张园1 李娜2
吉林省璟明建筑设计有限公司 吉林长春 130000
摘要：建筑设计阶段是降低能耗的重要环节，其中30%的节能潜力在设计初期。简单来说，设计初期是整个设计工作的基础，合理的设计方案能发挥技术优势，拓展建筑的平面空间，提高建筑的使用性能。但是，建筑施工具有复杂性，要想实现节能优化的目标，应该将节能理念贯穿在整个过程。以下针对设计初期的节能优化方法进行探讨。
关键词：建筑工程；设计初期；特点；节能优化
1导言
随着可再生资源的不断消耗，节能减排已经成为当今社会各界人士极力呼吁的重要内容。为了有效贯彻实施这一内容，国务院于2007年6月就已经颁布的相关通知，严格要求建筑项目的设计初期以及施工阶段注意节能管理。建筑建设是一项复杂的工程，如果要达到节能减排的目标，就要将节能工作贯穿整个工程，而建设方案作为整个设计过程的初期阶段，对能否有效达到节能效果有着举足轻重的影响，故探究这一环节的节能优化就显得尤为重要。
2建立和优化建筑能耗模型
2.1建筑能耗模型的建立
建筑能耗模型主要是由照明和空调供暖这两个能耗模块所组成。因此，相关人员在计算空调供暖模块的能耗时，可以先将围护结构的负荷计算模块为基点，以此来对空调系统设备的运行效率进行分析理解，从而获得照明能耗模块主要是由中庭采光模型和天然采光模型所组成这一研究成果。
2.2模型算法的优化
就建筑设计初期来看，该设计阶段的根本目标就是要确保建筑物总能耗可以符合目标函数的要求。基于此，设计人员可以借助自动反向寻优遗传算法来调整建筑设计方案，以便能够获得符合建筑最低能耗的围护结构性能、空间几何参数、空调供暖参数、照明系统参数。在建筑行业低能耗发展趋势这一背景的约束下，制定完成的建筑规范方案，能够确保整个建筑物设计初期的目标参数能组合成一定的基因序列，且确保该序列中包含了数值大小，最后在利用部分建筑用户的使用要求，对建筑节能优化参数做出严密的规定，以此来提升设计初期节能优化水平。
3设计初期建筑节能优化的现状
由于设计初期的建筑节能优化决定着整个建筑项目是否能够达到节能的目标，因此，现阶段，国内外建筑方面的专家学者开始加强重视如何把建筑节能融进设计的初期阶段，并且获得了较好的成绩。随着环保节能理念的大力提倡，我国的绿色建筑事业获得了较快的发展，基于此，我国许多建筑专家开始高度重视建筑初期设计阶段的节能问题。尽管我国在建筑的节能环保方面取得了一定的成绩，但是在设计初期仍然存在着两个问题。一个问题是指能源环境工程师并未参与到方案的设计工作当中，然而，建筑师在设计方案时只从建筑整体的视觉效果出发，并未对节能环保进行充分的考虑，基于此，降低了建筑的节能效果。由此可见，建筑师应该对自身的设计方式进行调整，在建筑设计中多注重节能环保这一环节。另一个问题是指在设计方案的过程中，能源环境工程师所提供的建议只属于定性的建议，并未按照建筑的实际要求提出合理有效的建议，从而造成了项目方案的节能理念和工程的设计理念之间产生了偏差，因此，节能环保工作难以落实。
4面向设计初期的建筑节能优化方法
设计师在初期设计中，技术支持主要是模拟辅助设计思想。对于设计人员而言，首先应该根据设计要求制定初步设计方案，然后将已知的建筑信息输入模拟软件中，通过分析、评价后确定下一步的工作。如果软件显示存在设计问题，就应该及时修改，修改后再次进行分析、评价，直至满足设计要求。
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4.1明确设计流程
4.1.1草图设计
该阶段完全依赖于设计师的创作，因此不会辅助利用模拟软件，要求设计师具备扎实的知识技能，以及丰富的设计经验。
4.1.2总体平面设计
该阶段从建筑环境、造型入手，开展环境、日照模拟工作，根据模拟结果修改设计中的不合理之处。以环境模拟为例，能够获得采光条件、风压系数，继而优化平面设计，实现良好的采光、通风效果。另外，模拟结果能提供多项数据，为节能方案的制定打下基础。
4.1.3单体方案设计
该阶段设计完成后，直接决定了建筑的整体性能。一般情况下，此时应该对单体设计方案进行模拟分析，从可行性、经济性两个方面进行评价，避免出现方案型费能的现象。以围护结构为例，通过热性能模拟分析可以获得不同参数，最终确定最佳的节能方案，降低能源损耗。对通风效果进行模拟时：看当前设计是否满足通风要求；提供开口的口径数据，从而减少修改次数，提高设计效率。
4.1.4单体设计方案完善
对设计方案进行完善，主要是利用模拟数据信息预测建筑的负荷大小，对所有单体模型进行评价，看是否达到整体节能的标准要求。如果某个单体的节能不达标，就应该及时进行微调。
4.2应用模拟软件
当前建筑节能设计中，已经离不开模拟软件的支持，主要用来总体平面设计、单体设计两个阶段。由此可见，提高模拟软件的性能质量，才能保证设计方案的科学性。以围护结构、采光、通风三个要素为例，对于模拟软件的要求如下：在围护结构上，模拟软件能够分析建筑造型、布局对围护结构热性能带来的影响，分析不同设计方案中的参数差异性，帮助设计师确定最佳参数；在采光上，模拟软件利用建筑信息了解室内的一年采光度，制定照明电量的节约方案，为采光设计提供数据，另外，设计期间也要考虑可见光透过率、窗户数量等因素；在通风上，利用模拟软件计算自然通风条件下，建筑节省的能源多少，从而确定通风口的位置和大小，如此能避免设计盲目性，减少后期修改次数。
4.3建立能耗模型
建筑能耗模型主要包括两个方面：空调供暖能耗；照明能耗。计算空调供暖能耗时，可以将围护结构作为基础，分析空调系统的运行效率。能耗模型构建完成后，节能优化的实现，可以从以下两点实现：优化算法。计算建筑总能耗时，可以采用自动反向寻优遗传算法，得到能耗最低时的建筑几何参数、热工性能参数、空调系统参数、照明系统参数等，继而对设计方案进行改进；算法拓展，建筑节能设计期间，应该考虑到空间、体型、平面等多个要素，满足通风、采光、热力交换等特性。以自然采光为例，可以利用Rediance软件，能获得建筑内部的采光系数、照度指标，不仅计算快速，而且准确度高。依据计算结果绘制设计草图，能避免重复建模、输出，提高了设计效率。将Rediance软件和遗传优化算法相结合，以采光最优作为目标，就能确定最佳设计方案。
5结束语
总之，建筑方案设计作为建筑设计的初期阶段，在整个建筑设计中起决定性的作用，因此想要让整体建筑达到节能环保的标准，就不得不在方案设计阶段认真考虑节能环保因素。这就给目前的建筑设计师带来新的挑战。鉴于目前国内建筑设计师较少与能源环境工程师合作而导致建筑的节能效果较低的现象，笔者建议国内的建筑设计师在方案设计阶段引入“模拟辅助思想”，通过模拟软件的辅助设计来达到最优节能效果；此外为了更好地协助建筑设计师工作，相关工作人员在采用模拟软件时需要根据不同要求选择最适合的工具，将节能优化效果扩展到最大。
参考文献：
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[3]蔡坤妤，王廷魁.地域性绿色建筑设计初期的BIM应用[J].建筑节能，2015（12）：44~50.
论文作者:张园1,李娜2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/8
标签：建筑论文; 节能论文; 初期论文; 采光论文; 设计方案论文; 建筑节能论文; 阶段论文; 《防护工程》2018年第14期论文;