对建筑节能设计之略谈

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。

1.1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。

1.2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。

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。

2 影响建筑节能的因素

2.1高层建筑外围护墙体耗能量较大，占整个建筑耗能的25 %左右。建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一，体形系数越大耗能越多，国外的一些高层建筑造成圆塔形，比如美国洛杉矶的好运饭店、法国戴高乐机场候机楼、纽约第三大街53 号办公楼都是圆型或椭圆形，我们知道，相同的面积，圆的周长最短，这样使建筑外露面积较小。因此，基于能量损耗的考虑，高层建筑的形体变化不宜过多、复杂。

2.2高层建筑的“风环境”是影响建筑耗能因素之一。

在冬季，风力对建筑的热损失很大，增大冷空气的渗透量，使室内热损失加大。由于建筑某些部位处理不当，墙体内部易产生冷凝水。因此，建筑保温材料的选用，建筑构造的合理性应建立在科学、可靠的基础上。

3 建筑节能并行设计理论基础

3.1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。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。语法信息是指事物运动的状态和方式;语义信息是指事物运动状态及状态改变方式的含义;语用信息是指事物状态及状态改变方式的效用。

设计是为了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。

3.2并行设计理论

并行设计属于设计理论和方法学的范畴。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”的大循环转变为多次的“设计——评价——再设计”小循环，以便尽可能早地发现设计中存在的问题。工程设计本质上是顺序性、交互性的，所谓“并行”并不是指同时进行，而是指逐步、交替地实现设计、工艺、管理等活动，在设计阶段的每一步骤都最大可能地考虑到有关后续环节的约束，由此，并行设计所说的“并行化”应当理解为通过对产品设计对象和设计进程的精心分解，达到有效的协同实施开发周期中诸多子活动、子任务的目的。

4建筑节能并行设计过程

4.1建筑节能并行设计过程分解

建筑节能并行设计的设计分解应根据建筑节能设计的一般规律来进行。综合考虑建筑节能评价的17个分项指标，将建筑节能并行设计过程分解成如下四个步骤：(1) 建筑所在地选择;(2)体型特征设计;(3) 窗墙比设计;(4) 构件类型设计。

4.2建筑节能并行设计过程修正

在建筑节能并行设计中，“设计——评价——再设计”大循环被分解成多个“设计——评价——再设计”小循环，各个小循环的设计通常不能一次性完成，而是需要根据节能评价结果修正设计，因此建筑节能并行设计过程是试探性的、循环的过程。

小循环中，窗墙比设计修正和构件类型设计修正相对复杂。为提高建筑节能并行设计效率，窗墙比设计修正应解决东向、南向、西向、北向窗墙比设计修正的次序问题;构件类型设计修正应解决外窗、外墙、屋面设计修正的次序问题。建筑节能综合指标耗电量随窗墙比的变化。建筑全年耗电量随窗墙比的变化率从大到小依次为西向、东向、北向、南向;耗热量随窗墙比的变化以南向最为明显;耗冷量随窗墙比的变化南、北向相差不大。对于住宅建筑，东向、西向山墙通常不开窗或者所开窗属于厨房等不控温房间，窗墙比设计修正优先修改南向窗墙比，然后是北向窗墙比，接着是西向、东向窗墙比。

建筑节能综合指标随外墙和屋面传热系数的变化，耗热量指标随外墙传热系数的变化率较大;全年耗电量、耗冷量指标随外墙传热系数和屋面传热系数的变化率基本一致。考虑窗户是建筑围护结构中热工性能最薄弱的环节，其传热系数通常远大于外墙和屋面的传热系数，构件类型设计修正时应优先修改窗户的类型，其次修改外墙类型，最后修改屋面类型。

5建筑节能并行设计过程搜索策略

由于对建筑节能并行设计过程进行了分解，小循环中建筑节能评价存在评价信息不完全的情况，本文采用缺省参数代替不完全信息。设计过程中，试探性设计方案由实际设计输入参数和缺省参数组成。由于缺省参数的选取具有随机性，若没有有效的搜索策略，将会产生试探性设计方案组合爆炸，从而降低建筑节能并行设计的效率。

常用的搜索策略有盲目搜索和启发式搜索两类，盲目搜索包括回溯搜索、广度优先搜索、深度优先搜索等。盲目搜索按预定控制策略进行搜索，搜索过程中获得的中间信息不用来改变控制策略;启发式搜索需要有与问题本身有关的信息。因此，盲目搜索不涉及语义、语用层次的信息，适合于语法层次信息的搜索，而启发式搜索则适合于语义、语用层次的信息的搜索。回溯搜索策略是一种试探性的搜索策略，其基本思路是：先选择一个规则，然后应用这个规则;如果它不能求得解答或离解答越来越远就舍弃这个规则而另选一个规则，经过若干次回溯，终究可以得到解答。衡量搜索策略性能的准则通常有三个：(1) 完备性;(2) 尽量避免无用搜索;(3)控制开销小;本文拟采用回溯搜索策略。为提高回溯搜索的效率，在分析建筑节能评价特点的基础上，提出以两个极端情况作为回溯搜索的规则，从而大大减少规则的数量。采用极端情况作为规则的回溯搜索策略完全符合衡量搜索策略性能的三个准则，可以避免节能评价指标组合爆炸，提高建筑节能并行设计的效率。

6结束语

设计方法的优劣将影响设计的效率，建筑节能并行设计可提高建筑节能设计的效率。以上分析建筑节能设计方法现状、影响建筑节能的因素、建筑节能设计信息模型的基础上，提出建筑节能并行设计微循环模型，分析其设计过程的分解与修正，并提出适用于建筑节能并行设计的回溯搜索策略。

参考文献：

[1]杨子江.建筑屋面节能设计，工业建筑，2005(35)：2

[2]宋丽娟.建筑节能在建筑设计中的应用，山西建筑，2003(6)：21

[3]来可伟，殷国富编著。并行设计。机械工业出版社，2003