基于人行为影响的住区建筑多主体集成能耗模型

在城市建筑节能研究中,政府常常依赖城市能源与碳排放模型工具制定并评估节能策略。而当前的城市建筑能耗模型受限于开发技术等因素,尚存在诸多不足,例如,考虑人行为对建筑能耗的影响,建立行为、日常活动及与环境相关的综合能耗模型。关于此类模型合理的数学形式、参数选择的方法以及不同行为的模拟方式等问题还尚待进一步研究。采用多主体(Multi-Agent)建模技术,设计集成建筑能耗模型,以住区中的居民作为模型中活动的主体,模拟使用者行为习惯、活动对建筑能耗的影响;采用ISO 13790标准模拟建筑的供热和降温需求,并在集成环境中设计统一的描述框架,以相对独立的环境模拟、行为模拟模块形式进行交互,实现热环境模拟和基于主体活动的设备能耗模拟的有机结合。研究表明,住区居民的用能行为是影响城市建筑能耗密度变化的重要因素,实现对住区主体行为特征的引导是实现城市建筑节能目标的有效途径。     

基于DeST的城市建筑能耗模拟平台开发

我国建筑运行用能占社会总能耗的22％.城市建筑能耗模拟为评估区域可再生能源潜力、节能改造效果、气候变化对城市影响等方面提供重要支撑.而城市建筑能耗模拟面临数据来源庞杂,城市热岛、建筑遮挡等影响因素复杂,计算规模巨大等挑战.因此,城市建筑能耗模拟平台的开发尤为重要.本研究提出一个基于DeST的城市建筑能耗模拟平台(DeST-urban),实现了从城市三维几何数据到城市建筑的DeST能耗模型的自动生成,并实现了多线程并行模拟.本文以北京市五环内区域的建筑能耗模拟为案例,分析了城市气象的空间差异对建筑耗冷热量的影响.考虑建筑当地的气象后,相比采用单一默认气象,城市建筑的逐时耗冷热量的最大值和累计值均呈现显著变化.     

城市节能

随着我国进入快速城市化的历史阶段,很多单体建筑节能设计无法解决的问题,如城市交通能耗的降低、既有建筑的节能改造、城市能源系统的低碳化、城市能流的合理化等,都需要从城市或城区层面统筹协调。将城市能源供应分成三个层次,即城市、社区和终端,又可以分成生产、输配和用户三个环节。同时将城市能源消耗分成生产性能耗和消费性能耗两部分,以及产业、交通、建筑三个领域,分别分析了它们的能耗特点和节能措施,并提出了城市节能的关键性能指标。     

自下而上的城市建筑群能耗模型研究综述

城市建筑群能耗模型是分析城市区域建筑能耗水平的重要工具,为城市区域的节能策略制定提供了有力支持。城市建筑群能耗模型可以分为自上而下和自下而上两种,因为自下而上模型能够更清楚地表示出个体建筑与整体区域之间的关系,更适用于城市层面,所以重点回顾了自下而上模型研究的最新进展。针对统计、物理、混合等3种主要的自下而上模型,分别从研究方法、模拟工具、数据获取、优缺点等方面展开评述,并对未来的相关研究进行了展望。综述认为,未来物理模型依旧会是自下而上模型研究的主导,而混合模型的研究、公开可用的数据库建立、跨学科的研究方法融合会进一步促进该领域研究的发展。     

城市规模的建筑能耗研究综述

城镇化速度的加快导致城市建筑能耗的快速增加,因此,城市规模的建筑能耗研究得到人们更多的关注。综述了国内外城市规模的建筑能耗研究现状。首先讨论城市建筑能耗分析与单体建筑能耗分析的差异,主要从4个方面论述,包括如何在城市环境中定义单体建筑、能耗数据获取、单体与群体建筑负荷差异、城市建筑之间的相互作用。然后将先前研究根据3个标准分类,分别是空间规模、建筑类型、能耗模型。综述表明,与城市规模的交通能耗研究相比,建筑能耗研究还处于非常初级的阶段,主要原因是缺少城市规模的群体建筑信息和能耗数据。同时,城市地理信息系统(GIS)的完善和新型统计学方法如贝叶斯和空间分析方法的出现,为城市规模建筑能耗的研究提供了新的机遇。     

节能设计对建筑能耗的影响及分析

随着我国城市化进程的加快以及随之出现的环境恶化、能源短缺等问题,建筑能耗越来越受到人们的关注。建筑能耗已逐渐增长至与工业能耗、交通能耗并列,成为我国能源消耗的三大"耗能大户"。因此,从建筑方案构思阶段就应该对建筑进行节能设计,以最小的成本得到最大的回报。以西安市某小区多层住宅楼为模型,利用能耗模拟软件分别对外墙、屋顶、窗户、建筑朝向及综合节能设计进行能耗模拟,对它们各自的节能效果进行对比分析,从而为建筑师进行建筑节能设计提供参考依据。     

国内典型区域建筑能源系统经济和能耗指标比较分析

建筑能源系统的能耗和经济性指标受到气候、建筑类型以及系统形式的影响.从投入产出的视角研究建筑冷热量消耗强度与能源系统形式间的关系,有助于从总体上把握我国典型区域建筑能源系统的形式特征和设计重点.基于典型城市典型建筑的单位面积负荷特征,结合采用不同能源系统形式时的全年运行模拟分析,得到了典型城市典型建筑采用各类常见能源系...     

基于地理信息系统的城市建筑能耗模型建立方法

为降低城市快速膨胀导致的能源消耗及温室气体总量,城市环境建筑能耗分析已经成为研究热点,但是城市环境中区域建筑能耗模型尚处于初步研究阶段。随着我国城市地理信息系统及相关数据库的完善,为建立准确且预测功能完善的建筑能耗模型提供了便利条件。重点探讨根据城市地理信息系统及相关统计数据,建立三维城市环境建筑动态能耗模型。重点分析了可能遇到的主要问题及解决方法,包括如何简化地理信息系统的数据、考虑城市建筑复杂性、模型建立的自动化完成、全局敏感性分析节能措施等。并且用2个实例说明处理空间规模不同的建筑群可采用的不同建模方法。研究不仅为城市节能提供指导,也为建筑信息模型的发展和促进城市规划领域中建筑能耗模型的广泛应用提供了坚实基础。     

建筑群能耗计算方法综述

快速城市化推动了经济和社会发展,但也导致了建筑能源消耗的持续增长.如何在满足人们日益增长的对建筑使用舒适性需求的同时,控制建筑用能的增长,实现节能和减排目标,具有非常重要的意义.城市建筑能源需求的准确量化能够为城市节能设计提供支撑,辅助城市形态生成和优化、建筑布局优化、建筑形体和构造设计、能源系统优化、能源计划和节能政策评估.近年来,国内外研究人员从不同角度开展了城市尺度的建筑群能耗计算方法研究和实践应用,也遇到了不同的技术难点.本研究对城市建筑群能耗计算的相关研究从以下三个方面进行综述:数据、模型和平台.通过文献综述,作者旨在指出当前的城市建筑群能耗计算方法的优势和局限,并提出以下几种可能的途径来提升城市能源计算方法:研发能够直接应用于城市建筑群能耗计算的微环境数据生成方法;结合数据挖掘技术,提升建筑信息数据的采集、过滤、转换能力;结合当前的人工智能技术,提升能耗计算的速度;研发可视化平台,实现城市设计的实时编辑和计算.     

入住后评价与建成环境能耗预测

在全球城市化迅速推进的过程中,与建筑的运行和使用相关的能耗增长成为制约城市可持续发展的重要因素之一。了解和分析城市建筑能耗的特征和影响因素,预测其在未来的城镇化过程中的趋势,是城市发展的决策者和城市规划从业者需要掌握的重要信息。本文从介绍建成环境入住后评价的发展历程入手,分析了入住后评价研究的最新发展趋势,并指出将入住后评价方法应用于城市建筑能耗的模拟和预测可使预测结果获得微观实证数据支撑,并有效降低模拟预测模型的不确定性,使预测结果更科学。     

我国城镇住宅夏季空调能耗状况分析

根据调查和计算,利用模拟归纳法对我国城镇住宅夏季空调能耗状况进行了定量分析.结果表明,目前我国城镇住宅夏季空调的总体能耗水平较低,但增速较快,且不同气候区之间差异较大.2005年全国城镇住宅夏季空调总耗电量约为285亿kwh,平均耗电指标约为2.65 kWh/m2.我国城镇住宅空调能耗前4位的地区是:广东、浙江、江苏和湖北,它们的空调总能耗约占全国城镇住宅空调总能耗的51.8%,广东、福建、重庆、浙江、上海、湖北、江苏和广西的空调能耗指标较高,它们是我国城镇住宅空调节能的重点地区.     

树冠透射率对微气候和建筑能耗的 综合影响

现阶段中国城镇化率已超60%,城镇建筑运行能耗约占全国能源消耗总量的16.5%。老旧小区作为城镇建筑的重要存量,推动其绿化改造对改善建筑周围微气候和降低建筑能耗具有重大意义。目前,微气候和建筑能耗的模拟仿真分别基于不同的应用软件,且进行能耗模拟时并未考虑微气候因素对建筑能耗的影响。为定量评价和预测住区绿化改造对建筑周围微气候和建筑能耗的综合影响,基于Grasshopper平台,集合了微气候软件ENVI-met和建筑能耗软件EnergyPlus的模拟计算内核,开发了一种基于单平台耦合2类性能分析算法的协同工作流。研究结果表明,改变树冠透射率可使老旧小区建筑周围局部微气候的时空分布发生明显变化,从而显著改变建筑各楼层的夏季制冷能耗需求;长沙市城镇老旧小区绿化改造宜种植树冠透射率达0.05的树种,可使住宅建筑夏季制冷能耗日降幅最高至29.49kWh。     

A computational method to assess the impact of urban climate on buildings using modeled climatic data

In the last decade a lot of research effort has been spent on identifying the effect of the urban climate on the energy performance of buildings and HVAC (heating ventilation and air conditioning) systems. In this paper a methodology is proposed to assess that effect by the exclusive use of modeled data. Particularly, by using a downscaling modeling procedure a process for the generation of weather files for energy calculations is achieved. From a non-hydrostatic weather model the urban climate of the city of Lisbon is simulated and via a weather generator climatic data files for the buildings’ simulation software are derived. The results on the energy behavior of a reference test cell for different sites inside the city of Lisbon are presented.     

利用自然通风技术降低建筑能耗研究

自然通风是一项无能耗的通风技术，利用得当可以解决建筑中的通风和排热等问题，在解决建筑能耗的研究中，利用自然通风是一个很好的选择。通过CFD模拟和实验研究得到了利用自然通风技术降低建筑能耗的方法。经过结果对比，得到了较好的结论，为建筑节能提供了一种思路。     

The urban canyon and building energy use: Urban density versus daylight and passive solar gains

The link between urban density and building energy use is a complex balance between climatic factors and the spatial, material and use patterns of urban spaces and the buildings that constitute them. This study uses the concept of the urban canyon to investigate the ways that the energy performance of low-energy buildings in a north-European setting is affected by their context.This study uses a comprehensive suite of climate-based dynamic thermal and daylight simulations to describe how these primary factors in the passive energy properties of buildings are affected by increases in urban density.It was found that the geometry of urban canyons has an impact on total energy consumption in the range of up to +30% for offices and +19% for housing, which shows that the geometry of urban canyons is a key factor in energy use in buildings. It was demonstrated how the reflectivity of urban canyons plays an important, previously underestimated role, which needs to be taken into account when designing low-energy buildings in dense cities. Energy optimization of urban and building design requires a detailed understanding of the complex interplay between the temporal and spatial phenomena taking place, merging qualitative and quantitative considerations.     

Proposal of a modeling approach considering urban form for evaluation of city level energy management

The importance of developing a method to bridge the gap between the current increasing trend of CO₂ emission from the commercial sector and the reduced emission level for ensuring long-term sustainability has increased. Various concepts exist for managing the energy use and CO₂ emission. These concepts can be categorized into advancement in technologies, dissemination of energy saving measures in buildings, optimization of local energy generation and distribution systems, spatial building stock pattern management, and improvement in CO₂ emission factor of the grid electricity. In this paper, we propose a modeling approach for energy use in the commercial sector in order to evaluate the options involved in the abovementioned energy management concepts in an integrated manner. In this modeling approach, a district is dealt with as a basic unit. Districts are first classified into several categories according to the spatial building stock pattern, or urban form. The end-use energy consumption per unit floor area is then calculated for each district category using a simulation of energy use in buildings in a representative district; this is used for quantifying the total end-use energy consumption at the municipal level. We carried out a case study in order to demonstrate the simulation capabilities and features of the suggested modeling approach in contrast with the conventional modeling approaches. In this case study, certain scenarios of CO₂ abatement integrating the energy management concepts are applied in the commercial sector of Osaka city, Japan, in order to investigate alternative avenues toward which policy efforts must be directed.     

基于模拟的中小学教学楼绿色设计方法研究——以寒冷地区为例

中小学教学楼由于使用人群和功能的特点,其节能设计方法具有明显的特殊性,舒适度具有更高的要求。针对寒冷地区中小学教学楼,笔者运用性能模拟技术,提出了从建筑的整体控制、平面组织到空间优化的被动式绿色设计流程,将适宜的被动式策略应用于场地分析、建筑布局、体型控制、围护结构选择、功能配置以及空间的风光环境优化等设计环节,形成适合寒冷地区中小学教学楼的绿色设计方法,并将该方法应用到天津某小学教学楼设计实践中。     

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。     

Developing a modified typical meteorological year weather file for Hong Kong taking into account the urban heat island effect

Building energy computer simulation software is a useful tool for achieving sophisticated design and evaluation of the thermal performance of buildings. For successful thermal and energy simulation of buildings, it requires hourly weather data such as dry bulb air temperature, relative humidity, solar radiation, wind speed, etc. Nowadays, an urban city faces a problem of an urban heat island which causes the urban area to have a higher air temperature than the rural region. Since the currently available weather dataset used in building simulation software mainly comes from weather stations located in remote and rural areas, the impact of the urban heat island on thermal and energy performance of buildings may not be effectively reflected. This paper reports an approach to construct a modified typical meteorological weather file, taking into account the urban heat island effect in the summer season. Field measurements have been carried out in the summer months and the corresponding urban heat island intensities were then determined. With a morphing algorithm, an existing typical meteorological year weather file was modified. An office building and a typical residential flat were modeled with a renowned building energy simulation program EnergyPlus. Computer simulations were conducted using the existing and modified typical meteorological year weather files. It was found that there was around a 10% increase in air-conditioning demand caused by the urban heat island effect in both cases. The implications of this and further work will also be discussed in this paper.