李文超
天津方标世纪规划建筑设计有限公司 天津 300000
摘要：本文从寒冷气候区近零能耗公共建筑的技术特征出发，分别从性能驱动技术路线、体型设计以及平台研发三个方面分析近零能耗公共建筑空间的设计研究，将设计研究和技术手段相结合，有效推动建筑行业的发展。
关键词：寒冷气候区；近零能耗建筑；公共建筑设计
引言：寒冷气候区近零能耗建筑设计的工作原则在于以达到公共建筑室内环境和能耗指标作为宗旨，不断优化近零能耗建筑设计技术中将会涉及到的各种关键技术参数，有效降低工作成本，提高经济效益。
一、寒冷气候区近零能耗公共建筑的技术特征
（一）建筑性能模拟分析
在以往的公共建筑空间设计过程中，通常会采用分析图的方式展示公共建筑整体性能模拟分析特点和结果，而设计过程中对各项数据的分析和模拟也主要停留在参考方面，建筑设计方案的设定需要建筑设计师对于公共建筑环境具有充分的了解和认识。寒冷气候区近零能耗公共建筑设计应将性能驱动理论和机制相结合，运用技术手段构建公共建筑环境性能模拟平台，搭建建筑平台之间的数形关联。在整个寒冷气候区近零能耗公共建筑设计过程中，充分考虑设计的整体性特征，将原本孤立分离的各个元素有机集合，使其成为具有一定关联性的近零能耗公共建筑设计，从而以技术方式高效获取建筑信息数据，有效保障寒冷气候区近零能耗公共建筑设计方案的应用和执行。
（二）多性能指标优化
在对寒冷气候区近零能耗公共建筑空间设计过程中，设计人员应该充分考虑建筑过程的诸多性能，从而有效权衡和选择，试图探索出公共建筑空间设计的最佳方案。通常来讲，对于寒冷气候区，冬季的采暖能耗和夏季的制冷能耗是主要的能耗来源，设计人员可以运用遗传算法从而寻求多种性能指标的寻优。
对于寒冷气候区近零能耗公共建筑空间的设计，需要设计人员根据能耗性能指标设定相应的初始种群数量，不断优化计算。并通过节能控制参数的应用，构建公共建筑空间设计方案，以方案内性能指标组合数量作为能耗性能指标的初始种群数量。之后，通过设计过程中构建而成的性能评价标准对设计方案进行评价和分析，选择出与公共建筑空间性能驱动评价标准相近的节能参数，就此以往，不断反复和优化。
（三）设计评价一体化
寒冷气候区近零能耗公共建筑设计过程中，通常会对最后呈现阶段成果检测方案进行判定，并以判定结果作为衡量设计方案是否符合近零能耗公共建筑性能是否符合标准，但这样的方式通常需要设计人员进行反复检测，不利于建筑工作的效率提升。与此同时，如果寒冷气候区公共建筑设计已经完成，采用性能检测发现问题，一般会采用设备方式及时解决问题。设计人员应搭建公共建筑设计和评价过程的一体化建设平台，有效改善近零能耗公共建筑设计工作效率。设计人员应该充分运用数据接口程序，以技术手段提高设计决策的可靠性和科学性，从而最大程度提高近零能耗建筑空间设计效率。
二、寒冷气候区近零能耗公共建筑设计体系
（一）公共建筑空间性能驱动技术路线
寒冷气候区近零能耗公共建筑设计需要选取相适应的寒冷气候区公共建筑空间性能指标，并将其转换成为性能驱动要素，性能要素是进行公共建筑空间设计活动的重要环节，并贯穿整个空间设计的全过程之中，其中包括性能需求以及性能特征两个重要内容。
性能需求是寒冷气候区公共建筑设计空间要求的重要内容，也是推进整个设计工作顺利展开的开始环节。性能特征是产品设计过程中所呈现的属性状态，最直接的体现就是作为公共建筑的几何参数等性能指标。因此，对寒冷气候区公共建筑空间的设计过程中，需要明确寒冷气候区近零能耗公共建筑空间的各项能耗控制指标类型，并提出相应的统计和测定方法，不断优化公共建筑评价标准。寒冷气候区近零能耗公共建筑空间的流程框架是保障各项性能指标驱动公共建筑空间设计的技术路线，能够有效适应各种形态的设计环境。整个寒冷气候区近零能耗公共建筑空间的流程框架一共包括两个方面，分别是流程内核以及技术外延。流程内核是比较普遍的设计步骤，能够应用于各种各样的建筑设计要求，而流程外延则是不断拓展丰富的外部技术手段，例如WinAir 风环境性能模拟、Ecotect日照辐射环境性能模拟等。
（二）公共建筑体型设计
寒冷气候区近零能耗的公共建筑设计过程中需要考虑诸多因素。公共建筑空间的体型设计将决定建筑结构的外部整体造型。在控制公共建筑体型系数的同时应该充分考虑到外墙长度，避免之后建筑过程中出现各种不良影响。在寒冷气候区，冬季时间长，而且寒冷干燥，春秋两季短暂，气候变化剧烈，夏季和秋季多雷暴天气和多发冰雹，应该充分考虑寒冷气候区的环境特点，避免因为公共建筑阴影部分对于公共建筑采热造成影响[1]。
根据寒冷气候区公共建筑空间性能驱动技术路线特点，天津方标世纪规划建筑设计有限公司提出应充分考虑不同类别公共建筑在建筑空间使用功能等方面的特征，有针对性地提出近零能耗公共空间建筑设计方案。一方面，应该根据寒冷气候区近零能耗公共建筑空间性能驱动设计流程框架进行研究，从而及时发现设计方案中存在的问题，对存在的各种数据进行分析，并验证策略，不断修正设计方案，最终将近零能耗公共建筑设计方案应用于实际建筑项目过程中。
（三）平台设计研发
寒冷气候区近零能耗公共建筑平台设计应充分考虑寒冷气候区的环境因素，通过编写接口程序，集成开发建筑软件，实现对于公共建筑环境性能的模拟和建设，完成不同数据信息的共享和交互。平台设计软件包括API开发的接口程序，主要用于建筑信息导入性能进行分析，Rhinoceros为代表的几何形体造型平台，主要用于方案几何形体编辑。寒冷气候区近零能耗公共建筑平台设计将会集合热环境、风环境以及光环境等分析模拟过程，从而实现整体化获取公共建筑空间的各项指标和数据，并通过数据有效揭示建筑环境的各种动态作用规律，以技术化手段实现对于公共建筑平台的研发和设计[2]。
寒冷气候区近零能耗建筑设计的主要技术方式包括被动式节能技术、主动式能源系统以及可再生能源系统等。在寒冷气候区的公共建筑空间内，不同的围护结构形式，最终选择的处理方式也各不相同。通常而言，围护结构形态丰富多样，如果采用被动式节能技术或者主动式能源系统的方法，需要审慎进行热桥处理和公共建筑气密性设计。以天津市某案例项目为例，天津属于寒冷气候区，案例项目屋面采用钢结构体系，其中3 层安装玻璃幕墙及外门，屋面形状接近于盆状，并相应设置观景平台，如果环境变化下雨，雨水可以透过屋面进入地下机房，经净化后的雨水可再次引回屋顶进行浇灌绿植。而案例项目外部立面主要采取石板瓦幕墙的方式，只有一面运用了全玻幕墙体系。对此案例项目，在实现近零能耗目标的过程中就存在一定的设计难点。项目外部的玻璃幕墙体系其室内气密性、钢结构防水气密性以及复杂的围护结构，如何在固定玻璃幕墙的同时避免热桥都是重要问题。
结论：综上所述，寒冷气候区近零能耗公共建筑设计过程中应充分考虑寒冷地区气候特征，从空间建筑性能驱动技术路线、体型设计以及平台研发多方面分析和探讨近零能耗公共建筑空间设计的理论和方案，不断完善近零能耗公共建筑设计的研究范围，有效推动建筑行业的转型升级。
参考文献：
[1]高彩凤,陈梦源,潘玉亮,等.寒冷气候区近零能耗公共建筑设计方法——以某展馆建筑为例[J].建筑科学,2020,36(04):1-8+207.
[2]高彩凤,陈梦源,于震,等.寒冷气候区近零能耗公共建筑技术经济性分析[J].建筑科学,2019,35(10):72-78+181.