关键词:
园区办公建筑
碳中和导向
气候适应性设计
参数化工具
多目标优化
摘要:
“十四五”规划阶段,我国生态文明建设逐渐沿着绿色低碳的路径发展,在以碳排放量为指标的气候变化评估中,建筑行业位于前列,急需促进碳中和、零能耗的深度转型。尽管低碳建筑设计领域已取得一些研究成果,但仍面临着对低碳设计理念的本质挖掘不足、建筑低碳化理念的应用范围较窄、侧重于技术集成和策略实施而忽略了衡量建筑低碳性能的关键指标等缺陷。如何在设计之初融入碳排放的量化标准,以推动和实现建筑碳中和进程是本研究的核心内容。
气候适应性建筑由于资源节约、环境友好等诸多优势成为低碳设计的建设目标,而设计前期的方案创作是气候适应性建筑实现碳中和目标的关键前提。办公建筑由于碳排放量较高,长期以来都是低碳建筑设计的重要研究对象。本文基于长三角地区的气候特征,针对园区办公建筑展开碳中和导向的气候适应性设计研究。首先梳理“气候适应性建筑设计”和“碳中和导向建筑设计”的相关综述,从而确定之后的研究所需要用的工具平台。其次统筹提出碳中和导向的建筑全生命周期碳排放衡量标准和评测方法。在此基础上,从被动式、主动式和隐含碳的角度展开气候适应性设计研究,形成“场地设计-气候赋形-空间组织-表皮优化-能源利用-资源回收-材料选配-结构协同”的一体化工作流。最后,以南京牛首山文化科技产业园项目为例进行实证研究,综合考量“碳中和导向优化”和”气候适应性设计”的技术方法,构建了“基于UDI的形体自遮阳优化算法程序”、“基于PMV的折面幕墙单元优化算法程序”、“基于产能的光伏系统优化算法程序”、“基于EUI的整体优化算法程序”和“建筑全年碳排放相对增量计算程序”,并以UDI%、PMV、EUI、光伏优化值和全年碳排放相对增量为优化目标,通过Octopus进行多目标优化。筛选得出综合最优方案,与基准建筑进行对比分析,验证设计方法的有效性。
本研究主要成果有:整合并提出了建筑设计阶段的全生命周期碳排放量化标准和评测方法;建立了气候适应性设计一体化工作流框架,从场地设计、气候赋形、空间组织、表皮优化、能源利用、资源回收、材料选配、结构协同八个层级全面了解气候适应性设计策略;在Grasshopper参数化平台的基础上构建碳中和导向的气候适应性设计机制,探索理论研究与参数化工具结合的新方法;针对长三角地区园区办公建筑,从实证研究的角度提供了气候适应性设计指导。通过对比原有方案,优化方案在各方面的性能评价指标中均有所提升,且碳排放数值显著下降,验证了碳中和导向的气候适应性设计研究的可行性。