高校绿色建筑的优化设计

中国绿色建筑发展迅速，目前正处于大规模建设阶段。超过 90% 的绿色建筑项目在设计阶段，设计师需确保设计符合绿色建筑评估标准。本研究利用Revit Architecture 和 GBS 的 Ecotect Analysis 软件对首都医科大学模型进行分析，并依据《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2021 进行评定，旨在指导项目改进，为类似项目提供新设计思路，促进绿色建筑研究和创新。

1 绿色建筑评价的方法及操作步骤

1.1 建立模拟模型

利用 Revit 软件创建的三维参数化模型，结合了三维参数化模型协同设计技术，然后借助 Revit 软件附带的功能将其输出为可用于后续 Autodesk EcotectAnalysis 绿色建筑分析软件的数据。

1.2 绿色建筑的软件分析

1.2.1 工程设置

选择以建筑暖通负荷模拟分析软件作为示例，首先需要输入相关的建筑项目信息。将建设地设定在北京，并根据北京当地的气候条件来确定拟建设的建筑物的外部环境和内部设施，这样可以保证其与实际的环境相符。接下来，要定义拟建建筑物的屋顶结构、门窗等具体细节的工程属性，以便让它们尽可能接近真实的工程数据，从而提升模拟结果的精确度。

1.2.2 模拟输出

完成工程构造设置后，计算建筑的冷热负荷及全年负荷，软件自动生成公式并模拟围护结构导热系数，检验是否符合暖通要求，生成报告。利用Autodesk Ecotect Analysis 工具评估室内外环境及光照温度声音，采用一模多算技术，协作软件设定结构元素工程属性，提高模拟精确度和研究者工作效能。

2 项目实例

2.1 项目简述

2.1.1 区域环境概况

首都医科大学新校区位于北京市南部地区、大兴区西北角生物医药基地范围内，为京津发展轴和京保石发展轴的中心地带，是南部科技创新中心的重要支撑。区域交通便利，周边有多条快速路（六环路、京开高速等）和轨道交通支撑（M20 支、M4、S6 等），可实现与市内重点功能区间的快速交通联系。

2.1.2 工程建设的规模

本项目为生活区共包含三栋建筑，一栋 2 号留学生服务中心和一栋 1 号宿舍楼，一栋门卫室。项目定位为留学生宿舍， 2 号留学生服务中心总建筑面积为 43333 ㎡，地上建筑面积为 32333 ㎡，地下建筑面积 11000 ㎡，地下主要功能为设备用房、机动车停车库（人防工程）。1 号宿舍楼（留学生宿舍）总建筑面积为20180 ㎡。3 号门卫室，总建筑面积为60 ㎡，1 号宿舍楼（留学生宿舍）地上十四层，无地下，建筑总高度为 44.20m_⨀ 。

2.2 建筑风环境

2.2.1 建筑风环境计算原理

利用湍流模型来研究建筑风环境，这个模型能够精确描述建筑周边空气流动的情况。根据不同的湍流模型，可以更准确地模拟出特定地区风环境下的建筑表面压力和速度等参数，从而尽可能真实地再现实际气场的数据。

2.2.2 计算结果及分析

根据计算结果显示，整个地区的风速都未达到绿色建筑评估标准的 5m/s 规定值，这表明该地的空气流动相对稳定，居住环境十分宜人。此外，学校周边的活动场地并没有出现无风现象，能够满足学生们在夏天需要通风和降温的需求。这种利用自然的风力来调节室内温度的方式有助于节省能源消耗，对实现建筑节能有积极意义[6]。通过分析建筑物的正面和反面风压分布情况可知，其正、反两面之间的压力差异不大于 5Pa 。然而，因为冬夏季节的风向和速度有所区别，所以建筑物表面的风压通常保持在 -2 到 2Pa 之间。因此，合理地布局植物以减小建筑物表面受到的风压是必要的，这也符合抗风的要求。

2.3 建筑采光设计

2.3.1 建筑采光计算原理

建筑采光性能评价体系以采光系数为核心，指导采光设计和照明能耗评估。项目位于Ⅲ类光气候区，光气候系数为 1.00 根据《建筑采光设计标准》（GB50033-2021），Ⅲ类区室外基准照度为 15000 lx，围护结构表面光学特性参数设定为：顶棚反射率 0.75，地面及墙面反射率 0.84，外立面反射率 0.50 。研究采用多尺度网格划分策略构建计算模型，以 0.75m 水平面为基准面，根据房间面积差异化网格剖分——面积 ⩽10m² 时用 0.25m 网格， 10～100m² 用 0.5m 网格， ⩾100m² 用 1m 网格。

数值模拟工作流采用 Radiance 光学模拟引擎实现建筑光环境仿真计算，重点解析采光系数分布、室内自然光照度梯度及光环境均匀性参数。模拟数据经Dali 平台进行后处理，生成二维平面采光云图及照度达标率热力图，定量评估项目采光性能对Ⅲ类光气候区规范要求的符合性。特别需指出，针对该气候区技术规范中顶部采光均匀度 ⩾0.7 的强制性指标，研究通过参数化模拟手段对达标率开展专项验证，确保光环境质量满足空间功能需求。

2.3.2 计算结果及分析

研究表明，在相同照度下，自然光有助于提高辨识力、保护视力并提升心理舒适感。建议学校和办公场所多用自然光，以减轻视力负担，提高工作学习效率和情绪状态。

新建校区 76.4% 的室内空间可获得充足自然光，但部分区域因光线过强出现眩光问题。建议在入口或远离窗户处增加遮蔽物以减少眩光，优化遮阳设计平衡采光与能耗，如图书馆利用高反射顶棚提升光环境均匀性。

2.4 建筑暖通

2.4.1 建筑暖通计算原理

根据热平衡理论对暖通负荷进行模拟评估，主要关注的是室内散发的热量，并通过考虑诸如墙体导热损失、加温渗透冷气消耗等可能影响到室内的热量散发的情况来进行模拟估算。最终选择所有这些影响因素中每小时产生的热负荷之和作为总体热负荷。

相较于过去使用单位面积负荷指标估算法来计算负荷，这个模拟计算模型能够尽可能准确地再现预期建筑的冷热负荷数值。这样做可以帮助设计师更合理地选择主机和系统，减少运行和维护的成本，从而实现节约能源和资源的目标。

2.4.2 计算结果及分析

根据构建模型的视觉评估和计算结果显示，新建学校的能源效率理论评价数据，在新校建设的设计过程中，设定其屋顶的热传递系数为 0.34W/（m.K），而考虑到线性热桥的外墙壁结构后，其热传递系数被调整至 0.6W/（ m.K ）。经过仿真研究，可以发现新校与对比建筑相比，其节能率下降了 4.31% ，这意味着新的建筑物产生的制冷需求超过了对照组建筑物的制冷需求，因此，该新建建筑的能量消耗明显偏高。

3 结 论

为了优化项目的外部空气质量，必须实施植被覆盖以减少旋涡和降低风速;同时，也需扩大室内的侧面窗口或者增加人造光源，以此提升建筑内部远离窗口区域的光线舒适感 ; 此外，可以通过改良外墙材质的方式，如选择更低的热传递率，从而增强其保暖功能，进而实现节能效果的提升 ; 最后，借助对建筑部件的噪音隔离、声音吸收及消除震动等方式，可以进一步提升室内听觉体验的舒适程度。

参考文献

[1] 中华人民共和国建设部 .GB/T500378-2021 绿色建筑评价标准 [S]. 北京 ：中国建筑工业出版社，2021

[2] 农漪 . 绿色环保理念下化工材料在建筑设计中的应用 [J]. 日用化学工业（中英文），2024，54（05）：629-630.