黄超
广西华蓝建筑装饰工程有限公司 广西 南宁 530000
摘要：近年来，随着经济环境的变化，建筑行业也逐步突破了传统的发展限制，节能环保已然成为了建筑工程领域人们关注的首要问题，通过节能设计可以最大程度上提升建筑的整体节能性。但当下建筑结构的日趋复杂化，使得在工程设计中需发挥计算机辅助的作用，以提升整体的设计水平。因此，建筑行业现代化的发展趋势下，建筑节能设计中应加强计算机辅助。基于此，本文重点分析了建筑节能设计中的计算机辅助设计对策，对提升总体的设计水平，提升建筑工程的经济、社会和生态效益都具有重要的意义。
关键词：计算机辅助；建筑节能；设计对策
传统的建筑设计方式下，因为整个行业的发展相对粗放，整个建筑设计中缺乏节能理念的融入，建筑消耗巨大。当下可持续发展的背景下，建筑行业也在积极探索新的发展路径，不断将新的发展理念应用于建筑设计与施工中，再加上当下信息时代的到来，建筑设计中通过信息技术等现代化手段的使用，提升了设计成效。因此，建筑节能设计中，计算机辅助已然成为了重点性的技术，比如，BIM技术兼具模拟性、可视化和协调性的优势，节能设计效果非常理想。未来的建筑领域，计算机辅助节能设计必将成为发展重点。
1.建筑节能概述
建筑行业作为我国国民经济体系中的重要构成，在行业发展中的能源消耗量是非常大的，根据行业发展调查，建筑能耗占全世界资源消耗的40%甚至更高，伴随着建筑工程项目的实施，一系列施工作业进行的过程中存在很多的建筑废弃物产生，这些废弃物的产生控制和处理是当下行业需关注的重点性问题。我国在建筑行业的现代化发展中，明确提出了建筑节能的概念，建筑节能目标的实现具备以下优势：（1）建筑节能在很大程度上可以降低建筑运营维护的总体成本，建筑物的全生命周期包含了规划、设计、施工与使用维护，每个环节都伴随着一定的能源消耗，节能设计理念或者节能技术应用以后，整体的能源消耗量大大降低，有效实现了建筑使用费用和管理费用的控制[1]。（2）建筑节能提高了工程企业的经济和社会效益，可以帮助企业更好地在市场上立足，提升企业的竞争力，推进行业发展与进步。
2.气候与建筑能耗特征
以我国南方某地区为例，该地区气候呈现出夏季高温、闷热、雨水充沛，冬季潮湿、气温低的特点，根据该地区的全年天气情况分析，阴雨天天数比较多，日照较少，主要体现为：总体呈现夏热冬冷的气候特征，且早晚温差相对小；湿度大，日照时间短，云雾天气多，年平均湿度达到了70%～80%，但日照百分比仅为25%。因此，基于该地区独有的气候特征，在建筑工程项目实施的过程中，建筑能耗非常高，是我国建筑能耗偏高的典型地区。根据数据结果分析，该地区的公共建筑能耗保持在45～339kW·h/m2范围内，住宅建筑能耗保持在14.5～32.6kW·h/m2范围内[2]。基于该地区的建筑能耗偏高，为适应当下可持续发展的要求，该地区的建筑行业发展中，应加大节能设计，积极将计算机辅助设计技术应用于建筑节能设计中，提升建筑工程的节能环保性。
3.计算机辅助建筑节能分析
3.1基于日照模拟的建筑形体节能分析
在建筑节能设计中，对日照资源的合理利用可以起到能耗控制的目的，通过日照条件的科学应用，可以在很大程度上为人们创造良好的居住条件。我国的幅员辽阔，在不同的地区存在着地理条件的很大差异，因为地理条件、气候条件的差异，使得对于日照的需求也呈现出各自的独特性要求。在一些高寒高纬度地区，为扩大阳光照射范围，延长照射时间，尽可能减小冬季供暖时的能耗，在设计的过程中应加强全面的规划，针对这一情况，我国北方地区的大多数建筑，一般都是南面朝阳来获得更高的辐射能量；而相对炎热的低纬度地区，因为其日照条件的特殊性，在建筑节能设计时一般需通过围护结构的合理设计或者建筑总体形态的优化来实现对夏季日照时间的科学控制，使得夏季空调的能耗大大降低[3]。本地区的气候条件比较特殊，因为阴雨天气较多，日照对建筑能耗不存在较大的干扰，针对这一情况，这一地区的建筑设计中，夏季遮阳是最佳方案，以日照条件分析来进行建筑形体的节能设计优化。
在利用计算机辅助开展节能设计的过程中，专业人员从建筑结构特性着手，对建筑形体开展了综合性的对比，在数字化分析软件的基础上，获得了建筑形体与辐射得热之间所存在的紧密关系，发现一字型、立方体型、工字型、U型、L型的建筑形体下，因为都为全年得热，在结构设计时采用的正南朝向。
计算机辅助节能设计下，利用不同表面辐射得热的面积加权结果，分析得到了不同形体建筑的全年辐射能量，具体结果如下表所示。
表1不同建筑形体全年辐射得热总量
形体 一字型 立方体型 工字型 U型 L型
全年热辐射/（kW·h） 19183 7673 11036 9975 10384
从上表可以得到：因为立方体形体的建筑物在东西方向的投影相对短一些，也就对应着较少的辐射得热量，而一字型建筑形体在东西方向上的投影最长，同步对应着最大的总辐射得热量。因此，根据这些规律总结，辐射得热与建筑物在东西方向上的投影之间存在着紧密的关系，二者呈现出明显的正向变化[4]。因为在整体的建筑结构设计工作中，形体设计需考虑诸多的因素，某些建筑形体虽然看似复杂，但由于部分部位结构的特殊性，完全可以达到自遮阳设计的目的，这就使得其全年热辐射得热并不一定是最高的。
3.2基于通风模拟的建筑形体节能分析
通风同样是建筑设计中需关注的重点方面，根据驱动力来源的不同，通风设计有自然通风和机械通风，在整个建筑结构内，自然通风一般是以压差或者温差作为驱动力的，而机械通风下的能源消耗相对偏高，因为通风设计下的能源消耗特点，使得在建筑节能设计的过程中，应充分加强自然通风设计，通过自然风的引入，不仅可以改善室内空气质量，更可以满足节能要求。对于该地区而言，因为该地区夏季非常炎热，在风速增加的情况下，人体对高温的忍受程度也同步提高。风压通风设计下，建筑物本身的结构对自然风存在一定的阻挡作用，此时，建筑迎风侧的风速非常小，几乎为0，因此，在通风设计的过程中，存在阿伏伽德罗规律，迎风区为正压区，而背风区为负压区，建筑物两面这种巨大的压力差对室内空气的流动起到了一定的驱动作用，也就形成了穿堂风设计[5]。
在利用计算机辅助设计开展通风模拟和设计的过程中，采用的是流体动力学（CFD）软件，在该软件下分析不同形体建筑物的通风情况。
根据最终的分析和模拟结果，发现随着建筑物在与风向方向投影逐步增大的同时，也就在建筑物的背风面产生了一定的旋涡区，根据该旋涡区的大小对比，其中，一字型建筑的旋涡区是最大的，其次依次为工字型和U型。结合模拟分析结果，工字型U型建筑开口处部位还形成了一定的静风区域，该区域的存在使得该处的风速较小或者几乎不存在，影响了空气流通。在建筑物的南北方向上，因为阳光照射强度和时间不同，使得温度在南北方向上的差异明显，而这一温差条件下使得建筑南北方向上同步产生了气体内能差，也就对流体的流动起到了一定的驱动作用。基于这种因素的考虑，在建筑通风设计中，南北方向最好形成开窗对流设计。对于一字型建筑形体而言，东西两侧的流速相对较快，而立方体和U型建筑的西面流速较快，从全面性的因素考虑，迎风面积和风速的分布情况与整个建筑的通风效果有着紧密的联系。
3.3基于气候特点的建筑形体综合设计
在建筑形体设计的过程中，气候因素的考虑尤为重要，不同的气候条件下，所采取的形体设计方案也有着明显的区别。建筑工程领域的体型系数具体指的是外表面积与体积的比值，建筑体型系数反映着建筑物的吸热和保温性能。在体型系数相对较小的情况下，意味着单位体积下的表面积相对较小，此时的辐射得热也相对较小。在该地区的五种建筑形体下，其各自的体型系数如表2所示。根据结果总结，发现如果是正多边形的形体，建筑体型系数与边的数目呈现出反向变化的关系，在边数量越少的情况下，其所对应的体型系数相对较大，但无论是哪种的多边形，其体型系数都高于圆形建筑[6]。因为本工程中所处的地区为我国的南方地区，我国气候条件的特殊性使得建筑在冬季并未采取公共采暖设计，因此，基于这种特殊的设计要求，在夏季应做好隔热设计，加强冬季保温设计。此外，因为该地区在全年的日照时间相对较短，在节能设计中应加强通风和采光设计。
表2建筑的体型系数
形体 一字型 立方体型 工字型 U型 L型
体型系数 0.17 0.12 0.16 0.17 0.19
4.基于计算机辅助的建筑节能设计实际案例分析
以我国大连地区某住宅工程项目作为研究对象，为达到节能设计的目标，综合对比了多种的计算机辅助软件，最终选用的是eOuest软件，在整个的住宅建筑节能设计的过程中，利用该软件进行了整个的能耗分析与模拟，分别比对了三个不同住宅项目的能耗情况，根据最终的模拟分析结果，发现三个住宅建筑下，围护结构传热耗热量指标差异和内部得热差异都相对偏小，均处于10%以内，但空气渗透传热量这一指标却存在着非常大的差异。在整个的计算机辅助设计的过程中，主要包含了以下几个方面的对比：（1）采暖方式对比。在这三个住宅建筑而言，在开展采暖设计方案对比的过程中，重点模拟的是散热器采暖和地板辐射采暖方式的区别，经由最终的模拟数据，发现地板辐射采暖方式下的节能效果更佳，能源消耗量远远低于普通散热器采暖，给人们提供了更为理想和舒适的室内环境。（2）窗墙比、围护结构、体型系数的综合对比。在具体的分析中，首先从窗墙比出发，因为大连市特殊的地理地形和气候条件，在任何的建筑工程设计过程中，对于窗墙比都有着明确的规定，根据设计标准，南向窗、北向窗、东西向窗比例分别为0.35、0.25、0.30，结合这三个住宅工程项目中的窗墙比模拟结果，发现这三个建筑群的在东西两个朝向上的窗墙比都相对偏小，而南向的窗墙比最大，尤其是其中的某一建筑，南向窗墙比高达0.39，整体的节能效果非常理想，完全可以符合节能环保设计的标准，整个建筑的能耗得到了有效的控制。
结束语：
近年来，随着我国建筑行业的现代化发展，在任何的建筑工程项目实施过程中，人们都越来越关注建筑的节能设计，以通过各个设计细节中的节能环保理念融入，来提升整个建筑的节能效果，减少建筑在施工、使用和管理方面的能耗，发挥建筑的最大经济、社会和环保效益。未来随着建筑行业的转型发展，各个工程企业都应该加大在建筑节能设计的投入，注重计算机辅助的设计创新。
参考文献：
[1]赵菲.基于计算机辅助的建筑节能设计探析[J].江西建材,2019,000(007):105+107.
[2]赵莹莹,何青,赵营等.基于被动式视角下的乡村建筑节能设计探讨[J].建筑节能,2020,356(10):69-72+88.
[3]沈建伟.建筑工程设计中的节能建筑设计分析[J].建筑技术研究,2021,3(10):7-8.
[4]刘觅.BIM技术在建筑节能设计中的应用研究[J].现代商贸工业,2017,000(015):178-179.
[5]陈宏旭.试论从二维走向三维的计算机辅助建筑设计[J].赤峰学院学报(自然版),2019,035(001):100-102.
[6]李峰.基于计算机辅助分析的绿色建筑设计探讨[J].科技通报,2017,056(05):68-71.