計算機模擬在建筑節能設計中的運用

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1人員素質要求

建筑節能是一門綜合性學科，所涉及專業有建筑學、施工、采暖、通風、空調、照明、設備、建材、熱工、能源、環境、檢測、計算機應用等，是在許多學科交叉和結合后形成的，因此建筑節能技術也是一門綜合性的技術，包含了多個領域。建筑節能方案設計者除應具有以上相關知識外，還應熟練掌握建筑所在地的經濟發展水平、施工工藝及建筑材料技術水平等。節能方案的好壞應從節能效果、成本控制、建筑熱環境舒適性、地區適應性等多方向進行權衡判定。

2建筑節能設計計算

2.1選用計算軟件

選用建筑節能設計軟件為中國建筑科學研究院上海分院開發的PKPM建筑節能設計分析軟件，版本為PBECA20121.00版。

2.2項目概況及建立模型

本建筑節能設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=118.58°)，屬于夏熱冬暖地區南區。該建筑朝向為南北朝向，建筑結構類型為框架結構。建筑面積6412.31m2，建筑層數18，共54m高，內部戶型分布。

2.3技術指標

要求此模擬案例所在城市氣候區屬于夏熱冬暖南區，其平均窗墻面積比為0.15。依據DBJ13－62－2004《福建省居住建筑節能設計標準實施細則》，其建筑熱工節能設計應符合以下規定。

2.4參照建筑確定原則

(1)參照建筑的建筑形狀、大小和朝向均應與所設計建筑完全相同;(2)參照建筑各朝向和屋頂的開窗面積應與所設計建筑相同，但當所設計建筑某個朝向的窗(包括屋頂的天窗)面積超過標準《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》第4.0.4、4.0.6條的規定時，參照建筑該朝向(或屋頂)的窗面積應減小到符合標準《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》第4.0.4、4.0.6條的規定;(3)參照建筑外墻、外窗和屋頂的各項性能指標應為《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》第4.0.7和4.0.8規定的最低限值。其中墻體、屋頂外表面的太陽輻射吸收系數應取0.7;當所設計建筑的墻體熱惰性指標大于2.5時，參照建筑的墻體傳熱系數應取1.5W/(m2•K)，屋頂的傳熱系數應取0.9W/(m2•K)，北區窗的傳熱系數應取4.0W/(m2•K);當所設計建筑的墻體熱惰性指標小于2.5時，參照建筑的墻體傳熱系數應取0.7W/(m2•K)，屋頂的傳熱系數應取0.4W/(m2•K)，北區窗的傳熱系數應取4.0W/(m2•K)。

2.5節能方案設計

建筑節能方案的設計方法有規定性指標設計法、權衡計算設計法兩種。

2.5.1規定性指標設計法

所謂規定性指標設計法就是依據DBJ13－62－2004《福建省居住建筑節能設計標準實施細則》第四章建筑和建筑熱工節能設計的要求，嚴格控制圍護結構熱工性能各項指標。當各規定性指標滿足標準要求時，判定該建筑的節能設計滿足標準規范的要求。根據泉州當地氣候條件、經濟基礎及施工技術、原材料供應情況等，分析得出泉州地區外墻較常見熱工性能為K≤2.0，D≥3.0或K≤1.5，D≥3.0。根據規定性指標計算法，兩種較適宜的規定性指標設計方案如表4。

2.5.2動態權衡計算設計法

所謂權衡計算設計法就是依據DBJ13－62－2004《福建省居住建筑節能設計標準實施細則》第五章建筑節能設計的綜合評價的要求，使用專用計算軟件進行計算，使設計建筑能耗不大于參照建筑的能耗的方法。此設計方法中允許某項技術指標，甚至某幾項技術指標不滿足標準規范的要求，只要建筑最終的能耗不大于參照建筑，則判定為節能設計滿足標準規范要求。根據上述規定性指標設計方案，對節能設計施工、材料獲得、當地現狀等方面進行系統分析，調整較適宜的動態權衡計算設計方案見表5。4.6方案對比分析

2.6.1節能率分析

三個設計方案均滿足居住建筑節能設計要求。其中權衡計算方案通過計算機動態模擬計算的節能率為50.29%。

2.6.2成本分析

從各方案中可知，變量成本主要發生在外墻填充墻砌塊、熱橋保溫層材料及外窗方面。經調查統計，上述材料的當地材料費及人工費行情詳見表6。權衡計算方案相對于其他兩種規定性指標方案要節約成本，其中比規定性指標方案1單位建筑面積節約成11元/㎡，合計共節約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，則兩者室內表面溫度相差越大，所以對人體產生的熱輻射強度分布越不均勻，室內熱舒適性就越差。權衡計算方案中外墻熱橋部位K值與外墻平均傳熱系數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地區適應性分析

因加氣混凝土砌塊易吸水導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成熟的施工工藝，現場施工中，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。所以權衡計算方案的設計手段更益于推廣建筑節能，控制工程質量。

3結論

在滿足建筑節能設計標準要求的基礎上，運用計算機仿真模擬的動態權衡計算設計法較規定性指標設計法有以下幾點優勢:

1)動態權衡計算設計法可以使節能方案多樣化，便于從眾多方案中選擇最優最適合的節能方案。

2)動態權衡計算設計法有利于控制建筑成本。

3)動態權衡計算設計法可根本建筑所在地的優勢合理調整節能方案，更益于推廣建筑節能，控制工程質量。

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