警察部隊研究院 北京 100020

引言

綠色建筑設計開展的過程中，需要深度結合技術要求以及所在地的自然氣候資源情況展開綜合規劃分析，實現建筑設計與當地自然氣候的和諧與統一[1]。同時在節能設計的過程中，還要深化智能技術在建筑設備系統中的應用，促進綠色建筑在設計實踐中運營出更加節能的效果。

1 建筑設計中綠色建筑的設計原則

1.1 自然環境的和諧統一

建筑室內熱工環境和自然氣候之間具有非常緊密的關聯關系，尤其是在追求人與自然和諧統一的觀念指導下，建筑設計應深度融入到自然環境的基本特性和風格當中，進而避免過度的追求功能空間而影響自然環境的狀態，甚至是對自然資源產生過度消耗[2]。因此在開展設計活動中，應注重所在地自然資源的利用，從原材料的應用、結構設計與施工等多方面中深度融合綠色環保理念，確保設計效果與自然環境之間的和諧統一。

1.2 “因地制宜”的選擇場地

地塊的選擇不僅要注重所在地外部環境的選擇，同時也需要強化對建筑實體區域中的地理環境、地址結構以地下水資源的選擇[3]，進而實現基于當地資源的可持續優化設計，力求所在地的資源與建筑設計的功能性能夠更加具有匹配性。同時區塊內的資源分布應較為均勻并且具有實用性，深度適配并滿足建筑的材料要求與設備要求。

1.3 全過程的節約能源資源

建筑設計往往具有終身性，設計質量直接決定了后續建筑在實際工作中的運維質量。因此在開展設計的過程中，不僅要注重建設本身材料的節能，同時還要盡可能的減弱對周邊環境的資源損耗[4]。在被動式的節能設計中，充分利用太陽能、雨水資源，使其更好的為建筑設計的采光、保溫以及給排水提供技術支持，確保設計工作的質量能夠達到最佳的水平，實現全過程的資源節約。

1.4 強化舒適度水平的控制

隨著人們對于美好人居環境要求的不斷提升，人們對于室內熱工環境的穩定性要求越來越高，而單一機械硬件設備來營造室內空氣環境難免缺乏“自然度”，因此還需要從自然通風、自然采光等角度來提升建筑室內環境的整體環境感知，綜合強化舒適度水平。因此在建設設計工具的使用中，可以積極引入建筑能耗模擬軟件以及BIM軟件工具的應用，進而綜合強化設計決策質量。

2 綠色建筑節能設計的發展趨勢

2.1 趨向于以人為本的設計理念

建筑項目開發的最終目的是為了保證人們的日常生活需求，同時設計的初衷也是為人提供一個良好的人居環境，并且維持住穩定的室內狀態。因此建筑設計的核心是要實現以人為本，使得使用者能夠感受到舒適、穩定、健康的熱工環境[5]。對此在建筑材料的選擇中，應積極選擇具有低碳并且環境友好型的材質，使得建筑不再是“冰冷的鋼筋混凝土”，并通過科學的材料分析來降低對基礎材料的浪費。

2.2 趨向于節能減排設計方向

在“雙碳”背景下，減少能源消耗并且實現減排已經成為各個行業優化自身技術升級的引導性發展戰略。建筑工程本身屬于耐耗品，需要切實的提升對各類高能耗材料的使用控制。因此無論是在設計決策還是在施工的過程中，都要對各類資源進行集成化的利用，在深度做到經濟型節約的同時，還要做到環保性的要求，進而實現經濟和環境的雙向共贏。

2.3 趨向于生態化的人居環境

建筑工程的材料選擇中大多來自于天然資源，建筑工程本身與生態工程之間具有較強的關聯關系。因此在開展建筑設計的過程中，設計思想要深度融合生態化和可持續的發展理念，深度遵循環境一致以及可協調的生態原理，盡可能挖掘與利用可再生能源，實現人與環境相協調的目的。

3 綠色建筑節能設計的技術應用策略

3.1 建筑規劃中的節能設計

在開展建筑規劃的過程中，首先應從建筑的外部環境角度出發，綜合考慮外部環境可能會對建筑產生的影響。尤其是在開展外部環境分析的過程中，深度探討所在地微氣候的情況，實現對外部資源的綜合利用。園區設計中可以通過建筑周邊種植花草樹木來達到降塵和降噪的目的，還可以在園區的公共景觀空間中設置雨水回收池塘，強化資源的循環利用。

3.2 外墻節能保溫設計

外墻的保溫質量直接決定了室內空氣溫度的波動情況，因此建筑設計中應深度強化外墻保溫的設計，其設計要點應從整體性的角度出發，在保溫設計中強化保溫材料的應用（聚苯乙烯板、巖棉以及玻璃棉），并且在材料的選擇中還要注重材料質量的過濾，保證材料在建筑全生命周期內的應用穩定性效果[6]。并且為了更好地迎合參數設計的要求，還可以積極采用輕質型外墻材料，必要時還可以在外墻中直接使用保溫加固材料及墻體相變材料，盡可能保證保溫系統的耐久性，營造穩定的室內環境。

3.3 門窗節能設計

在開展建筑設計的過程中，還要重點關注門窗的節能效果，合理的計算及控制窗墻比。綜合考慮不同地區以及不同房屋朝向的功能性來保障門窗面積設計的合理性，最大限度減少在門窗位置中發生能量損失。在玻璃材料類型的選擇上，應盡可能地選擇多層中空玻璃或低輻射型的玻璃，進而綜合保證門窗的熱工參數穩定性，減少冬季熱量的損失以及夏季熱量的流入。在門窗節能設計中，還要兼顧好門窗的遮陽效果，通過合理化的優化設計，避免太陽輻射直接進入室內所產生的能耗增加。

3.4 屋頂節能設計

屋頂的節能設計是綠色建筑設計中重要的組成部分，由于屋頂的面積較大，并且長期暴露于外界環境當中，直接受到太陽的直射輻射，因此這也就成為建筑外表面中能耗最高的部分。而在屋頂的節能設計中，要重點強化其保溫隔熱性能的設計，同時還要保證其表面有較強的通風效果。而通過屋頂綠植的介入能夠降低太陽的直接輻射，實現了場地面積的高效利用，達到了最優的節能效果。

4 綠色建筑節能設計的技術優化措施

4.1 跨學科合作與綜合設計

綠色建筑的技術優化措施并不是單一學科的技術知識集成，而是需要多個跨學科的專業體系共同形成的設計綜合體，通過多領域專家之間的密切協作，最終達到最佳的設計形式和設計效果。在整個過程中，跨學科的交互融合以及模型綜合設計至關重要，而綠色建筑設計本身作為一種綜合性的設計理念，還要深度兼顧好建筑生命周期內所有的過程要素，其要點涵蓋場地選擇、自然資源分析、能源應用形式分析以及室內環境質量要求等。尤其是在建筑材料選擇的過程中，需要考究其對環境的影響，同時還要測評好其耐久性和能源效率等要點，進而找到對環境負擔較小的優質材料。在能源利用形式的評估中，要綜合考慮太陽能、風能以及可再生能源的利用，將能源系統作為整體性關聯的整體，確保每項決策都能夠為綠色建筑的整體性能做貢獻。因此在開展功能設計中需要深化與工程師以及環境評估專家之間的合作，進而共同制定綜合的設計方案。其中，由建筑設計師提供建筑設計外觀、建筑空間布局以及建筑的功能設計要求；工程師提供項目可行的技術方案；環境評估專家對綜合設計方案進行專門的環境綜合評估，進而判斷設計方案對生態系統以及生態環境的影響。跨學科的交互與交流是綠色建筑性能優化的關鍵措施之一，最終實現了建筑能耗最低的最佳技術組合。

4.2 數據驅動的決策與模擬

隨著大數據時代的來臨，由過程數據所驅動的決策和模擬也為綠色建筑的性能設計提供了科學和精確的引導。而這個過程中，基于BIM建筑信息模型的數字化工具為過程數據的積累提供了集成化的平臺，實現了設計業務的協作與優化設計，極大減少了設計誤差。BIM技術工具及其能耗模擬仿真技術實現了對設計模型的全過程復現，使得建筑設計師、工程師能夠在協同的平臺中實現交互式的工作，通過聯動式的功能要義極大提升了設計質量與設計效果。同時通過實時的能耗模擬結果，也能夠清晰展示出方案設計的成效。這不僅僅是傳統二維設計技術的升級，也是一種全方位信息整合的可視化載體。而通過基于BIM模型的設計變量與元素調整，能夠顯著提升能源系統以及模型的設計效率，進而深度優化材料的應用質量以及空間布局的質量，工程師可以在協同的設計平臺中模擬形狀、尺寸、材料類型多室內環境參數的影響，BIM模型能夠準確描述出每種材料的屬性參數，最終計算出每種材料的成本價值及經濟效益。同時基于數據協同的優化設計還能夠發現潛在的設計缺陷與不足，進而能夠對問題進行及時的糾正。而通過能源系統的實時模擬，設計團隊能夠發現早期階段設計建筑的能源消耗情況，深度識別了潛在的浪費及能源效率低下的問題，在不斷地綜合評估中，輔助設計師逐級做出相應的調整，最終找到了最優的設計方案。

4.3 綠色建筑認證與評價體系

綠色建筑認證與評估是推動綠色建筑技術發展的重要引導性措施，在建筑行業的可持續發展中提供了標準化的技術措施引導。通過一系列的約束性評估指標設計，能夠引導從業者在設計要素中引用更加環保和可持續的設計措施。其中，我國的綠色建筑評價標準、BREEAM評價標準以及LEED認證都是綠色建筑評估中的重要評估方法。其內容指標上分別設定了能源效率、水資源效率以及室內環境等多個指標進行耦合計算，最終為建筑項目設定了不同級別的認定，輔助設計者和運行維護者采用更加高效的環保技術策略，進而綜合減少對環境的影響以及傳統能源的依賴。其中，LEED評估標準主要激勵設計人員以及項目業主采取創新化的環保技術措施及策略來對設計方案/既有建筑進行優化，進而降低建筑本體對于環境的影響。而BREEAM評估措施重點考慮了建筑生態系統的影響、能源的利用效率以及健康舒適的性能，進而對不同的參數標準進行了評級，通過不同的評級結果來促進設計人員重視生態系統的維護，為建筑的綜合可持續發展提供了科學的指導。而我國的綠色建筑評價標準中，深度融合了我國本土的實際氣候資源情況以及可持續發展的要求，尤其是對能源利用效率、環境影響參數給出了具體的評估與說明，進而使其更好的適配中國綠色建筑的發展要求。

5 結束語

隨著“雙碳”理念及生態保護理念的不斷深化，建筑行業中的高能耗、高污染問題得到了高度重視，對于設計端來說也要不斷地調整自身的發展戰略，通過外墻、屋面、門窗等節能參數的設計以及能耗模擬、可視化設計、參數化設計等措施來促進建筑節能降耗目標的實現，進而促進建筑行業的健康和可持續發展。