一種采用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法，包括以下步驟：根據(jù)建筑所處的物理環(huán)境的影響確定建筑體形；對建筑內(nèi)部的物理環(huán)境進(jìn)行模擬，根據(jù)建筑內(nèi)部的物理環(huán)境對建筑內(nèi)部熱量影響的大小，確定建筑內(nèi)部格局；對建筑室外周邊環(huán)境進(jìn)行模擬，規(guī)劃外部場地環(huán)境；綜合考慮建筑體形、建筑內(nèi)部格局以及外部場地環(huán)境，運(yùn)用ecotect軟件進(jìn)行全年空調(diào)冷熱負(fù)荷分析，對建筑進(jìn)行能耗模擬與分析判斷節(jié)能效果；如果節(jié)能效果達(dá)到目標(biāo)值，則據(jù)此確定節(jié)能建筑設(shè)計(jì)方案，得到一個被動式的節(jié)能建筑。本發(fā)明方法在不使用動力機(jī)械或很少能源消耗的前提下，實(shí)現(xiàn)對建筑風(fēng)、光、熱環(huán)境的調(diào)節(jié)，達(dá)到藝術(shù)與技術(shù)的完美結(jié)合，設(shè)計(jì)符合中國國情的被動式節(jié)能建筑。
【專利說明】一種采用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體的說是一種采用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法。
【背景技術(shù)】
[0002]綠色建筑是綠色、節(jié)能與低碳建筑三大概念中涵蓋范圍最廣的一個。美國環(huán)保局對綠色建筑的定義為“縱覽建筑總壽命周期的綜合規(guī)劃與分析，在各階段合理的創(chuàng)造和使用一切可行的，有利于保護(hù)環(huán)境和高效利用資源的手段所產(chǎn)生的建筑。這種手段將經(jīng)典建筑設(shè)計(jì)的涵蓋面拓展至節(jié)約、公益、耐用與舒適度這些新方面?！辈浑y發(fā)現(xiàn)，這個定義和我國提倡的兩型社會定義一環(huán)境友好型與資源節(jié)約型十分相似。綠色建筑發(fā)展在歐美的興起正是源于其社會高度發(fā)展下人們對于建筑越來越高的資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會責(zé)任與人性化
方面的綜合需求(1-0ct2009, Green Building Basic Information, US Environmental
Protection Agency)。
[0003]相比之下,節(jié)能建筑與低碳建筑都是綠色建筑的狹溢體現(xiàn)。簡單的來說，節(jié)能建筑專注于資源節(jié)約中的能源消耗方面，關(guān)注的是建筑的能耗(單位為kWh/年)，是“綠色”這個概念中有利環(huán)境與有效利用資源方面中后者的一個方面。
[0004]節(jié)能(EfficientEnergy Use,或簡稱 Energy Efficiency)主要包括了兩個方面的工作:一個是單純的以降低能量供應(yīng)的品質(zhì)為代價(jià)來降低能耗，這個一般是靠調(diào)整使用習(xí)慣達(dá)到，比如通過調(diào)整供暖、供冷的溫度與時長，調(diào)整照明的時間與亮度等。另一個方面是設(shè)法提高能效比，即使用較少的能源，產(chǎn)生較多的冷/熱量等等。應(yīng)該注意的是節(jié)能的確切定義在世界上并不很統(tǒng)一，其它一些定義中對“提高能效”與“犧牲供應(yīng)品質(zhì)”之
間的區(qū)別比較籠統(tǒng)。特別是在針對如何降低對石化能源的消耗中。(2-Diesendorf
Mark, 2007, Greenhouse Solution with Sustainable Energy, UNSff Press, P86-87)
[0005]與節(jié)能僅限于關(guān)注能耗不同，低碳建筑(Low Carbon Building)的概念則更綜合。因?yàn)樘寂欧帕考捶从沉巳祟惢顒訉θ驓夂驕厥椰F(xiàn)象急劇加劇的影響，又可以被直接用來數(shù)值化的推算出能源，特別是石化能源的消耗量。
[0006]低碳建筑指的是被設(shè)計(jì)和建造來的在其總壽命周期中進(jìn)釋放很少溫室氣體，或者無溫室氣體的建筑。在這里，首先簡單講述一下溫室氣體與全球氣候的關(guān)系。溫室氣體是地球所有生命生活的環(huán)境得以保持適合生命活動的溫濕度的最大功臣，主要由水蒸氣，二氧化碳，甲烷，笑氣，臭氧以及各種人類制造的特殊氣體如氟里昂等組成。在我們都知道空氣的主要組成成份中，二氧化碳僅是很小的一部分(0.03%)，但是由下表2中數(shù)據(jù)可知，這一小部分二氧化碳對大氣溫度的影響在溫室氣體中第二大。如果僅著眼由于人類活動而額外產(chǎn)生的那部分溫室氣體，二氧化碳對大氣的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它成分。因此在解決溫室氣體劇增問題時，往往以二氧化碳的排放量來衡量建筑的溫室氣體排放多少。
[0007]低碳建筑與建筑能耗之間的關(guān)系應(yīng)如何表達(dá)呢？低碳建筑中“碳”的意思為建筑活動產(chǎn)生的二氧化碳排放量，在建筑運(yùn)行階段這個量可以從建筑的能耗量及能源形式中通過計(jì)算得出具體數(shù)值(一般使用單位kgC02/annual:千克二氧化碳/年)。
[0008]CIOB (Chartered Institute of Building,英國皇家特許建造師學(xué)會)針對各建筑業(yè)專家人士的訪談總結(jié)出一個真正的可持續(xù)發(fā)展建筑最重要的一點(diǎn):“在建筑被設(shè)計(jì)的時候，對它的期望目標(biāo)應(yīng)該是一個長壽的、耐久的并且有未來改造潛力的建筑”。在考慮何種思想應(yīng)成為降低建筑能耗與碳排放量的首選時，接受英國皇家屋宇設(shè)備工程師學(xué)會(CIBSE)雜志采訪的多位英國業(yè)內(nèi)專家一致表示，在當(dāng)前的英國綠色、節(jié)能、低碳建筑方面，人們，包括政府已經(jīng)走上了 “唯可再生能源論”、“唯高技術(shù)論”的彎路；必須定下心來，重新回到以設(shè)計(jì)低能耗需求的建筑這條基準(zhǔn)線上來，才能走上真正的可持續(xù)發(fā)展之路。我國在這方面起步比發(fā)達(dá)國家晚，卻正好可以借鑒他們走過的彎路，在我國的新階段建筑設(shè)計(jì)上結(jié)合實(shí)際，以建筑本體的低能耗要求為本，即使用被動式設(shè)計(jì)為綱，腳踏實(shí)地的從建筑節(jié)能這一根本上向著可持續(xù)發(fā)展的道路邁進(jìn)。
[0009]我國“十五”科技攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目“生態(tài)建筑關(guān)鍵技術(shù)研究”提出了有關(guān)綠色建筑的10種關(guān)鍵技術(shù):超低能耗、自然通風(fēng)、天然采光、健康空調(diào)、再生資源、綠色建材、智能控制、生態(tài)綠化、水資源回用和舒適環(huán)境。
[0010]縱觀目前全世界范圍內(nèi)的節(jié)能建筑，可以發(fā)現(xiàn)作為節(jié)能建筑，外圍護(hù)的良好熱工性能和對日照得熱量的合理處理是節(jié)能的最重要手段，一味盲目地去采用高投入的做法，比如呼吸式多層幕墻、自動采光遮陽系統(tǒng)、太陽能光電板等是不切合實(shí)際的。建筑業(yè)已步入數(shù)字設(shè)計(jì)與建筑模擬時代，數(shù)字模擬技術(shù)在建筑業(yè)中的應(yīng)用極大地推動了節(jié)能建筑的發(fā)展。
[0011]目前，能夠充分利用數(shù)字模擬技術(shù)這一新理念、從建筑本體考慮降低能耗進(jìn)行被動式節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的方法尚未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]針對現(xiàn)有技術(shù)中的建筑設(shè)計(jì)沒有從建筑本體考慮降低能耗等不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種通過對建筑物周邊的物理環(huán)境進(jìn)行綜合的計(jì)算機(jī)模擬并應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)中，從而降低建筑能耗的采用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法。
[0013]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0014]本發(fā)明一種采用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法包括以下步驟:
[0015]根據(jù)建筑所處的物理環(huán)境的影響確定建筑體形，物理環(huán)境的影響包括風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境、熱環(huán)境以及聲環(huán)境對建筑體形的影響；
[0016]對建筑內(nèi)部的物理環(huán)境進(jìn)行模擬，根據(jù)建筑內(nèi)部的物理環(huán)境對建筑內(nèi)部熱量影響的大小，確定建筑內(nèi)部格局；
[0017]對建筑室外周邊環(huán)境進(jìn)行模擬，規(guī)劃外部場地環(huán)境；
[0018]綜合考慮建筑體形、建筑內(nèi)部格局以及外部場地環(huán)境，運(yùn)用ecotect軟件進(jìn)行全年空調(diào)冷熱負(fù)荷分析，運(yùn)用eQUEST建筑能耗模擬軟件對建筑進(jìn)行能耗模擬與分析判斷節(jié)能效果；
[0019]如果節(jié)能效果達(dá)到目標(biāo)值，則根據(jù)此確定節(jié)能建筑設(shè)計(jì)方案，得到一個被動式的節(jié)能建筑；否則如果節(jié)能效果沒有達(dá)到目標(biāo)值，則增加主動式技術(shù)，接續(xù)綜合考慮建筑體形、建筑內(nèi)部格局以及外部場地環(huán)境，判斷節(jié)能效果步驟。[0020]所述根據(jù)建筑所處的物理環(huán)境的影響確定建筑體形包括以下步驟:
[0021]考慮風(fēng)環(huán)境對建筑體形的影響:按照當(dāng)?shù)氐南亩鲗?dǎo)風(fēng)向，運(yùn)用Flunent\StarCCM\Airpark軟件進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬；進(jìn)行風(fēng)速和風(fēng)壓的計(jì)算；根據(jù)計(jì)算結(jié)果對建筑體形進(jìn)行改進(jìn)，直到得到具有理想風(fēng)環(huán)境的建筑體形；
[0022]考慮光環(huán)境對建筑體形的影響:對具有理想風(fēng)環(huán)境的建筑體形進(jìn)一步用IES\Ecotect軟件進(jìn)行日照模擬分析，對于長年有日照的方向考慮設(shè)置主要功能，而對于日照不好的建筑面設(shè)置輔助功能及建筑中庭空間；
[0023]考慮熱環(huán)境對建筑體形的影響:通過運(yùn)用Ecotect軟件模擬熱福射計(jì)算出建筑的某個方向得熱量情況；根據(jù)得熱量將建筑的附屬功能或交通核放置在得熱量較大的面上；
[0024]考慮聲環(huán)境對建筑體形的影響:對建筑周邊主要道路或噪聲源進(jìn)行噪聲分貝實(shí)測，然后通過0DEN\Raynoise計(jì)算機(jī)聲學(xué)模擬軟件計(jì)算建筑立面的聲場分布模擬，從而判斷噪聲對建筑的影響范圍，在該影響范圍內(nèi)進(jìn)行降噪處理；
[0025]根據(jù)上述風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境、熱環(huán)境以及聲環(huán)境對建筑體形的影響確定建筑體形。
[0026]根據(jù)計(jì)算結(jié)果對建筑體形進(jìn)行改進(jìn)，直到得到具有理想風(fēng)環(huán)境的建筑體形包括:
[0027]根據(jù)對建筑立面進(jìn)行風(fēng)壓和風(fēng)速分布的模擬計(jì)算結(jié)果，判斷建筑的出入口處風(fēng)環(huán)境的情況，如果風(fēng)速較高或者有旋流出現(xiàn)，則作為出入口需要采用雨棚或者樹木進(jìn)行遮擋處理，避免人員出入受到風(fēng)的影響。
[0028]考慮光環(huán)境對建筑體形的影響的步驟中，如果建筑立面日照情況不能達(dá)到要求，則將附屬功能放置于該立面部分。
[0029]考慮熱環(huán)境對建筑體形的影響步驟中，如果建筑立面出現(xiàn)福射熱過高,則將建筑的交通核和附屬功能放置于該側(cè)，作為熱核與內(nèi)部空間進(jìn)行隔離。
[0030]考慮聲環(huán)境對建筑體形的影響步驟中，通過聲環(huán)境模擬判斷建筑立面某部分是否噪聲超過標(biāo)準(zhǔn)，如果該部分超過標(biāo)準(zhǔn)，則在該部分進(jìn)行隔噪處理，而無需對整個建筑采取措施。
[0031 ] 對建筑內(nèi)部的物理環(huán)境進(jìn)行模擬，根據(jù)建筑內(nèi)部的物理環(huán)境對建筑內(nèi)部熱量影響的大小，確定建筑內(nèi)部格局包括以下步驟:
[0032]建筑內(nèi)部交通核位置的確定:經(jīng)過熱環(huán)境的模擬，用Fluent軟件進(jìn)行的CFD計(jì)算，結(jié)合光環(huán)境對建筑體形的影響步驟，將交通核放置至建筑得熱量較高的外墻部分，再進(jìn)行熱環(huán)境模擬；
[0033]建筑內(nèi)部光環(huán)境模擬:運(yùn)用IES\ECOteCt軟件模擬室內(nèi)光照情況，觀察室內(nèi)主要空間是否照度達(dá)到要求；
[0034]室內(nèi)氣流組織模擬:通過用Fluent軟件做的溫度場對擬津津筑室內(nèi)氣流組織與舒適性參數(shù)進(jìn)行模擬預(yù)測，選擇出既能保證工藝需要，滿足室內(nèi)環(huán)境的舒適性要求，又可以有效節(jié)約運(yùn)行能耗的最優(yōu)空調(diào)采暖形式；
[0035]開放區(qū)和公共區(qū)的干綜合溫度分布模擬:用Fluent軟件做溫度場，然后選取干綜合溫度來展示做為綜合了空氣溫度和輻射溫度的衡量舒適性的指標(biāo)；
[0036]根據(jù)上述建筑內(nèi)部熱環(huán)境模擬、光環(huán)境模擬、室內(nèi)氣流組織模擬以及開放區(qū)和公共區(qū)的干綜合溫度分布模擬確定建筑內(nèi)部空間。
[0037]建筑內(nèi)部光環(huán)境模擬步驟中，如果經(jīng)過光環(huán)境的模擬不能達(dá)到理想日照情況下，考慮導(dǎo)光技術(shù)，或設(shè)置建筑中庭來達(dá)到日照標(biāo)準(zhǔn)；采用節(jié)能與感應(yīng)型人工照明以及全樓的智能控制。
[0038]在建筑內(nèi)部交通核位置的確定步驟中，再進(jìn)行熱環(huán)境模擬是為進(jìn)一步改善室內(nèi)的熱環(huán)境，以設(shè)備角度進(jìn)一步提高熱工性能，考慮建筑外立面增加導(dǎo)風(fēng)裝置、室內(nèi)改變空調(diào)送風(fēng)排風(fēng)方式、空調(diào)的制冷方式以及局部增加機(jī)電設(shè)備的方式。
[0039]對建筑室外周邊環(huán)境進(jìn)行模擬，規(guī)劃外部場地環(huán)境包括以下步驟:
[0040]室外場地風(fēng)環(huán)境模擬:通過Fluent\Star CCM軟件對室外風(fēng)環(huán)境模擬，場地周邊是否存在冬季風(fēng)速過高或者渦流，夏季是否風(fēng)速超過舒適度；
[0041]室外場地光環(huán)境模擬:結(jié)合室外風(fēng)環(huán)境的模擬，運(yùn)用Ecotect同時進(jìn)行室外場地的光環(huán)境模擬及室外場地的得熱量的計(jì)算，判斷是否可以種植綠色植物及人可否停留休憩的空間；
[0042]對上述兩步驟進(jìn)行綜合判斷，建筑室外周邊環(huán)境如果冬季風(fēng)速過高或存在渦流情況，則在場地環(huán)境設(shè)計(jì)中以種植樹木或用建筑自身體形調(diào)整來規(guī)避，將風(fēng)速降低至舒適程度，室外風(fēng)速和日照均在舒適環(huán)境下才可考慮做為人的活動區(qū)域，對于日照和風(fēng)速不利的區(qū)域進(jìn)行規(guī)避。
[0043]本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0044]1.本發(fā)明方法是以高科技計(jì)算機(jī)模擬風(fēng)、光、熱、聲等物理環(huán)境并與建筑創(chuàng)作相結(jié)合，設(shè)計(jì)出具有舒適環(huán)境的被動式節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)方法，采用超低能耗、自然通風(fēng)、天然采光、生態(tài)綠化等項(xiàng)技術(shù)，通過合理的空間組織和構(gòu)造措施，在不使用動力機(jī)械或很少能源消耗的前提下，實(shí)現(xiàn)對建筑風(fēng)、光、熱環(huán)境的調(diào)節(jié)，提高室內(nèi)環(huán)境的舒適度。
[0045]2.本發(fā)明方法充分利用數(shù)字模擬技術(shù)這一新理念、從建筑本體考慮降低能耗進(jìn)行被動式節(jié)能建筑設(shè)計(jì)，以被動式技術(shù)為基本，輔以主動式節(jié)能建筑設(shè)計(jì)做為根本策略，以建筑技術(shù)為核心，通過高科技計(jì)算和模擬手段，為建筑創(chuàng)作提供技術(shù)支持，達(dá)到藝術(shù)與技術(shù)的完美結(jié)合，設(shè)計(jì)符合中國國情的被動式節(jié)能建筑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]圖1為本發(fā)明方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0048]根據(jù)技術(shù)的運(yùn)行機(jī)制和對能源的需求，可以將這些技術(shù)分為主動式技術(shù)和被動式技術(shù)兩種類型。其中超低能耗、自然通風(fēng)、天然采光、生態(tài)綠化等項(xiàng)技術(shù)，可以通過合理的空間組織和構(gòu)造措施，在不使用動力機(jī)械或很少能源消耗的前提下，實(shí)現(xiàn)對建筑風(fēng)、光、熱環(huán)境的調(diào)節(jié)，提高室內(nèi)環(huán)境的舒適度。它們可以被歸入為被動式技術(shù)。
[0049]本發(fā)明一種采用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法即為所述的被動式技術(shù)。以被動式技術(shù)為基本，輔以主動式是節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的根本策略。在本策略下，以建筑技術(shù)為核心，通過高科技計(jì)算和模擬手段，為建筑創(chuàng)作提供技術(shù)支持，達(dá)到藝術(shù)與技術(shù)的完美結(jié)合，設(shè)計(jì)符合中國國情的被動式節(jié)能建筑是本發(fā)明的設(shè)計(jì)策略。
[0050]如圖1所示，本發(fā)明方法包括以下步驟:[0051]步驟1.根據(jù)建筑所處的物理環(huán)境的影響確定建筑體形，物理環(huán)境的影響包括風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境、熱環(huán)境以及聲環(huán)境對建筑體形的影響；
[0052]步驟2.對建筑內(nèi)部的物理環(huán)境進(jìn)行模擬，根據(jù)建筑內(nèi)部的物理環(huán)境對建筑內(nèi)部熱量影響的大小，確定建筑內(nèi)部格局；
[0053]步驟3.對建筑室外周邊環(huán)境進(jìn)行模擬，規(guī)劃外部場地環(huán)境；
[0054]步驟4.綜合考慮建筑體形、建筑內(nèi)部格局以及外部場地環(huán)境,運(yùn)用ecotect軟件進(jìn)行全年空調(diào)冷熱負(fù)荷分析，運(yùn)用eQUEST建筑能耗模擬軟件對建筑進(jìn)行能耗模擬與分析，判斷節(jié)能效果；
[0055]步驟5.如果節(jié)能效果達(dá)到目標(biāo)值，則根據(jù)此確定節(jié)能建筑設(shè)計(jì)方案，得到一個被動式的節(jié)能建筑；否則如果節(jié)能效果沒有達(dá)到目標(biāo)值，則增加主動式技術(shù)，接續(xù)綜合考慮建筑體形、建筑內(nèi)部格局以及外部場地環(huán)境，判斷節(jié)能效果步驟。
[0056]步驟I中根據(jù)建筑所處的物理環(huán)境的影響確定建筑體形包括以下步驟:
[0057]11.考慮風(fēng)環(huán)境對建筑體形的影響:按照當(dāng)?shù)氐南亩鲗?dǎo)風(fēng)向，運(yùn)用Flunent、Star CCM或Airpark等軟件進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬；進(jìn)行風(fēng)速和風(fēng)壓的計(jì)算；根據(jù)計(jì)算結(jié)果對建筑體形進(jìn)行改進(jìn)，直到得到具有理想風(fēng)環(huán)境的建筑體形；
[0058]12.考慮光環(huán)境對建筑體形的影響:對具有理想風(fēng)環(huán)境的建筑體形進(jìn)一步用IES或Ecotect等軟件進(jìn)行日照模擬分析，對于長年有日照的方向考慮設(shè)置主要功能，而對于日照不好的建筑面設(shè)置輔助功能及建筑中庭空間；
[0059]13.考慮熱環(huán)境對建筑體形的影響:通過運(yùn)用Ecotect軟件模擬熱福射計(jì)算出建筑的某個方向得熱量情況；根據(jù)得熱量將建筑的附屬功能或交通核放置在得熱量較大的面上；
[0060]14.考慮聲環(huán)境對建筑體形的影響:對建筑周邊主要道路或噪聲源進(jìn)行噪聲分貝實(shí)測，然后通過0DEN\Raynoise (計(jì)算機(jī)聲學(xué)模擬軟件)計(jì)算建筑立面的聲場分布模擬，從而判斷噪聲對建筑的影響范圍，在該影響范圍內(nèi)進(jìn)行降噪處理；
[0061]15.根據(jù)上述風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境、熱環(huán)境以及聲環(huán)境對建筑體形的影響確定建筑體形。
[0062]根據(jù)計(jì)算結(jié)果對建筑體形進(jìn)行改進(jìn)，直到得到具有理想風(fēng)環(huán)境的建筑體形步驟(步驟11)包括:
[0063]根據(jù)對建筑立面進(jìn)行風(fēng)壓和風(fēng)速分布的模擬計(jì)算結(jié)果，判斷建筑的出入口處風(fēng)環(huán)境的情況，如果風(fēng)速較高或者有旋流出現(xiàn)，則作為出入口需要采用雨棚或者樹木進(jìn)行遮擋處理，避免人員出入受到風(fēng)的影響。
[0064]建筑外部風(fēng)環(huán)境分析是一項(xiàng)廣泛應(yīng)用在歐美發(fā)達(dá)國家的一項(xiàng)前瞻模擬分析技術(shù)。為避免建筑物周圍風(fēng)力過大或通風(fēng)不良導(dǎo)致的一系列后期問題，在建筑規(guī)劃階段需要提供建筑區(qū)域風(fēng)環(huán)境分析，測試當(dāng)前風(fēng)環(huán)境狀況，提前預(yù)判可能出現(xiàn)的各種狀況以確保建筑物周圍有一個良好的環(huán)境。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)給出的最初雛形、高度和朝向建立計(jì)算機(jī)模型，并在八個風(fēng)向狀況下進(jìn)行計(jì)算分析。
[0065]慮光環(huán)境對建筑體形的影響的步驟(步驟12)中，如果計(jì)算建筑的大部分立面上不能保證正常的日照，則可以采用在建筑中庭部分或者有充足日照部分運(yùn)用光導(dǎo)技術(shù)，光導(dǎo)管進(jìn)入建筑內(nèi)部以解決內(nèi)部光照問題。[0066]建筑及場地的光環(huán)境對于建筑本體和整個規(guī)劃的作用十分重要。在建筑光環(huán)境分析中，不僅僅是簡單分析建筑與建筑間的遮擋關(guān)系，更重要的是因?yàn)楹侠淼墓庹詹季植粌H影響人的舒適感，更是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的重要保障一建筑內(nèi)部的熱負(fù)荷絕大部分來自于太陽光。因此對建筑表面的直接太陽照射時間的模擬可以有效的輔助建筑設(shè)計(jì)中的建筑體形、開窗位置與形狀等方面；而針對場地的日照分析則是與場地風(fēng)環(huán)境分析一起指導(dǎo)場地規(guī)劃的重要依據(jù)。場地的景觀設(shè)計(jì)也可根據(jù)光環(huán)境的模擬來進(jìn)行。
[0067]考慮熱環(huán)境對建筑體形的影響步驟(步驟13)中，如果建筑立面出現(xiàn)輻射熱過高，則將建筑的交通核和附屬功能放置于該側(cè)，作為熱核與內(nèi)部空間進(jìn)行隔離。
[0068]考慮聲環(huán)境對建筑體形的影響步驟(步驟14)中，通過聲環(huán)境模擬判斷建筑立面某部分是否噪聲超過標(biāo)準(zhǔn)，如果該部分超過標(biāo)準(zhǔn)，則在該部分進(jìn)行隔噪處理，而無需對整個建筑采取措施。
[0069]根據(jù)建筑周邊噪聲源的噪聲實(shí)測，可以模擬出噪聲對建筑主體的各部分的影響情況，從而判斷是否需要對超出標(biāo)準(zhǔn)的部分進(jìn)行降噪處理。通過模擬計(jì)算可以只處理受影響的部分，并不需要對整個建筑進(jìn)行全面處理，從而提高了經(jīng)濟(jì)性。
[0070]通過對不同物理環(huán)境的模擬，針對建筑主體本事的不同部位及場地的不同方向，模擬的結(jié)果將被記錄到TECH設(shè)計(jì)法匯總表中，匯總表將一目了然地提供給建筑師進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，從而形成了一套全新的設(shè)計(jì)方法。
[0071]步驟2中，對建筑內(nèi)部的物理環(huán)境進(jìn)行模擬，根據(jù)建筑內(nèi)部的物理環(huán)境對建筑內(nèi)部熱量影響的大小，確定建筑內(nèi)部格局包括以下步驟:
[0072]21.建筑內(nèi)部交通核位置的確定:經(jīng)過熱環(huán)境的模擬,用Fluent軟件進(jìn)行的CFD(Computational fluid dynamics,計(jì)算流程力學(xué))計(jì)算,結(jié)合光環(huán)境對建筑體形的影響步驟(步驟12)，將交通核放置至建筑得熱量較高的外墻部分，再進(jìn)行熱環(huán)境模擬；
[0073]22.建筑內(nèi)部光環(huán)境模擬:運(yùn)用IES\ECOteCt等軟件模擬室內(nèi)光照情況，觀察室內(nèi)主要空間是否照度達(dá)到要求；
[0074]23.室內(nèi)氣流組織模擬:通過用Fluent軟件做的溫度場對擬津津筑室內(nèi)氣流組織與舒適性參數(shù)進(jìn)行模擬預(yù)測，從而選擇出既能保證工藝需要，滿足室內(nèi)環(huán)境的舒適性要求，又可以有效節(jié)約運(yùn)行能耗的最優(yōu)空調(diào)采暖形式；
[0075]24.開放區(qū)和公共區(qū)的干綜合溫度(DRT)分布模擬:用Fluent軟件做溫度場，然后選取干綜合溫度來展示做為綜合了空氣溫度和輻射溫度的衡量舒適性的指標(biāo)；
[0076]根據(jù)上述建筑內(nèi)部熱環(huán)境模擬、光環(huán)境模擬、室內(nèi)氣流組織模擬以及開放區(qū)和公共區(qū)的干綜合溫度(DRT)分布模擬確定建筑內(nèi)部空間。
[0077]以被動式節(jié)能為綱，在保證建筑本身是個低能耗需求體的前提下以適當(dāng)?shù)脑O(shè)備來達(dá)到要求的建筑內(nèi)部環(huán)境。而建筑內(nèi)部的人工環(huán)境的創(chuàng)造最終是通過內(nèi)部的氣流組織實(shí)現(xiàn)的。不論采取哪種送風(fēng)形式，哪種空調(diào)供暖方式，最終都是要在室內(nèi)形成合理的氣流組織，以保證工藝需要和室內(nèi)的舒適性要求。氣流組織不僅與建筑內(nèi)部環(huán)境的舒適度密切相關(guān)，還對建筑的能源效率有著直接的影響。不同形式的氣流組織設(shè)計(jì)，或者叫不同形式的空調(diào)采暖方式，在滿足同一對象的室內(nèi)工藝與舒適度要求時，所需的冷熱負(fù)荷可以相差非常大。
[0078]步驟24中，開放區(qū)和公共區(qū)的干綜合溫度(DRT)分布是一種綜合了空氣溫度和輻射溫度的衡量舒適性的指標(biāo)。[0079]建筑內(nèi)部光環(huán)境模擬步驟(步驟22)中，如果經(jīng)過光環(huán)境的模擬不能達(dá)到理想日照情況下，考慮導(dǎo)光技術(shù)，或設(shè)置建筑中庭來達(dá)到日照標(biāo)準(zhǔn)；采用節(jié)能與感應(yīng)型人工照明以及全樓的智能控制。
[0080]在建筑內(nèi)部交通核位置的確定步驟(步驟21)中，再進(jìn)行熱環(huán)境模擬，為進(jìn)一步改善室內(nèi)的熱環(huán)境，以設(shè)備角度進(jìn)一步提高熱工性能，考慮建筑外立面增加導(dǎo)風(fēng)裝置、室內(nèi)改變空調(diào)送風(fēng)排風(fēng)方式、空調(diào)的制冷方式以及局部增加機(jī)電設(shè)備的方式。
[0081]建筑的交通核及附屬功能盡量放置于外立面輻射熱較高的一側(cè)，一般放置于西偵牝從而將室外熱量進(jìn)行阻隔，同時模擬可以看出其對室內(nèi)熱量的影響是否有所減少。
[0082]步驟3對建筑室外周邊環(huán)境進(jìn)行模擬，規(guī)劃外部場地環(huán)境包括以下步驟:
[0083]31.室外場地風(fēng)環(huán)境模擬:通過Fluent或Star CCM軟件對室外風(fēng)環(huán)境模擬，場地周邊是否存在冬季風(fēng)速過高或者渦流，夏季是否風(fēng)速超過舒適度；
[0084]32.室外場地光環(huán)境模擬:結(jié)合室外風(fēng)環(huán)境的模擬,運(yùn)用Ecotect同時進(jìn)行室外場地的光環(huán)境模擬及室外場地的得熱量的計(jì)算，判斷是否可以種植綠色植物及人可否停留休憩的空間；
[0085]33.對上述兩步驟進(jìn)行綜合判斷，建筑室外周邊環(huán)境如果冬季風(fēng)速過高或存在渦流等情況，則在場地環(huán)境設(shè)計(jì)中以種植樹木或用建筑自身體形調(diào)整來規(guī)避，將風(fēng)速降低至舒適程度，室外風(fēng)速和日照均在舒適環(huán)境下才可考慮做為人的活動區(qū)域，對于日照和風(fēng)速不利的區(qū)域進(jìn)行規(guī)避。
[0086]步驟31中，建筑室外周邊環(huán)境如果冬季風(fēng)速過高或存在渦流等情況要在場地環(huán)境設(shè)計(jì)中以種植樹木或用建筑自身體形調(diào)整來規(guī)避。
[0087]將風(fēng)速降低至舒適程度。室外風(fēng)速和日照均在舒適環(huán)境下才可考慮為人做為活動區(qū)域，對于日照和風(fēng)速不利的區(qū)域盡量規(guī)避。
[0088]步驟4中，綜合考慮建筑體形、建筑內(nèi)部格局以及外部場地環(huán)境的步驟為:
[0089]將前述的模擬內(nèi)容分別列于TECH設(shè)計(jì)法綜合表中，對建筑的整體情況進(jìn)行綜合判斷與分析，從而指導(dǎo)建筑師在進(jìn)行建筑前期設(shè)計(jì)方案時能按照被動式節(jié)能建筑思想進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0090]運(yùn)用的被動式技術(shù)主要有:低體型系數(shù)；自身形成遮陽與采光的平衡；高性能熱工圍護(hù)結(jié)構(gòu)；部分自然通風(fēng)；部分自然采光；順應(yīng)建筑內(nèi)外風(fēng)、光、熱、聲環(huán)境的合理建筑室內(nèi)外布局；
[0091]運(yùn)用的主動式設(shè)計(jì)技術(shù)主要有:主動追蹤式太陽光引導(dǎo)裝置；感應(yīng)式人工照明；全樓的精確智能控制系統(tǒng)。
[0092]本發(fā)明方法被命名為TECH設(shè)計(jì)方法，對建筑的整體情況可進(jìn)行綜合判斷與分析，從而指導(dǎo)建筑師在進(jìn)行建筑前期設(shè)計(jì)方案時能按照被動式節(jié)能建筑思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)成果即為一個被動式的節(jié)能建筑。該方法具有科學(xué)性與綜合性，并自身成為一個系統(tǒng)的體系。
[0093]“TECH” 一詞本身即為“技術(shù)”一詞的簡寫，強(qiáng)調(diào)技術(shù)在該設(shè)計(jì)方法中的重要性。
[0094]T-Technology,含義為高科技計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)
[0095]E-Environment,含義為建筑室內(nèi)外的物理環(huán)境,主要為風(fēng)、光、熱、聲和塵
[0096]C-Creativity,含義為創(chuàng)作[0097]H——Housing，含義為房屋建造
[0098]四個含義詳細(xì)說明了以高科技計(jì)算機(jī)模擬風(fēng)、光、熱、聲等物理環(huán)境并與建筑創(chuàng)作相結(jié)合，設(shè)計(jì)出具有舒適環(huán)境的被動式節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)方法。
【權(quán)利要求】
1.一種采用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法，其特征在于包括以下步驟: 根據(jù)建筑所處的物理環(huán)境的影響確定建筑體形，物理環(huán)境的影響包括風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境、熱環(huán)境以及聲環(huán)境對建筑體形的影響； 對建筑內(nèi)部的物理環(huán)境進(jìn)行模擬，根據(jù)建筑內(nèi)部的物理環(huán)境對建筑內(nèi)部熱量影響的大小，確定建筑內(nèi)部格局； 對建筑室外周邊環(huán)境進(jìn)行模擬，規(guī)劃外部場地環(huán)境； 綜合考慮建筑體形、建筑內(nèi)部格局以及外部場地環(huán)境，運(yùn)用ecotect軟件進(jìn)行全年空調(diào)冷熱負(fù)荷分析，運(yùn)用eQUEST建筑能耗模擬軟件對建筑進(jìn)行能耗模擬與分析判斷節(jié)能效果; 如果節(jié)能效果達(dá)到目標(biāo)值，則根據(jù)此確定節(jié)能建筑設(shè)計(jì)方案，得到一個被動式的節(jié)能建筑；否則如果節(jié)能效果沒有達(dá)到目標(biāo)值，則增加主動式技術(shù)，接續(xù)綜合考慮建筑體形、建筑內(nèi)部格局以及外部場地環(huán)境，判斷節(jié)能效果步驟。
2.按權(quán)利要求1所述的采用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法，其特征在于:所述根據(jù)建筑所處的物理環(huán)境的影響確定建筑體形包括以下步驟: 考慮風(fēng)環(huán)境對建筑體形的影響:按照當(dāng)?shù)氐南亩鲗?dǎo)風(fēng)向，運(yùn)用Flunent\Star CCM\Airpark軟件進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬；進(jìn)行風(fēng)速和風(fēng)壓的計(jì)算；根據(jù)計(jì)算結(jié)果對建筑體形進(jìn)行改進(jìn)，直到得到具有理想風(fēng)環(huán)境的建筑體形； 考慮光環(huán)境對建筑體 形的影響:對具有理想風(fēng)環(huán)境的建筑體形進(jìn)一步用IES\Ecotect軟件進(jìn)行日照模擬分析，對于長年有日照的方向考慮設(shè)置主要功能，而對于日照不好的建筑面設(shè)置輔助功能及建筑中庭空間； 考慮熱環(huán)境對建筑體形的影響:通過運(yùn)用Ecotect軟件模擬熱福射計(jì)算出建筑的某個方向得熱量情況；根據(jù)得熱量將建筑的附屬功能或交通核放置在得熱量較大的面上； 考慮聲環(huán)境對建筑體形的影響:對建筑周邊主要道路或噪聲源進(jìn)行噪聲分貝實(shí)測，然后通過ODEN\Raynoise計(jì)算機(jī)聲學(xué)模擬軟件計(jì)算建筑立面的聲場分布模擬,從而判斷噪聲對建筑的影響范圍，在該影響范圍內(nèi)進(jìn)行降噪處理； 根據(jù)上述風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境、熱環(huán)境以及聲環(huán)境對建筑體形的影響確定建筑體形。
3.按權(quán)利要求2所述的采用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法，其特征在于:根據(jù)計(jì)算結(jié)果對建筑體形進(jìn)行改進(jìn)，直到得到具有理想風(fēng)環(huán)境的建筑體形包括: 根據(jù)對建筑立面進(jìn)行風(fēng)壓和風(fēng)速分布的模擬計(jì)算結(jié)果，判斷建筑的出入口處風(fēng)環(huán)境的情況，如果風(fēng)速較高或者有旋流出現(xiàn)，則作為出入口需要采用雨棚或者樹木進(jìn)行遮擋處理，避免人員出入受到風(fēng)的影響。
4.按權(quán)利要求2所述的采用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法，其特征在于:考慮光環(huán)境對建筑體形的影響的步驟中，如果建筑立面日照情況不能達(dá)到要求，則將附屬功能放置于該立面部分。
5.按權(quán)利要求2所述的采用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法，其特征在于--考慮熱環(huán)境對建筑體形的影響步驟中，如果建筑立面出現(xiàn)福射熱過高，則將建筑的交通核和附屬功能放置于該側(cè)，作為熱核與內(nèi)部空間進(jìn)行隔離。
6.按權(quán)利要求2所述的采用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法，其特征在于--考慮聲環(huán)境對建筑體形的影響步驟中，通過聲環(huán)境模擬判斷建筑立面某部分是否噪聲超過標(biāo)準(zhǔn)，如果該部分超過標(biāo)準(zhǔn)，則在該部分進(jìn)行隔噪處理，而無需對整個建筑采取措施。
7.按權(quán)利要求1所述的采用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法，其特征在于:對建筑內(nèi)部的物理環(huán)境進(jìn)行模擬，根據(jù)建筑內(nèi)部的物理環(huán)境對建筑內(nèi)部熱量影響的大小，確定建筑內(nèi)部格局包括以下步驟: 建筑內(nèi)部交通核位置的確定:經(jīng)過熱環(huán)境的模擬，用Fluent軟件進(jìn)行的CFD計(jì)算，結(jié)合光環(huán)境對建筑體形的影響步驟，將交通核放置至建筑得熱量較高的外墻部分，再進(jìn)行熱環(huán)境模擬； 建筑內(nèi)部光環(huán)境模擬:運(yùn)用IES\Ecotect軟件模擬室內(nèi)光照情況，觀察室內(nèi)主要空間是否照度達(dá)到要求； 室內(nèi)氣流組織模擬:通過用Fluent軟件做的溫度場對擬建建筑室內(nèi)氣流組織與舒適性參數(shù)進(jìn)行模擬預(yù)測，選擇出既能保證工藝需要，滿足室內(nèi)環(huán)境的舒適性要求，又可以有效節(jié)約運(yùn)行能耗的最優(yōu)空調(diào)采暖形式； 開放區(qū)和公共區(qū)的干綜合溫度分布模擬:用Fluent軟件做溫度場，然后選取干綜合溫度來展示做為綜合了空氣溫度和輻射溫度的衡量舒適性的指標(biāo)； 根據(jù)上述建筑內(nèi)部熱環(huán)境模擬、光環(huán)境模擬、室內(nèi)氣流組織模擬以及開放區(qū)和公共區(qū)的干綜合溫度分布模擬確定建筑內(nèi)部空間。
8.按權(quán)利要求7所述的采用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法，其特征在于:建筑內(nèi)部光環(huán)境模擬步驟中，如果經(jīng)過光環(huán)境的模擬不能達(dá)到理想日照情況下，考慮導(dǎo)光技術(shù)，或設(shè)置建筑中庭來達(dá)到日照標(biāo)準(zhǔn)；采用節(jié)能與感應(yīng)型人工照明以及全樓的智能控制。
9.按權(quán)利要求7所述的采 用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法，其特征在于:在建筑內(nèi)部交通核位置的確定步驟中，再進(jìn)行熱環(huán)境模擬是為進(jìn)一步改善室內(nèi)的熱環(huán)境，以設(shè)備角度進(jìn)一步提高熱工性能，考慮建筑外立面增加導(dǎo)風(fēng)裝置、室內(nèi)改變空調(diào)送風(fēng)排風(fēng)方式、空調(diào)的制冷方式以及局部增加機(jī)電設(shè)備的方式。
10.按權(quán)利要求1所述的采用數(shù)字模擬進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的綜合方法，其特征在于: 對建筑室外周邊環(huán)境進(jìn)行模擬，規(guī)劃外部場地環(huán)境包括以下步驟: 室外場地風(fēng)環(huán)境模擬:通過Fluent\Star CCM軟件對室外風(fēng)環(huán)境模擬，場地周邊是否存在冬季風(fēng)速過高或者渦流，夏季是否風(fēng)速超過舒適度； 室外場地光環(huán)境模擬:結(jié)合室外風(fēng)環(huán)境的模擬，運(yùn)用Ecotect同時進(jìn)行室外場地的光環(huán)境模擬及室外場地的得熱量的計(jì)算，判斷是否可以種植綠色植物及人可否停留休憩的空間； 對上述兩步驟進(jìn)行綜合判斷，建筑室外周邊環(huán)境如果冬季風(fēng)速過高或存在渦流情況，則在場地環(huán)境設(shè)計(jì)中以種植樹木或用建筑自身體形調(diào)整來規(guī)避，將風(fēng)速降低至舒適程度，室外風(fēng)速和日照均在舒適環(huán)境下才可考慮做為人的活動區(qū)域，對于日照和風(fēng)速不利的區(qū)域進(jìn)行規(guī)避。
【文檔編號】G06F17/50GK103593530SQ201310576867
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】呂丹 申請人:中國建筑東北設(shè)計(jì)研究院有限公司