设计方法

M6 低碳健康建筑设计 — 气候分析 → 策略工具箱 → 量化驱动 → 图面表达

01
气候分析
设计的出发点
02
策略工具箱
低碳+健康双策略
03
量化驱动
模拟-分析-优化
04
图面表达
设计成果呈现

气候分析

气候是设计的出发点。通过解读TMY(典型气象年)数据,识别被动策略的适用时段与潜力。生物气候图(Psychrometric Chart)是核心分析工具。

温度

干球温度、湿球温度、露点温度的逐时分布与极端值

湿度

相对湿度、绝对湿度的季节性变化,影响蒸发冷却策略

风环境

风速、风向、风频统计,风玫瑰图指导自然通风设计

太阳辐射

直射与散射辐射、日照时数,决定遮阳与光伏策略

中国五大气候区
严寒地区寒冷地区夏热冬冷夏热冬暖温和地区
气候分析

低碳策略工具箱

三级递进体系:被动优先 → 主动优化 → 可再生能源。每一级策略都在前一级的基础上进一步降低碳排放。

被动策略

优先级最高,零运行成本

紧凑体型 (低S/V)
南向布局优化
高性能围护 (低U值)
自然通风 (风压+热压)
自然采光 (sDA>55%)
遮阳设计 (SHGC控制)
热质量蓄热
气密性 (N50≤0.6)
主动策略

高效设备,最小化能耗

高效热泵 (COP≥4.0)
辐射供暖/制冷末端
全热回收新风 (ERV)
变风量系统 (VAV+DCV)
LED + 日光联动调光
人因照明 (HCL)
BEMS能源管理
直流微电网
可再生能源

降低排放因子 EF

BIPV建筑一体化光伏
太阳能热水系统
地源热泵 (GSHP)
储能系统 (电池+冰蓄冷)
小型风力发电
建筑产消者 (Prosumer)

碳排放减量路径

基准建筑100%
+ 被动设计70%
+ 主动优化50%
+ 可再生能源20%

通过三级策略递进,碳排放可从基准100%降至约20%,接近近零碳目标

健康策略工具箱

基于WELL建筑标准的十大概念,从空气、光、声、热舒适到亲生命设计,系统保障使用者的身心健康。

空气 (Air)
源头控制VOCs、充足新风、高效过滤、CO₂监测
光 (Light)
自然采光优先、眩光控制、人因照明调节昼夜节律
声 (Sound)
隔声设计(STC)、吸声处理(NRC)、声学分区
热舒适 (Thermal)
PMV目标范围、个人化温度控制、适应性模型
水 (Water)
高品质饮用水、节水器具、雨水回收利用
运动 (Movement)
楼梯优先设计、步行友好路径、运动设施配置
亲生命 (Biophilic)
直接自然体验(植物/水/光)、间接自然(材质/图案)
材料 (Materials)
低VOC材料、健康属性声明(HPD)、红名单规避
低碳与健康的协同与权衡
协同 (Win-Win)

自然通风既降低空调能耗又改善空气品质

自然采光既减少照明能耗又调节昼夜节律

绿色屋顶既隔热节能又提供生态与心理效益

权衡 (Trade-off)

高气密性节能但需配合机械新风保证空气品质

大面积玻璃采光好但增加能耗和眩光风险

需要量化模拟找到最优平衡点

量化驱动设计

从定性到定量的转变 — 将性能模拟嵌入设计早期,让每个设计决策都有数据支撑。迭代优化流程:初始设计 → 性能模拟 → 结果分析 → 优化调整。

能耗模拟

EnergyPlus / DesignBuilder / Honeybee

建筑全年逐时能耗计算,评估HVAC、照明、设备能耗与碳排放

采光模拟

Radiance / Honeybee / DIVA

自然采光系数(DF)、空间日光自主性(sDA)、年度日照暴露(ASE)

风热模拟

CFD (Fluent / OpenFOAM)

室内外气流场、温度场分布,评估自然通风效果与热舒适

声学模拟

ODEON / Pachyderm

混响时间(RT60)、语言清晰度(STI)、声场分布可视化

迭代优化闭环

初始设计
性能模拟
结果分析
优化调整

多轮迭代直到性能指标满足目标要求,建筑师从形式创造者转变为性能统筹者

生成式设计与多目标优化

参数化设计

通过Grasshopper等平台,将窗墙比、遮阳角度、朝向等设计变量参数化,快速生成和比较大量方案变体。

多目标优化

遗传算法同时优化多个目标(最小能耗、最大采光、最优舒适度),找到帕累托最优解集。

AI辅助设计

机器学习快速预测建筑性能,替代耗时物理模拟;生成式AI辅助方案构思和形态探索。

性能驱动设计

将性能模拟嵌入设计早期,从'经验驱动'转向'性能驱动',每个决策都有数据支撑。

设计成果图面表达

将分析过程和设计策略转化为清晰的图面语言,是沟通设计意图的关键能力。

策略分析图

将被动策略、主动系统在建筑空间中的落位关系清晰表达,展示设计逻辑

环境流场图

通风路径、日照分析、声场分布等环境性能的可视化表达

性能对比图

基准方案与优化方案的能耗、碳排放、IEQ指标对比,量化展示设计效果

课程核心总结

双目标驱动
Planet (低碳) & People (健康),对地球负责也对人负责
三级策略体系
被动优先 → 主动优化 → 可再生能源,层层递进
量化迭代优化
模拟-分析-优化闭环,数据驱动每个设计决策
角色转变
建筑师从形式创造者 → 性能统筹者,全过程整合
开始实践
互动学习工具
知识图谱 · 测验系统 · 太阳轨迹 · 设计生成