生态优化视角下的零能耗居住建筑优化设计初探

杜洋

（南京长江都市建筑设计股份有限公司 江苏南京 210000）

0 引言

建筑行业的零能耗要求，是这一行业发展中所追求的一个重要目标。为了取得更好的建筑设计效果，需要结合零能耗的标准以及生态优化的基本原则的要求，从建筑设计环节进行优化和完善。

1 零能耗的总体概述

零能耗的概念，具体的来说就是在房屋的建筑中不消耗常规的基础能源，而依靠可再生的自然能源维持房屋的运行和人们的日常生活。其中，太阳能就属于可再生自然资源中比较有代表性的一种类型[1]。如果从宏观的角度上来说，零能耗的概念并不是非常先进且具有新式特点的，欧美国家中有部分国家已经发展并将零能耗建筑进行落实。而在我国，零能耗建筑的起步最早可以追溯到2000年，这一阶段，科技成为房地产行业发展的方向和主题。可持续发展成为了建筑行业建设和发展的根本性原则，而从技术层面上来说，零能耗建筑效果的实现，主要通过针对建筑技术的开发。这种情况实际上也是我国高能耗建筑开始像零能耗方向发展的一个典型代表。从未来的发展趋势来说，在有限的资源储备和大量的资源消耗背景下，零能耗必然成为建筑行业发展和建设中所追求的一个重要目标。从建筑设计的角度上来说。零能耗建筑主要通过先进的科技手段的运用达到减低能源消耗的目的，一些进口的制冷系统和通风系统目前可进行引进的设备。另外，洁净能源科技项目的研发，也是实现建筑行业零能耗建筑设计和建设的一个有效手段。从有限能源的节约角度分析，零能耗建筑的产生，也是基于石油资源、水资源以及电力资源的供应成本和总储备量不断减少的情况而提出的。

2 目前建筑能耗的现状分析

建筑节能问题已经是世界范围内都迫在眉睫需要解决的问题。这主要是由于建筑行业的发展，伴随着最大化的能源消耗。根据IEA的专业预测数据分析，截至2035年，全球范围内的能源消耗比例将增长到30%的水平。建筑能源的需求量也会增加到800Mte以上[2]。若无法采取有效的措施提高建筑效率，则建筑本身的能量消耗量会持续增长，相应的供应压力也必然会大幅度增加。城市化建设的进程在我国在不断加快，城市污染的问题呈现出日益加重的状态。这不仅会影响城市本身的自然环境，污染物的排放也会危害人们的身体健康。从建筑行业的发展来讲，这种情况也会大幅度降低人们在城市中的居住舒适度，这也不利于建筑行业的稳定发展。研究造成这种现象的根本原因，与建筑行业管理的粗放性有直接的关系。从建筑设计的角度上来说，目前已经制定并实施的建筑设计标准是《民用建筑节能设计标准（采暖居住建设部分）》。标准中的节能层次包括四个方面，目前的实施程度已经达到了第三步，部分区域正在向第四步节能层次迈进。但这与零耗能额要求相比还存在一段差距。

3 现阶段零能耗建筑设计存在的实际问题

零能耗建筑设计由于其先进性和专业性，在建筑设计环节的落实中也会遇到一些困难和问题。

3.1 设计实践存在困难

具体的来讲，这种困难存在于我国社会现阶段发展特征和状态有直接的关系，环境、能源利用和科学技术发展三方面的问题无论在复杂性还是重要性上都有非常显著地提升。另外，建筑学科本身也具有较高的复杂性。而回到零能耗建筑设计的工作开展角度上来说，由于现实环境条件的因素以及技术支持因素的影响，无论是从零能耗建筑设计的理论知识还是从实践经验的角度上来说，在实施中都存在一些现实问题和困难。且建筑设计工作本身在不同的地区和自然环境条件下要想达到零能耗的效果，设计思路和设计技术也需要做出相应的变更。这种高难度性和高复杂性使得零能耗的建筑设计本身就是一项难度非常大的工作。

3.2 设计资源和经费存在困难

虽然零能耗建筑从实际应用的角度上来讲能够保持能量消耗的相对零支出，但在这种建筑设计的前期实现阶段，是需要大量的资源和和技术成本投入的。这就意味着成本和技术会成为制约零能耗建筑设计的因素，这不利于零能耗建筑高效率的普及和运用[3]。从生态优化的视角上来看，也使得零能耗建筑的设计和运用不能适应现阶段生态平衡以及环境保护要求的问题凸显出来。ZEB建筑优化问题是在2010年后开始受到重视并要求加紧落实的。从专业角度上来讲，优化设计的方法有以下几种，第一，基于寿命周期成本的LCC优化模式。第二，通过运用计算机系统和数学计算模型的创立，联合形成一套系统的生态优化方案。这些方案目前在西方国家中已经逐步开展了实践性讨论和落实。

4 基于零能耗的建筑优化设计技术

目前的零能耗建筑优化设计包括了三个基本层次，这三个层次的划分，是基于热力学层面进行的。即第一层，单纯热力学优化。第二层，热力学融合经济因素优化。第三，热力学、经济成本因素与生态环境因素联合实现优化。从层次的全面性上来讲，可知第三个层次是本文讨论所要达到的根本目标。关于设计优化技术方面，目前可找到的技术突破口为单纯的热力学优化，三者联合的优化设计方案，从技术理论支持的角度上来说，需要依托于热力学能量平衡原理，将低碳和可持续发展作为设计技术确认的原则，以常规的典型建筑空间为基础，通过主动技术、被动技术以及能量排放监测技术的综合运用达到优化设计的目的[4]。另外，还需要综合考虑环境的友好性和经济成本支出的合理性。紧密的将经济成本、能源应用和生态平衡三个方面的因素进行综合考虑，从而建立起一个体系化的技术系统。在具体观察技术实施的效果时，可通过建立模型的方式进行，注意模型本身的综合性。通过针对一个典型例子的多目标优化求解，获取系列数据，最终形成一个有完备数据的数据库。在实际应用中结合不同的零能耗建筑要求调用相关参数，通过结合实际的进一步优化调整，为零能耗优化设计的实践提供支持。

5 结束语

综合来说，我国的零能耗建筑设计工作中，生态优化设计的背景和原则不仅是现代建筑设计的要求，也是实现零能耗的一个有效方法。设计人员只有通过综合分析现有的设计和优化经验，并运用适当的专业方法做好数据的计算和分析，才能最终获取具有实践可行性的设计方案。