苑 毅,趙秀明,周劍鳳

(蘭州文理學(xué)院 傳媒工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730000)

0 引 言

節(jié)能型園林是以合理和循環(huán)利用資源、節(jié)約資源、降低施工能耗為目標(biāo)的園林施工模式,是指在園林建設(shè)的過(guò)程中,即規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等每個(gè)部分都需要最大程度的節(jié)約水和電等能源,有效的增加能源的使用率,降低能源的損耗[1-2]．建議使用天然的能源,例如風(fēng)能、太陽(yáng)能和水力等資源．除此之外,還采用反光以及熒光材料構(gòu)成的園林物品如標(biāo)志牌等,這樣不但可以塑造節(jié)能型園林的綠化,還可以形成別具一格的園林景像．

目前園林所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)主要來(lái)源于幾個(gè)方面:生態(tài)轉(zhuǎn)型、氣候變化和人為因素、全球化和本土化．而我國(guó)長(zhǎng)期沿用的園林設(shè)計(jì)和潛規(guī)則已經(jīng)不具備先進(jìn)性,具有很多弊端, 致使設(shè)計(jì)建設(shè)出的園林景觀能耗指標(biāo)相當(dāng)于氣候、地質(zhì)條件相同情況下下發(fā)達(dá)國(guó)家的2～3倍[3-5]．21世紀(jì)阻礙中國(guó)發(fā)展的最大問(wèn)題之一是能源匱乏,同時(shí)我國(guó)具有13多億人口,故目前水和電等諸多能源的日趨減少已成為限制我國(guó)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題,而且隨人口的持續(xù)增加和能源的消耗,該問(wèn)題的嚴(yán)重性會(huì)更為突出．為此,有必要在明確區(qū)分各個(gè)條件的指導(dǎo)下,建立數(shù)學(xué)模型,并用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì),從而探討建筑節(jié)能問(wèn)題[6-7]．

1 存在問(wèn)題

園林行業(yè)是比較消耗資源和能源的行業(yè),特別是對(duì)土地、水、電和材料等需要非常多．當(dāng)今我國(guó)的園林行業(yè)發(fā)展非常迅速,對(duì)于節(jié)能型園林也進(jìn)行了研討和應(yīng)用,然而僅僅處在倡導(dǎo)時(shí)期．在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中仍然重視開(kāi)發(fā)以及速率,不重視節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)[8]．又由于行業(yè)本身無(wú)特定關(guān)于節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的規(guī)章制度來(lái)制約,導(dǎo)致其無(wú)序發(fā)展,沒(méi)有制定長(zhǎng)遠(yuǎn)的節(jié)能計(jì)劃,節(jié)能工作僅僅鲆欣投資部門(mén)和設(shè)計(jì)人員的本身的素養(yǎng),獲取的效果不好．而且我國(guó)目前沒(méi)有較好的節(jié)能激勵(lì)機(jī)制,在此狀況下,節(jié)能型園林的設(shè)計(jì)將會(huì)出現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)、髙投資和高技術(shù)的特點(diǎn),雖然長(zhǎng)期效益會(huì)很好,但因?yàn)槿藗兺ǔ?huì)注重當(dāng)下的利益,導(dǎo)致節(jié)能型園林發(fā)展速度遲緩．還會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題就是在根據(jù)層次區(qū)分的園林規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及施工過(guò)程中,領(lǐng)導(dǎo)、投資人員以及規(guī)劃設(shè)計(jì)人員通常沒(méi)有節(jié)約意識(shí),會(huì)認(rèn)為好的園林環(huán)境是需要昂貴材料和龐大的資金構(gòu)成的,投資越多園林項(xiàng)目越好．所以在我國(guó)的城鎮(zhèn)園林建設(shè)過(guò)程中,產(chǎn)生了諸多形象工程、政治工程等[9]．

另外園林行業(yè)的在節(jié)能方面的技術(shù)不是很好,應(yīng)用也不是很普及,在某種程度上限制了節(jié)能化的發(fā)展．當(dāng)今我國(guó)園林行業(yè)在節(jié)能技術(shù)方面的投入較少、缺乏改革創(chuàng)新,能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者以及投資方供應(yīng)的資源很少;大部分的節(jié)能技術(shù)、工藝和設(shè)備需要依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口,導(dǎo)致早期資金投入過(guò)多,抑制了人們建設(shè)節(jié)能型園林的積極性．現(xiàn)階段已經(jīng)有一些節(jié)能方法運(yùn)用到園林建設(shè)當(dāng)中,但是因?yàn)楸ｐB(yǎng)和維護(hù)以及管理水平不高,導(dǎo)致大多數(shù)的節(jié)能裝置無(wú)法長(zhǎng)期使用．所以新技術(shù)以及新能源成為園林行業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)節(jié)能型園林所面臨的難點(diǎn)．

2 園林施工節(jié)能設(shè)計(jì)模型原理及分析

2.1 施工前提條件

(1) 自然環(huán)境條件 若園林施工的工程有差異,則其相應(yīng)的的自然環(huán)境也有比較多的不一樣．在園林施工的過(guò)程中主要包括能源的來(lái)源、排水、結(jié)構(gòu)、樹(shù)木、假山、水池、綠化帶等[10]．但是無(wú)論是哪類(lèi)園林施工,其施工過(guò)程中一定要詳細(xì)分析本地的自然環(huán)境,這樣可以確保其設(shè)計(jì)的科學(xué)性,可以確保城鎮(zhèn)同園林相得益彰,從而取得一舉兩得的效果．

(2) 人力條件 在園林工程施工過(guò)程中,設(shè)計(jì)人員可以知道開(kāi)發(fā)商的需求,再以本地的地勢(shì)地貌和水文地質(zhì)條件等為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出最科學(xué)的規(guī)劃,同時(shí)依據(jù)本身的經(jīng)驗(yàn)投入恰當(dāng)?shù)娜肆?、物力和?cái)力,確保園林施工過(guò)程中的交叉重復(fù)工作,確保園林工程的施工質(zhì)量和施工進(jìn)度[11-12]．除此之外,施工者也能依據(jù)本身的經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用多種節(jié)能技術(shù),使其能夠節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境．

2.2 能量消耗計(jì)算原理

園林施工一小時(shí)消耗能量計(jì)算公式為

qw=MwCp(to-ti).

(1)

式中:Mw為空氣的質(zhì)量;Cp為空氣定壓比熱;t為溫度,下標(biāo)w,o，i分別為整體、室外、室內(nèi)能量強(qiáng)度強(qiáng)度．園林的瞬時(shí)熱流強(qiáng)度可表示為

Io=IDcosθ+Idcos2(s/2).

(2)

式中:ID,Id分別為平面上的日逐時(shí)直射、散射太陽(yáng)輻射強(qiáng)度；θ為太陽(yáng)入射角；s為墻面的傾角．太陽(yáng)輻射透過(guò)窗玻璃后,室內(nèi)的瞬時(shí)熱流[13]．利用式(3)可得出園林對(duì)象是否適合加裝光伏組件，有

I1=AwScIo(t?).

(3)

式中:A為面積;S為不可利用能量系數(shù)．

單位面積熱傳導(dǎo)進(jìn)入室內(nèi)的瞬時(shí)熱流量為

qci=(t0-t1)R-1.

(4)

式中:R為空氣的熱阻．

2.3 數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法

具有間斷系數(shù)的一維熱傳導(dǎo)方程為

(5)

式中：a(x)為導(dǎo)能系數(shù),它在各層內(nèi)均為常數(shù)；i為時(shí)間；x為能量散射的距離．而x1,x2，…,xM均為a(x)的第一類(lèi)間斷點(diǎn)．

初始條件:

t(x,i)i=0=t(x,0).

(6)

對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu)的外表面有

(7)

式中:q為熱穩(wěn)定系數(shù)；v為太陽(yáng)輻射熱反射系數(shù).

對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu), 取壁厚的一半處為外邊界, 則有

(8)

對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部各層連接處心,(j,j+1)有

(9)

式中：k為能量系數(shù)；j為各層連接系數(shù)；x為常數(shù).

(10)

式中：h為對(duì)流換熱系數(shù);I為對(duì)能量的吸收系數(shù);Aw為園林景觀地表面積.

使用本公式可計(jì)算出正確的能源消耗,加以規(guī)避,最終達(dá)到節(jié)能的目的．

2.4 權(quán)重的取值范圍

因?yàn)閷哟蝿澐值膱@林施工的特殊性,需要特殊分析取值范圍．特征向量為W(k),將W(k)歸一化后,得到一級(jí)指標(biāo)層相應(yīng)元素對(duì)于目標(biāo)層因素相對(duì)重要性的權(quán)重向量集為

(11)

在此范圍外的數(shù)值可基本判斷為無(wú)用值．

2.5 注意事項(xiàng)

在園林施工過(guò)程中,需要重視統(tǒng)籌部署以及科學(xué)計(jì)劃．防止出現(xiàn)重復(fù)建設(shè)和運(yùn)輸以及能源消耗過(guò)大的現(xiàn)象[14]．在前期準(zhǔn)備過(guò)程中,一方面需非常認(rèn)真的了解設(shè)計(jì)圖紙等相關(guān)材料,另一方面需非常仔細(xì)的勘探現(xiàn)場(chǎng),掌握現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌、水文、地質(zhì)、土壤和管路等狀況[15]．以現(xiàn)場(chǎng)條件為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)具體的、科學(xué)可行的施工組織計(jì)劃以及材料采購(gòu)計(jì)劃．

在園林施工過(guò)程中,應(yīng)恰當(dāng)?shù)匾?guī)劃?rùn)C(jī)械設(shè)備特別是大型機(jī)的使用時(shí)間,最好能做到大型機(jī)械設(shè)備在使用時(shí)間上能夠集中使用,防止出現(xiàn)由于重復(fù)運(yùn)輸導(dǎo)致的多余資源損耗．當(dāng)采購(gòu)材料時(shí),也需做到詳細(xì)的采購(gòu)安排,最好材料集中采購(gòu),這樣將降低材料運(yùn)輸導(dǎo)致的多余資源損耗[16-17]．在園林施工過(guò)程中,科學(xué)部署施工現(xiàn)場(chǎng)的布局和相關(guān)的施工者,防止出現(xiàn)布置不科學(xué)導(dǎo)致的多余資源損耗,防止出現(xiàn)重復(fù)用工、停工的現(xiàn)象．此外還要科學(xué)部署施工的進(jìn)度,例如花草樹(shù)木的種植盡可能在陰雨天前施工,這樣既能夠提升花草樹(shù)木的成活率[18],也可以降低花草樹(shù)木在水能方面的消耗.同時(shí)要避免“為了節(jié)能而節(jié)能”,忽視了園林景觀在當(dāng)?shù)貧夂?、濕度等條件下的基本保溫/降溫要求[19-20]．

3 影響園林節(jié)能成果的其他非計(jì)算因素

3.1 主動(dòng)式節(jié)能

主動(dòng)式節(jié)能為科學(xué)部署園林施工順序,使其確保節(jié)能．園林施工中,施工者能夠把不可再生資源轉(zhuǎn)化成可再生資源,譬如太陽(yáng)能和風(fēng)能等,設(shè)計(jì)出風(fēng)車(chē)等設(shè)備,即做到控制能源資源,也能夠儲(chǔ)存能源資源,達(dá)到節(jié)能的效果,同時(shí)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略．然而因?yàn)闀?huì)受到不同條件的制約,其不可以真正應(yīng)用到工程中,故設(shè)計(jì)人員僅可以把部分小型的太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)應(yīng)用在園林施工過(guò)程中,以達(dá)到節(jié)能的目的．

3.2 被動(dòng)式節(jié)能

被動(dòng)式節(jié)能為設(shè)計(jì)人員依據(jù)本地的實(shí)際狀況進(jìn)行科學(xué)建設(shè),達(dá)到與園林建設(shè)和諧統(tǒng)一,最終使其確保節(jié)能．園林施工中,即由施工者分析本地氣候條件等自然元素以后,將植物、地形地貌以及建筑等每個(gè)元素重新設(shè)計(jì),確保其科學(xué)性,從而確保園林工程的質(zhì)量,使其與周邊環(huán)境和諧統(tǒng)一,最終達(dá)到理想的施工效果．在施工過(guò)程中,同時(shí)保證景觀效果和實(shí)用性,建設(shè)一個(gè)優(yōu)美又環(huán)保的環(huán)境是最終目標(biāo),故施工者在采用被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的過(guò)程中,一定要將本地的條件進(jìn)行具體剖析．與主動(dòng)式節(jié)能技術(shù)相比,被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)更加節(jié)能．但想實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),則需設(shè)計(jì)人員將本地的自然條件進(jìn)行具體剖析,把施工過(guò)程中全部的設(shè)備以及材料的功能充分開(kāi)發(fā),在增加施工效率的前提下確保其施工質(zhì)量,達(dá)到節(jié)能的效果．

由于園林項(xiàng)目中綠化項(xiàng)目其本身的目的就有改善氣溫、吸收二氧化碳和調(diào)節(jié)城市小氣候的效果,故其本身即是低碳節(jié)能項(xiàng)目．在設(shè)計(jì)以及施工中重視因地因事制宜,做到施工低能耗,環(huán)保節(jié)能,便更加可以體現(xiàn)節(jié)能型園林的特長(zhǎng)．

4 結(jié)束語(yǔ)

節(jié)能環(huán)保和低碳低能耗為園林項(xiàng)目發(fā)展的必然趨勢(shì),這需相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員在工作中持續(xù)改革創(chuàng)新,融入先進(jìn)的科學(xué)技術(shù),并將其改良,從而達(dá)到適用于園林的施工建設(shè),除此之外,施工者還需加強(qiáng)管理,這樣也可以實(shí)現(xiàn)理想的施工效果,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源,保護(hù)環(huán)境的目的,使城鎮(zhèn)和園林達(dá)到和諧統(tǒng)一,為人們創(chuàng)造一個(gè)優(yōu)美又環(huán)保的生活環(huán)境．