計算機模擬在建筑節(jié)能設(shè)計中的運用

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1人員素質(zhì)要求

建筑節(jié)能是一門綜合性學(xué)科，所涉及專業(yè)有建筑學(xué)、施工、采暖、通風(fēng)、空調(diào)、照明、設(shè)備、建材、熱工、能源、環(huán)境、檢測、計算機應(yīng)用等，是在許多學(xué)科交叉和結(jié)合后形成的，因此建筑節(jié)能技術(shù)也是一門綜合性的技術(shù)，包含了多個領(lǐng)域。建筑節(jié)能方案設(shè)計者除應(yīng)具有以上相關(guān)知識外，還應(yīng)熟練掌握建筑所在地的經(jīng)濟發(fā)展水平、施工工藝及建筑材料技術(shù)水平等。節(jié)能方案的好壞應(yīng)從節(jié)能效果、成本控制、建筑熱環(huán)境舒適性、地區(qū)適應(yīng)性等多方向進(jìn)行權(quán)衡判定。

2建筑節(jié)能設(shè)計計算

2.1選用計算軟件

選用建筑節(jié)能設(shè)計軟件為中國建筑科學(xué)研究院上海分院開發(fā)的PKPM建筑節(jié)能設(shè)計分析軟件，版本為PBECA20121.00版。

2.2項目概況及建立模型

本建筑節(jié)能設(shè)計模擬案例為兩梯四戶的塔式居住建筑，坐落在福建省泉州市(北緯=24.93°，東經(jīng)=118.58°)，屬于夏熱冬暖地區(qū)南區(qū)。該建筑朝向為南北朝向，建筑結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)。建筑面積6412.31m2，建筑層數(shù)18，共54m高，內(nèi)部戶型分布。

2.3技術(shù)指標(biāo)

要求此模擬案例所在城市氣候區(qū)屬于夏熱冬暖南區(qū)，其平均窗墻面積比為0.15。依據(jù)DBJ13－62－2004《福建省居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)實施細(xì)則》，其建筑熱工節(jié)能設(shè)計應(yīng)符合以下規(guī)定。

2.4參照建筑確定原則

(1)參照建筑的建筑形狀、大小和朝向均應(yīng)與所設(shè)計建筑完全相同;(2)參照建筑各朝向和屋頂?shù)拈_窗面積應(yīng)與所設(shè)計建筑相同，但當(dāng)所設(shè)計建筑某個朝向的窗(包括屋頂?shù)奶齑?面積超過標(biāo)準(zhǔn)《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》第4.0.4、4.0.6條的規(guī)定時，參照建筑該朝向(或屋頂)的窗面積應(yīng)減小到符合標(biāo)準(zhǔn)《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》第4.0.4、4.0.6條的規(guī)定;(3)參照建筑外墻、外窗和屋頂?shù)母黜椥阅苤笜?biāo)應(yīng)為《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》第4.0.7和4.0.8規(guī)定的最低限值。其中墻體、屋頂外表面的太陽輻射吸收系數(shù)應(yīng)取0.7;當(dāng)所設(shè)計建筑的墻體熱惰性指標(biāo)大于2.5時，參照建筑的墻體傳熱系數(shù)應(yīng)取1.5W/(m2•K)，屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)應(yīng)取0.9W/(m2•K)，北區(qū)窗的傳熱系數(shù)應(yīng)取4.0W/(m2•K);當(dāng)所設(shè)計建筑的墻體熱惰性指標(biāo)小于2.5時，參照建筑的墻體傳熱系數(shù)應(yīng)取0.7W/(m2•K)，屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)應(yīng)取0.4W/(m2•K)，北區(qū)窗的傳熱系數(shù)應(yīng)取4.0W/(m2•K)。

2.5節(jié)能方案設(shè)計

建筑節(jié)能方案的設(shè)計方法有規(guī)定性指標(biāo)設(shè)計法、權(quán)衡計算設(shè)計法兩種。

2.5.1規(guī)定性指標(biāo)設(shè)計法

所謂規(guī)定性指標(biāo)設(shè)計法就是依據(jù)DBJ13－62－2004《福建省居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)實施細(xì)則》第四章建筑和建筑熱工節(jié)能設(shè)計的要求，嚴(yán)格控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能各項指標(biāo)。當(dāng)各規(guī)定性指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求時，判定該建筑的節(jié)能設(shè)計滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。根據(jù)泉州當(dāng)?shù)貧夂驐l件、經(jīng)濟基礎(chǔ)及施工技術(shù)、原材料供應(yīng)情況等，分析得出泉州地區(qū)外墻較常見熱工性能為K≤2.0，D≥3.0或K≤1.5，D≥3.0。根據(jù)規(guī)定性指標(biāo)計算法，兩種較適宜的規(guī)定性指標(biāo)設(shè)計方案如表4。

2.5.2動態(tài)權(quán)衡計算設(shè)計法

所謂權(quán)衡計算設(shè)計法就是依據(jù)DBJ13－62－2004《福建省居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)實施細(xì)則》第五章建筑節(jié)能設(shè)計的綜合評價的要求，使用專用計算軟件進(jìn)行計算，使設(shè)計建筑能耗不大于參照建筑的能耗的方法。此設(shè)計方法中允許某項技術(shù)指標(biāo)，甚至某幾項技術(shù)指標(biāo)不滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，只要建筑最終的能耗不大于參照建筑，則判定為節(jié)能設(shè)計滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。根據(jù)上述規(guī)定性指標(biāo)設(shè)計方案，對節(jié)能設(shè)計施工、材料獲得、當(dāng)?shù)噩F(xiàn)狀等方面進(jìn)行系統(tǒng)分析，調(diào)整較適宜的動態(tài)權(quán)衡計算設(shè)計方案見表5。4.6方案對比分析

2.6.1節(jié)能率分析

三個設(shè)計方案均滿足居住建筑節(jié)能設(shè)計要求。其中權(quán)衡計算方案通過計算機動態(tài)模擬計算的節(jié)能率為50.29%。

2.6.2成本分析

從各方案中可知，變量成本主要發(fā)生在外墻填充墻砌塊、熱橋保溫層材料及外窗方面。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計，上述材料的當(dāng)?shù)夭牧腺M及人工費行情詳見表6。權(quán)衡計算方案相對于其他兩種規(guī)定性指標(biāo)方案要節(jié)約成本，其中比規(guī)定性指標(biāo)方案1單位建筑面積節(jié)約成11元/㎡，合計共節(jié)約70586.9元。

2.6.3熱舒適性分析

外墻填充墻與熱橋部位的K值相差越大，則兩者室內(nèi)表面溫度相差越大，所以對人體產(chǎn)生的熱輻射強度分布越不均勻，室內(nèi)熱舒適性就越差。權(quán)衡計算方案中外墻熱橋部位K值與外墻平均傳熱系數(shù)K值最接近，所以該方案的熱舒適性相比其他方案較好。

2.6.4地區(qū)適應(yīng)性分析

因加氣混凝土砌塊易吸水導(dǎo)致砌體開裂等問題無法得到很好的解決，雖然其具有良好的熱工性能，但加氣混凝土砌塊應(yīng)用于外墻并不樂觀。建筑外墻熱橋部位采用建筑保溫砂漿的熱橋處理方式屬于國內(nèi)成熟的施工工藝，現(xiàn)場施工中，25mm厚以下的保溫層施工費用及工藝并無明顯差異。普通鋁合金中空玻璃窗(6+9+6)為工地常用窗型。所以權(quán)衡計算方案的設(shè)計手段更益于推廣建筑節(jié)能，控制工程質(zhì)量。

3結(jié)論

在滿足建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，運用計算機仿真模擬的動態(tài)權(quán)衡計算設(shè)計法較規(guī)定性指標(biāo)設(shè)計法有以下幾點優(yōu)勢:

1)動態(tài)權(quán)衡計算設(shè)計法可以使節(jié)能方案多樣化，便于從眾多方案中選擇最優(yōu)最適合的節(jié)能方案。

2)動態(tài)權(quán)衡計算設(shè)計法有利于控制建筑成本。

3)動態(tài)權(quán)衡計算設(shè)計法可根本建筑所在地的優(yōu)勢合理調(diào)整節(jié)能方案，更益于推廣建筑節(jié)能，控制工程質(zhì)量。

作者：徐春桃齊舒皮魁升單平平林泉來單位：福建省建筑科學(xué)研究院福建省綠色建筑技術(shù)重點實驗室