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摘要:在节能理念的影响下,建筑行业加大了对绿色、环保的设计力度,其中的被动设计方式也得到了广泛的应用。基于此,本文将通过不同的案例,以模拟的方式对绿色建筑中热环境、光环境、风环境的被动设计与性能工具的应用方式进行深入探究,旨在进一步加深人们对被动设计的认识,同时为相关的设计师提供有价值的参考,推动我国绿色建筑的发展,为实现节能、环保的目标奠定更加坚实的基础。
关键词:绿色建筑;被动设计;性能工具
前言:在建筑环境的设计中,其受环境的影响较为严重,主要包括太阳辐射、空气温度、风度以及空气湿度等。所以,在对绿色建筑进行设计的过程中,就需要将设计方式分为被动式策略、主动式策略两种。其中,被动式设计方式就是充分利用建筑物的空间、形态等基本条件,以此来优化建筑的整体性能;主动式设计方式则是通过辅助设备改善当前建筑的总体环境。相比之下,被动设计的方式更符合绿色设计的理念。
一、绿色建筑中的热环境的被动设计与性能工具的应用
在性能工具不断发展的背景下,可以利用数字软件模拟太阳辐射强度,并获得更加直观、精准的结果,并以此为依据对绿色建筑的组合、形体布局、立面设计等进行优化,从而为居住者营造更加舒适的热环境。结合对太阳辐射所模拟分析的结果,划分绿色建筑立面的类型,增加建筑外观的特色程度。例如:大梅沙万科中心就是根据对热环境的模拟结果完成立面设计的,同时将室内采光等不同的因素纳入考虑的范围,进而利用水平固定遮阳、全玻璃幕墙、全墙面遮挡等不同类型的遮阳体系,实现对绿色建筑立面的不同程度遮挡。
在模拟热环境的数字的实践中,可以将东莞生态行政岛的办公楼作为分析的案例。具体而言,东莞城市地处于亚热带地区,所以能够将热环境数字模拟软件应用绿色建筑被动设计的始终:(1)在建筑规划的过程中,可以利用数字软件模拟、分析的结果,对热环境方案进行优化,并对其进行理性优化;(2)在单体设计的过层中,可以通过绿色建筑立面热环境结果之间的对比,进一步选择更优的方案对绿色建筑空间的进行设计,形成自遮阳的建筑体系,减少建筑的消耗;(3)在设计遮阳构件时,可以结合当前得出的结果,选择更具韵律感的构建,优化设计绿色建筑不同立面的遮阳体系,形成了更具特色的建筑造型。在实际设计、操作的过程中,受绿色建筑功能需求的差异、室内环境的不同,所以对不同的功能进行布局时,还可以将不同功能组合起来,从而减少建筑的能耗,实现绿色建筑的价值[1]。
二、绿色建筑中的光环境的被动设计与性能工具的应用
通过性能工具对绿色建筑光环境的模拟分析,可以通过构建设计、剖面设计的方式对其进行优化设计,从而使建筑能够更加稳定、均匀的自然光线。在低层的建筑设计中,对天窗、屋面形式等进行优化设计是对光环境进行改善的主要方式。例如:建筑的天窗可以使用天空漫射光的方式实现照明,从而避免产生眩晕问题;使用反光板、遮光栅、百叶窗、玻璃砖等,提高室内棚光线额的均匀程度,满足绿色建筑设计的要求。基于数字软件对绿色建筑热环境、光环境的模拟分析,能够结合实际进行优化、调整,平衡绿色建筑中热环境、光环境的相关性能。例如:南宁市规划展示馆的相关设计,就是根据将遮阳前后的光环境进行分析、模拟,从而得出遮阳程度对室内采光的影响。
模拟分析的结果显示(图1):优化建筑的遮阳以后,降低展厅的采光照度,其室内的光环境相对舒适;通过设置百叶窗,降低阳光的直射程度,并有效降低了室内的温度,进一步优化了室内的热环境。在大规模的高层建筑、多层建筑之中,中庭采光的方式应用广泛,成为优化绿色建筑光环境的主要方式。具体而言,中庭采光就是在绿色建筑的内部引入自然光,从而全面提升人们的视觉体验,并实现节能降耗的本质目的。在具体设计过程中,设计人员需要对绿色建筑的多种因素进行综合考虑,包括窗户的尺寸、窗户的位置、中庭的反射效果等,这是机会增加建筑设计的难度,因此需要应用更多的性能工具。
图1南宁市城市规划展示馆安装百叶窗前后的室内光环境模拟结果
三、绿色建筑中的风环境的被动设计与性能工具的应用
在利用性能软件对绿色建筑的风环境进行模拟时,能够更加精准地掌握建筑在不同时间段的通风情况。另外,为了获得更多的信息与数据,设计人员能够采用切片的方式模拟室内风环境,从而计算出绿色建筑室内的“空气龄”,便于对室内环境进行方面的优化设计。同样以南宁市城市规划展示馆为例进行分析,在分析风环境时可以充分利用软件Fluen模拟建筑室内的通风环境,其结果显示:办公区域中“空气龄”平均为215s,每小时能够完成12次换气。基于这一数据结果,可以将设计修正、模拟计算进行结合,从而更加精准度的控制通风效果,为工作人员创设更加舒适的自然环境[2]。
通过数字软件等性能工具模拟绿色建筑的风环境,还能够为防风设计提供更加精准的数据依据。例如:瑞士再保险塔的设计,就是根据性能工具所完成的防风设计,该建筑地处市中心的位置,所建筑的数量相对较多,气流更加紊乱,所以需要进行防风设计。在设计再保险塔的外形时,将分工模拟结果作为主要依据,最终选用“子弹型”的建筑结构来减少风的影响。除此之外,设计再保险塔时,还最大程度的将底部楼层面积缩小,进而优化地面的风环境,同时将更多的空间释放出来,避免建筑对人视觉造成的不良感受。在建筑的内部,对中庭进行了螺旋上升式的设计,充分运用了“烟囱效应”优化了排风的效果,减少对各种人工设备的依赖与消耗,实现节能降耗的目的。
结语:综上所述,为了能够充分利用自然因素来优化绿色建筑的设计,就需要将被动设计方式、性能工具应用其中。以此为基础,在设计绿色建筑时优化了室内的热环境,提高了室内采光的均匀度,同时降低了自然风对建筑的不良影响,提高了不同自然因素的利用率,实现了节能降耗的目的,满足了绿色建筑的相关要求。所以,为了进一步推动绿色建筑的发展,可以结合文中方式应用被动设计方式与性能工具。
参考文献:
[1]黄涛,王建廷,黄城志.“被动优先”策略在绿色建筑节能设计中的应用难点与对策研究[J].建筑科学,2016,32(06):183-190.
[2]宋昂扬,吴剑林,高彩凤,于震.PHPP软件在被动式超低能耗绿色建筑设计优化中的作用——以天津中新生态城被动房项目为例[J].建筑科学,2016,32(04):38-43.