低碳式建筑设计技术及方法

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建筑·规划·
设计民营科技
2011年第6期
气候及环境恶化是当今全球面临的重大挑战,人类最大的危机不是金融,不是经济,而是环境。

2009年12月在丹麦首都哥本哈根召开了“拯救人类的最后一次机会”的会议——
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—哥本哈根联合国气候变化大会,会议要求:“停止增加温室气体排放排放,2015到2020年间开始减少排放,防止全球平均气温上升2℃,2050年全球的温室气体减排量需达到1990年水平的80%”。

拯救地球家园已成为每个国家、民族、企业和个人的共同使命,我国早已在各方面付出了行动,并积极推行科学发展观,建设资源节约型、环境友好型社会,坚持节能减排的低碳发展模式。

本文主要是阐述了低碳建筑的概念,并针对低碳策略论述了一些有关低碳建筑设计的具体的设计方法。

而这些设计方法大多是受着建筑技术的制约,所以对低碳建筑的研究若想更深入,只有放在对建筑技术的关注上。

1低碳建筑的概念
低碳建筑是指建筑在规划、设计和建造过程,尤其是在使用过程中,在满足室内热湿环境等使用要求的前提下,通过使用节能技术和产品,直接或间接减少能源的使用,提高能源使用效率,或使用清洁能源,从而降低二氧化碳排放。

2低碳策略
低碳建筑设计的降耗过程是通过空间组织、体量设计、绿化设计、构造及围护结构设计、采光设计、日照控制、通风组织等一系列适宜技术形成综合的低碳效应,使建筑形成良性的微气候自循环系统,以最经济的措施实现节能降的最大化。

3运用当代科学方法与技术手段的低碳建筑设计技术与方法
3.1基于数字化技术的低碳建筑设计技术
总的来说,数字化技术主张采用国际先进的数字化技术对建筑整体或重点部分进行科学的分析、预测、监控、反馈、控制,从而减少建筑物碳排放量的释放,达到低碳建筑的基本要求。

技术措施一:低碳建筑设计借助数字化技术的相关软件,可以进行建筑碳排放量的模拟与测算,在几分钟内便可计算出建筑的碳排放,同时,利用数字化技术,也使建筑低碳化设计中的物理环境条件的参数化设计(声、光、热以及室内空气质量等)和数字化精确调控成为现实。

另外,数字技术结合环境科学可以对建筑将来的碳排放指标、低碳效应进行准确的计算。

技术措施二:低碳建筑设计可以借助数字控制技术,借鉴和使用当前前沿的生物技术、防污染技术、再循环和资源替代技术、生态式的能量供应技术以及环境保护技术,建立以建筑与自然环境共生、减少碳排放量的建筑节能技术体系。

技术措施三:低碳建筑设计可以借助数字技术在使用和管理上的优势,串联起数字管理系统、给排水系统、供配电系统、照明系统等子系统,形成以中央计算机系统为主的综合系统,实现对建筑中所有的机电设备和能源自动控制、电讯网络自动控制,确保建筑物有关设备的合理高效运行。

在这里,数字化技术控制下的主系统类似一个中央处理单元,决定驱动部分做何种控制方式反映,以期达到控制建筑碳排放量的目的。

3.2基于物联网的低碳建筑设计技术与方法
物联网是新一代信息技术的重要组成部分。

物联网的英文名称叫“The Internetof things”。

顾名思义,物联网就是“物物相连的互联网”。

因此,物联网的定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

通过物联网技术,可以对建筑物进行前端数据采集和监控管理,依托智能建筑信息集成系统为平台,结合集成分项能耗计量系统,运用适合于各个类型建筑的节能管理系统,并通过对建筑准确的分项能耗计量、公示、建筑环境监测、建筑设备运行监控,实现用能监督管理;通过科学的能耗数据诊断、分析,找出不合理的用能症结,以改进管理的形式实现针对暖通空调、照明等关键耗能系统的改造实施,降低建筑物能耗的使用,实现降低碳排放量的目标。

3.3基于仿生学的低碳建筑设计技术与方法
仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学,主要研究生物体的结构、功能和工作原理,并将这些原理移植于工程技术之中,发明性能优越的仪器、装置和机器,创造新技术。

仿生学对低碳建筑的影响就是将仿生学的成果和思想方法引入到低碳建筑设计领域。

3.3.1建筑腔体概念的设计模式与方法
结合建筑生态的技术特性,相关学者借鉴仿生学的学科方法,针对低碳建筑策略,提出了“建筑腔体”的概念。

所谓建筑腔体,即建筑采取适宜的空间体形、运用相应的技术措施,能够利用或辅助利用可再生能源,在运作机制上与生物腔体相似,高效地营造出低碳排放高舒适度的建筑。

其基本设计模式及策略如下:在设计的初始阶段,就注重场地的微气候因素;其次,分析场地环境在物理意义上的形态所造成的微气候,增强对基地的具体能量流特征的认识;接下来的设计整合过程中,考虑技术要素的建筑化处理,转换腔体类型发挥其生态作用,也就是说,反映在低碳处理上,腔体的构件注定会成为减少碳排放的一个重要因素;最后还需要进行技术性的评价,以作为反馈和修正的依据。

因此,建筑腔体的设计过程,就是在既定环境和资源条件下,一种通过合理设计和技术选择,在各种“条件”与“需求”之间达到平衡的过程。

运用这种建筑腔体的概念进行低碳建筑设计,可以获得比采用常规做法少的碳排放量而达到同样的室内舒适性。

3.3.2遗传算法在低碳建筑设计中的应用
生物的进化是一个奇妙的优化过程,它通过选择淘汰、突然变异、基因遗传等规律产生适应环境变化的优良物种,这显示出了其对自然环境的优异自适应能力。

受其启发,人们致力于对生物各种生存特性的机理研究和行为模拟。

遗传算法(Genetic Algorithms,简称GA)就是这种生物行为的计算机模拟中令人瞩目的重要成果。

建筑物的低碳消耗既与建筑本身的特点有关,也与室内外的环境因素有关,要想减少碳排放量就要对这些因素进行综合优化,这是一个很复杂的问题。

遗传算法很适合于各种优化问题,例如建筑热能的优化设计与控制、建筑热舒适度的优化设计等。

而且,遗传算法非常适合于事先没有非常明确设计观念以及同时可能有很多种设计方案的情况,在这种情况下,不可能一个个对个体进行测试。

遗传算法不对每个具体的解决方案进行测试,它依赖于优化基因解决方案性能的能力,因此,遗传算法假定与强壮优化个体具有类似基因或从其演化而来的个体都具有很好的性能。

遗传算法不仅仅针对于可能解决空间中临近方案群的性能,它持续关注整个解决空间所有可能的方案。

结论
总之,低碳经济时代的新建筑若想要有开拓性的创新,必须要破除传统的建筑学观念,深入研究低碳建筑相关的技术与方法。

同时,需要建立科学与低碳建筑设计交融的框架体系,积极运用新科学影响下的各种技术手段尤其是计算机技术,探索高效的低碳建筑设计技术与方法,推动我国低碳建筑的发展。

低碳式建筑设计技术及方法
李越
(江西省景德镇市建筑设计院,江西景德镇333000)
摘要:从多方面优势综合考虑、在少用设备减少耗能的情况下,通过一系列适宜的技术来控制和改善气候与环境的不利影响,最终营造出低能耗、经济、健康、舒适的建筑环境。

关键词:低碳建筑;设计方法;适宜技术
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MYKJ。