夏热冬冷地区外窗传热系数对建筑能耗的影响

使用清华大学开发的建筑能耗模拟软件DeST-h,对宁波地区一幢典型居住建筑的能耗随各向窗户传热系数的变化规律进行了模拟分析。分析表明:各向外窗传热系数变化对采暖能耗有较大影响,对空调能耗影响不大,通过降低传热系数的方法很难减少夏季空调负荷;南向窗户传热系数对建筑能耗的影响最大,北向次之,东、西向最小;南、北向外窗传热系数从4.7降到3.2节能投资性价比最高。并且分析了外窗传热系数降低引起空调能耗增加的原因。研究结果对夏热冬冷地区其他城市也具有参考意义。     

建筑物互遮挡对负荷影响的模拟研究

建筑节能,在满足建筑环境要求的基础上降低建筑运行能耗,成为建筑可持续发展的重要课题。研究采用清华大学开发的热环境模拟软件DeST进行户间传热及建筑能耗的分析,通过对建筑能耗的动态模拟,分析比较不同建筑布局对建筑负荷的影响,建立了不同建筑高度以及不同建筑方位的模型。结果表明:建筑物的互遮挡对建筑的冬季采暖热负荷影响比较大,而对夏季的空调冷负荷则基本没有影响;在相同的建筑间距的条件下,以建筑物高度增加时对建筑负荷的影响最大,遮挡建筑在东南方向时的影响最小;对于5~6层的低层建筑,南北方向水平距离30m基本能够满足要求。     

长江流域建筑节能探讨

长江流域是我国建筑节能的薄弱地区。本文对长江流域建筑节能进行了大量调查实测、现场实验和计算机模拟，以所获结果为基础，分析探讨了气候特征，热环境现状，热环境标准、能耗、气象模型等建筑节能的基本问题。提出了以空调采暖为核心，建筑热工合理配合的节能方案，揭示长江流域建筑节能的良好前景。     

建筑物空调节能与建筑设计的研究

作者在参加制定“旅游旅馆设计节能标准”的工作中,对位于北京、上海、广州三城市的六座著名的旅馆(饭店、宾馆)进行了建筑热工特性研究和全年空调(采暖)能耗动态模拟。本文侧重分析建筑设计和热工特性(包括建筑方位、建筑平面、墙体构造、外窗面积及构造等建筑形态)对空调负荷及空调(采暖)能耗的影响。为了减少空调冷、热负荷及建筑能耗,作者对空调建筑物的建筑设计提出了几点看法和建议。     

住宅建筑采暖空调能耗模拟方法的研究

住宅建筑的采暖空调能耗受室内居住人员行为方式的影响,在调查研究基础上,确定了两种反映室内居住人员行为方式的计算模式。在两种不同计算模式下,利用建筑热环境模拟工具DeST对上海地区同一住宅建筑能耗进行模拟,并将模拟结果与调研结果进行比较,分析计算模式对上海地区住宅建筑采暖空调能耗大小的影响,从而获得能正确反映上海地区住宅建筑采暖空调能耗大小的模拟计算方法。此方法可用于上海地区住宅建筑采暖空调的能耗分析与评价,并正确指导住宅建筑的节能设计。     

分室间歇用能对墙体内外保温节能效果的影响

为了探究适宜夏热冬冷地区的围护结构保温形式,针对该地区居住建筑间歇式和分室用能特点,以户(室)为研究单元建立二维传热模型,逐秒动态分析居住建筑的能量耗散方式和墙体内外保温方式的节能效果.在分室用能特点下,两面内墙总耗能份额占总能耗的45%左右,该地区建筑节能必须兼顾外墙保温和内墙保温.在间歇式用能特点下,采用外墙外保温方式可以降低空调热负荷,但在夏季夜间制冷时,墙体温度既高于室内温度又高于环境温度,外保温阻碍了墙体向外界散热,存在"反节能"现象;采用内保温方式可以降低空调热负荷和冷负荷.     

北方地区被动式办公建筑能耗分析研究

以寒冷地区某一具体被动式办公建筑为原型,应用e QUEST能耗计算软件分别按照工程实际和我国公共建筑节能设计标准建立模型,选取我国北方地区10个城市为研究对象,对比被动式办公建筑在北方地区相对于我国《公共建筑节能设计标准》设计的标准建筑的空调能耗情况。结果表明:按照德国被动式办公建筑参数设计的办公建筑夏季制冷能耗基本与常规节能建筑持平,而冬季采暖能耗有大幅度下降;就空调综合能耗来看,太原地区空调综合能耗节能潜力最大,空调综合能耗比常规节能建筑降低54.16%;哈尔滨地区最低,但也比常规节能建筑能耗减少了34.06%。     

寒冷地区某机关办公建筑节能潜力分析

公共建筑的能源消耗在迅速增长,其节能潜力分析成为建筑节能研究的重点,针对寒冷地区政府机关办公建筑能耗现状进行节能潜力分析,可为其节能改造提供依据。文章基于建筑能耗传递机理,运用DeST软件建立寒冷地区某政府机关办公建筑的物理模型,模拟了负荷及能耗,分析了围护结构、空调及照明系统3个方面的节能潜力。结果表明:降低建筑外墙传热系数至节能规范要求后,建筑全年累计热负荷降低了17%,全年累计热负荷随外窗玻璃传热系数的降低而降低,并呈线性变化趋势;而全年累计冷负荷随外窗玻璃遮阳系数SC值的降低而降低;调整空调室内温度、使用新风热回收技术对建筑空调能耗影响非常显著;更换高效的节能灯具,照明系统能耗降低了55.59%,且空调能耗也有所减少。     

夏热冬冷地区居住建筑外墙外保温的反节能现象

针对夏热冬冷地区居住建筑现行节能设计标准中空调系统部分设计工况与该地区实际情况存在一定出入的问题,以杭州市为例,采用EnergyPlus能耗模拟软件模拟分析该地区居住建筑不同用能工况下外墙外保温的节能效果.结果显示,在标准规定的连续用能方式下,外墙外保温节能效果良好;而在间歇用能方式下,外墙外保温会增加全年冷负荷.以1971—2000年的日值气象数据为基础,采用五日滑动平均法,得出实际杭州市的采暖及空调期推荐值.在采用新的采暖、空调期后,外墙外保温夏季反节能现象对全年能耗的影响更加显著,全年节能率明显减小.进一步研究表明,对于窗墙比及制冷设定温度而言,均存在一系列的外保温反节能临界值(窗墙比为0.3,制冷设定温度为26℃),低于此临界值时外保温节能,高于此临界值时反节能.     

气候变化对中国寒冷和夏热冬暖城市建筑能耗的影响

气候变暖已对建筑全生命周期的运行状况产生了不可忽略的影响,准确评估气候变化下的建筑能耗对建筑方案设计和既有建筑的节能改造具有重要意义。进行气候变化下建筑能耗的精确预测,必须拥有未来的逐时气象数据。以寒冷地区北京和夏热冬暖地区广州为研究对象,将挑选的两个城市典型气象年为基线气候,结合全球模式下的预测气象数据,应用变形法修正TMY的气象参数,得到直至本世纪末的10个节点年逐时气象文件,并进行了全年能耗模拟,预估了两个城市的办公建筑在气候变化下建筑能耗的变化趋势。结果表明:在两种预测排放情景下,干球温度、含湿量和太阳辐射均呈增加趋势;北京采暖能耗显著降低、制冷能耗增加,总能耗减少,广州采暖能耗降低、制冷能耗显著增加,总能耗增加。     

重庆新农村典型民居的节能性能

在《重庆市巴渝新农村民居通用图集》中选取典型设计方案,用清华大学开发的全年动态能耗模拟软件DeST-H进行供热供冷能耗模拟分析.模拟方案为变参数法,模拟出采用节能措施后的全年建筑能耗,并结合不同围护结构方案可能造成的成本增量,分析其技术经济性能.通过对各项节能优化措施进行研究分析、探讨,总结出适用于重庆新农村典型民居建设的最佳设计参数为：外墙外保温采用30 mm膨胀聚苯板,主要功能房间外窗采用镀Low-e膜中空玻璃,其他房间采用普通6 mm单玻;过渡季节加强通风;夏季空调温度设置为28℃,冬季采暖温度设置为16℃;建筑朝向为南北向.     

双面热流计法测定围护结构传热系数在建筑节能改造中的应用

既有建筑节能改造是降低建筑能耗的一个重要途径．对既有建筑进行改造,必须了解其围护结构的热工性能和能耗状况,才能设计出经济合理的节能改造方案．现场检测正是获取这些数据的一种手段．本文对既有建筑围护结构的热工性能基础数据测定的一种方法——双面热流计法测定围护结构传热系数的方法作一介绍．为既有建筑节能改造基础数据的收集提供一种行之有效的方法．     

缓冲空间对拉萨市居住建筑冬季采暖能耗的影响

冬季现场调研与热环境测试表明,拉萨市现有居住建筑的缓冲空间能明显改善室内热环境。但当地非采暖房间冬季热环境仍较差,居住建筑采暖需求明显。当地采暖能耗与环境负荷增长趋势明显。以拉萨市常见的单元式住宅为基础建立了热工计算模型,模拟分析了南北向缓冲空间进深设计对冬季采暖能耗的影响规律。结果表明：南北向缓冲空间均能有效降低模型的采暖能耗,其中,随着南向缓冲进深增大,模型采暖能耗呈递增趋势;随北向缓冲空间进深增大,模型采暖能耗呈先降后增趋势,北向缓冲空间模型之间能耗差很小。缓冲空间优化设计模型与基础模型的能耗对比分析显示,合理设置的南北向缓冲空间能够大幅降低采暖能耗。     

气象参数对成都地区办公建筑能耗的影响及预测

气象参数是影响建筑热环境和供暖空调能耗的主要因素之一。基于成都地区1971—2000年共30 a的历史观测数据,生成了建筑能耗模拟软件EnergyPlus所需要的逐时气象数据文件。比较分析了该地区30 a干球温度、太阳辐射等各气象参数月均值的变化,模拟分析了该地区建筑的采暖、制冷及总能耗,利用多元回归建立了建筑能耗与气象参数之间的关系式,并检验了该关系式的准确性。结果表明：成都地区办公建筑能耗变化与各气象参数没有呈现明显的规律性;建筑月总能耗与各气象参数呈纯二次多项式关系,月采暖能耗、月制冷能耗与各气象参数呈交叉二项式关系;建筑月能耗回归模型能够较准确地预测建筑月能耗与各气象参数的关系,且月采暖能耗和月制冷能耗回归模型预测的准确性优于月总能耗模型。     

城市建筑布局的能耗敏感性分析

为研究城市建筑布局对能耗的影响规律及关键性布局参数,采用仿真试验结合敏感性分析的方法,从遮挡太阳辐射减少建筑得热的角度,对武汉地区200种布局进行仿真研究.首先,通过拉丁超立方抽样(LHS)确定布局参数组合;然后,利用R语言和EnergyPlus能耗模拟软件建立200种能耗模型并计算;最后,应用标准回归系数(SRC)和树状高斯过程模型(TGP)两种全局敏感性分析方法,量化分析水平和垂直方向9个布局参数对目标建筑能耗的影响.结果表明:建筑布局对能耗有显著影响,9个布局参数的总变化,分别引起制冷、供暖和总能耗15.8%、26.8%、4.4%的波动;两种敏感性分析结果类似,对制冷和总能耗影响最大的参数是西侧建筑高度,其主效应都在0.3左右,影响最小的参数是南侧建筑面宽,其主效应都在0.1以下;影响供暖能耗最大的参数是南侧建筑的高度,其主效应在0.3以上,影响最小的参数是东侧建筑面宽.当参数取值远大于目标建筑尺寸时,各参数对能耗的影响力降低,采用TGP敏感性分析更合理.从节能减排的角度,为城市规划及建筑布局提供理论依据.     

东北严寒地区农村住宅热环境优化设计

为提高东北严寒地区农村住宅室内热舒适水平,并降低采暖能耗,通过实地测试、软件模拟对其重要影响因素进行了量化分析,并建立了采暖能耗预测模型.采用BES-01型温度采集记录器、De ST-h软件研究了体形系数、窗墙面积比、围护结构传热系数、朝向、吸收系数、热惰性、附加阳光间、冰雪覆盖层等10项因素对农村住宅热环境的影响.实验结果表明:东北严寒地区农村住宅体形系数、窗墙面积比、围护结构传热系数与采暖能耗正相关,正南及南偏东为最佳朝向,吸收系数与采暖能耗负相关,附加阳光间能够有效改善室内热环境,冰雪覆盖层能够起到屋面保温作用,采暖能耗预测模型能够为农村居民建造节能住宅提供设计依据,研究能够引导并提升东北严寒地区农村住宅的节能设计水平.     

Development and Application of Decision Support Model for the Performance Optimization of Office Buildings Based on Grasshopper

基于Grasshopper的办公楼性能优化决策支持模型的开发与应用

任惠¹,王守龙²

（1. 哈尔滨工业大学 建筑学院,哈尔滨 150001;

2.滨州大学 化学工程与安全系,山东 滨州 256600）

摘要：随着办公建筑面积的增加,办公建筑能耗不断增长。高性能建筑设计有助于节能和绿色建筑的发展。然而,目前高性能建筑设计工具缺乏,工作流程耗时。建筑性能仿真、多目标优化及决策支持模型是高性能建筑设计的新途径。本文提出了一种新的决策支持模型——高性能建筑设计决策模型（HPBuildingDSM）,该模型整合了建筑性能仿真、建筑性能多目标优化等技术,将建筑性能采样与参设计参量敏感性分析进行结合,以设计高性能办公楼。本研究以高性能建筑设计决策模型（HPBuildingDSM）为工具,通过实践案例进行低能耗、高质量的办公建筑设计。

创新点说明：

1）本研究通过Python编程法以及HUMAN UI、LADYBUG&HONEYBEE等插件将建筑性能模拟技术、设计参量敏感性分析技术及建筑性能多目标优化技术整合到Grashopper平台中以实现高性能建筑设计决策模型（HPBuildingDSM）的构建;

2）基于建筑性能模拟技术、建筑设计参量敏感性分析及建筑性能多目标优化等性能优化技术,设计出高性能建筑设计流程,并以此为基础构建高性能建筑设计决策模型（HPBuildingDSM）;

3）研究应用Python编程技术将Gradient Boosting算法置入Grasshopper电池块中以构建建筑设计参量敏感性分析模块,使得建筑性能模拟结果可直接输入至该模块实现建筑设计参量的敏感性分析以获得各种设计参量对建筑性能的敏感度;

4）基于设计所得的高性能建筑设计决策模型（HPBuildingDSM）,对哈尔滨某办公建筑进行建筑性能优化,依托构建的高性能建筑设计决策模型（HPBuildingDSM）进行建筑性能优化设计,基于优化模型所得的性能优化方案较前人研究的性能优化方案性能得到有效提升,可验证研究构建的高性能建筑设计决策模型（HPBuildingDSM）具有较理想应用效果。

关键词：决策支持模型;建筑性能仿真;建筑性能优化;灵敏度分析;高性能建筑设计决策模型（HPBuildingDSM）

     

Wind-Thermal Environmental Characteristic of Multi-Variable Passive Enhanced Natural Ventilation System for High and Large Space Building

Natural ventilation effects in high and large space buildings of tropical areas greatly affect the air conditioning energy consumption. Aiming at nearly zero energy building design, this paper mainly contributes to provide theoretical basis and reference for thermal comfortable air conditioning system design of high and large space buildings. Taking a theatre in Hainan as study object, a newly composite enhanced natural ventilation system is proposed by integrating the underground tunnel-based earth to air heat exchange system and the solar chimney. Ventilation quantity, air velocity and air temperature field, human vertical temperature gradient difference under 24 simulation working conditions are considered and analyzed by using ANSYS Fluent. For the underground tunnel, results show that Group Two with double underground tunnels and side air supply location shows its advantages in cooling effects and air supply uniformity. Then for the solar chimney, results show that the solar radiation intensity contributes to larger difference in transmission power and leads to different cooling effects. On the whole, the system under working condition No. 7 with 120 m long, side air supply, double underground tunnel and 20 m high, 1 m wide, 0.6° absorber plate angle solar chimney shows its priority in better comprehensive performance.     

北京若干住宅建筑的热环境分析

使用集成于CAD之上的模拟软件DeST(Designer‘s Simulation Toolkit)对北京的若干幢住宅建筑进行了详细的热环境分析 。DeST中的模型使用状态空间法计算房间的冷、热负荷和热特性。计算中考虑建筑外表面的阴影遮挡,最后得到的结果是基础室温和冷热负荷。从结果可以看出建筑设计对于节能的重要性,同时不同的围护结构保温和外窗遮阳也对室内热环境有很大影响。所有计算的建筑保温均好于北京暖节能住宅的围护结构传热系数限值,使其热负荷低于北京节能住宅的采暖耗热量指标。通过对不同建筑的比较还可以得出建筑的朝向、体形系数、窗墙比、通风方式与建筑能耗之间的关系。不同房间的冷负荷则根据其所处的楼层和朝向而各有不同。其中最突出的问题是由于屋顶保温的相对不足,使顶层空间的冷负荷大大高于其它楼层的房间。可见冬季的围护结构传热系数限值无法满足夏季的要求,制定这方面的节能标准迫在眉睫。在北京的热网计量收费改革之后,对房间采暖又提出了新的要求（比如采暖的快速启动,以及实现冬季室温可调）。最后,还分析了夏季自然通风对建筑节能的巨大效果,指出自然通风是实现住宅建筑可持续发展的有效途径。