节能与高层建筑设计

2006年12月05日 19:02:10

2楼

关研究表明：全球的能源消耗中，45%用于满足建筑物的取暖、制冷和采光等要求，5%用于建筑物的建造过程。建筑设计方案是否满足节能设计要求在很大程度上决定了其整个寿命周期内是否达到建筑节能的目的，通过设计降低建筑的能耗，可减少全球的能耗，有利于保持整个生态系统的稳定。关键字：建筑节能建筑设计能耗

　　有关研究表明：全球的能源消耗中，45%用于满足建筑物的取暖、制冷和采光等要求，5%用于建筑物的建造过程。建筑设计方案是否满足节能设计要求在很大程度上决定了其整个寿命周期内是否达到建筑节能的目的，通过设计降低建筑的能耗，可减少全球的能耗，有利于保持整个生态系统的稳定。节能建筑的设计与评价密不可分，节能评价是实现建筑节能设计的必要手段，节能建筑的设计要求建筑设计人员在设计阶段对所设计的建筑进行建筑能耗分析，以评价建筑方案是否节能。
　　1 建筑节能设计方法现状
　　目前常用的建筑节能设计方法有两种：按规定性指标设计和按性能性指标设计。按规定性指标设计是指建筑物体形特征和围护结构热工性能等均按有关建筑节能标准进行设计。性能性指标由建筑热环境质量指标和能耗指标两部分组成，按性能性指标设计是指在同时满足建筑热环境质量指标和能耗指标的前提下，设计人员可自行确定建筑物体形特征和围护结构热工性能等的具体技术参数。

　　按规定性指标设计使设计人员摆脱了复杂的计算分析，在保证工程设计的合理性和成功方面有重大作用，但由于确定规定性指标主要考虑普遍情况，而每一个工程都有其不同于普遍情况的特殊性，因此规定性指标对适用范围内的一个具体工程往往不是最佳的，即按规定性指标很难进行优化设计，同时按规定性指标设计容易阻碍新技术的应用和压抑设计人员的创造性。按性能性指标设计使建筑节能设计标准具有充分的灵活性，为新技术的采用和具体工程项目的最优化创造了条件。其信息流如图1所示，图中各个设计信息对应于建筑物体形特征设计、围护结构热工性能等设计内容。

　　按性能性指标设计需要对所设计建筑进行能耗分析，进而评价所设计的建筑是否节能，建筑能耗计算方法和节能评价方法的选择成为这种设计方法的重要内容。国内对建筑节能评价的研究相对缺乏，目前建筑节能评价通常采用比较建筑能耗计算值和相关节能标准指标值的方法，建筑能耗计算值则通过相应的能耗分析软件获得，若评价结果表明所设计的建筑并不节能，则需要设计人员凭借个人的设计经验对设计方案进行反复修改。国外已基本解决建筑节能设计标准灵活性和建筑节能评价方法问题，初步实现了建筑围护结构的节能平衡分析，但设计信息与评价信息之间缺乏沟通，尚未实现建筑设计过程的动态评价和建筑设计的全局优化。
　　可见，按性能性指标进行建筑节能设计存在如下缺点：(1)过于依赖能耗分析软件。（2）过于依赖设计人员的设计经验。实际上，目前得到权威结构确认的能耗分析软件数量不多且推广程度不大，就能耗分析软件本身而言，仍存在提高运行速度、改进人机界面等问题；而设计人员的经验需要长期积累。鉴于现有建筑节能设计方法的局限性，探索新的设计方法成为必然，本文拟采用并行设计思想，提出建筑节能并行设计方法，实现设计过程和评价过程的交叉、并行及协调，其信息流如图2所示。
　　2 建筑节能并行设计理论基础
　　2.1 建筑节能设计信息模型
　　信息科学是以信息为研究对象、信息的运动规律为研究内容，把扩展人的信息功能作为研究目标的科学[1,2]。依据性质来分类，信息可分为语法信息、语义信息和语用信息。语法信息指事物运动的状态和方式；语义信息指事物运动状态及状态改变方式的含义；语用信息指事物状态及状态改变方式的效用。
　　设计是为实现一定目标而寻求和选择满意的备选方案的活动，它反映出设计对象的状态，因此建筑节能设计可看成一种语法信息，节能设计的过程就是信息的运动过程，信息运动规律可应用于设计过程中。信息科学研究的信息运动规律包括信息产生、信息提取、信息再生、信息施效等四类，其一般模型如图3所示。

　　在建筑节能并行设计中，设计对象是指节能设计的对象，即建筑平台；设计主体为设计人员和计算机软、硬件系统；设计对象本身所包含的设计信息即为产生信息；信息提取过程是指设计主体从设计对象提取试探性设计所需信息的过程；信息处理过程是设计主体根据试探性设计信息进行节能评价的过程；设计主体根据设计目标和信息处理结果产生决策信息，这一过程即为信息再生过程；设计主体根据决策信息进行确定性设计的过程就是信息的施用过程；作用于设计对象的确定性设计信息即为受用信息。信息提取、信息处理、信息再生、信息施用由设计主体完成。
　　2.2 并行设计理论
　　并行设计属于设计理论和方法学的范畴[3,4,5]，其本身也是设计理论和方法学的研究对象。并行设计强调产品开发各环节之间实现最大程度的交叉、并行及协调，其实质就是把传统的“设计——评价——再设计”的大循环