【绿建讲堂】第十期绿色建筑物理模拟计算——建筑节能

【绿建之窗大讲堂】第十期

【主讲人】：刘锋

【简介】：专注建筑节能事业二十余年。“科技创造舒适生活”，希望通过推广建筑节能技术和方案，为中国乃至全世界带来更多健康舒适节能智能的绿色建筑。

【讲座导读】：本期【绿建大讲堂】由绿建之窗刘锋，为大家介绍绿色建筑物理模拟计算——建筑节能。

【微信讲堂——实录】

建筑节能基础知识：

建筑节能率：

在建筑标准、新闻上提出的某建筑节能率50%或65%节能目标，是相对什么标准节能呢？

我国制定建筑节能标准和要求，是以20世纪80年代改革开放初期建造建筑当时的能耗为基础，所以这类建筑称为“基准建筑”。包括“基准建筑”围护结构构造、传热系数、暖通空调设备、照明设备等参数，都按当时情况选取，在保持与目前标准约定的室内环境参数的条件下，计算“基准建筑”全年的能耗，包括暖通空调和照明能耗，将它作为基准，计算出的能耗为100%。而新建建筑的能耗，节能50%是相对于“基准建筑”而言。

然而，“基准建筑”的选取标准在全国各地并不统一。例如：围护结构传热系数各地取值不同，东北地区哈尔滨大致取值1.7，而北京则取值2.0左右。

影响建筑节能的因素：

1.体形系数。在国际《民用建筑节能设计标准》给出的定义为：建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的的比值，外表面积中不包括地面和不采暖楼梯间隔墙和户门的面积。主要反应建筑体型复杂程度和围护结构散热面积的多少。

体形系数越大，对节能不利；体积大、较为简单的建筑，以及多层和高层建筑，体形系数较小，对节能较为有利。

2.窗墙比。单一朝向外窗（门）面积和墙面积（含窗面积）的比值，一般称窗墙面积比。外窗面积越大，对节能不利。

3.传热系数和热惰性。传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度（K，℃），1s内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/（平方米·度）（W/（㎡·K），此处K可用℃代替）。传热系数不仅和材料有关，还和具体的过程有关。围护结构的热惰性是指围护结构对外界温度波动的抵抗能力。围护结构热惰性越大，建筑物内表面温度受外表面温度波动影响就越小。

4.遮阳系数。是指实际通过玻璃的热量与通过厚度为3mm厚标准玻璃的热量与的比值。是玻璃遮挡或抵御太阳光能的能力，遮阳系数越小，阻挡阳光热量向室内辐射的性能越好。

5.系统效率。空调或产暖系统转换热能并储存起来的能力。对于建筑能耗也有很大的影响。

绿色建筑物理模拟计算——建筑节能：

1、节能设计软件技术特点

北京绿建建筑节能设计软件构建在CAD平台之上，通过三维建模，获取节能模型。经过专业定制，服务于建筑节能计算，紧扣国家及地方标准，可进行专项计算。同时配套其他同类型软件，有利于建筑节能模型共享。

2、建筑节能模型获取

基于成熟应用的二三维一体化技术，通过二维的施工图或方案图获得三维信息模型（如图1），操作习惯更符合国内设计师操作习惯。并兼容主流的设计软件，如天正、理正等软件。

图1

图2是软件模型观察界面，可以直观看到通过平面图生成的三维信息模型。

图2

3、维护结构设计及计算

3.1工程设置

如图3所示为工程设置页面，通过设置项目所处地理位置，软件会自动生成对应地区气象参数。再进行选取公共建筑或居住建筑，以区分需要执行不同类型的建筑的建筑节能设计标准。

图3

3.2工程构造

完成工程设置后，需要进行重要的一步，设定围护结构（如图4所示）。外围护结构包括：屋顶、外墙、外挑楼板等。内维护结构包括：门、窗、采暖地区不采暖的房间等。均需要设定相应工程做法。

当然这些参数并不需要自己录入，软件本身内置全国各地材料库，在材料库中可直接选取所需材料，作为项目中维护结构的一部分。软件系统中也录入了全国各地的标准图集，以方便设计师选用标准图集中相应做法。同时，也有部分材料厂家最新研发成果，如新保温产品也录入节能软件中，让设计师很快了解新的保温材料情况，也直观的让设计师了解新保温材料是否适用于其所做项目。

图4

3.3数据提取

设置好好维护结构的保温做法之后，需要进行数据提取（图5所示，为设计软件数据提取页面）。提取所建分析模型的几何信息，主要是外表面体，体积等，计算出其体形系数。

图5

3.4节能检查

再下一步就是将建筑模型的几何数据、设定的维护结构做法进行节能检查，运行节能检查命令（如图6所示），逐条对应选定的节能标准，检查符合要求项和不符合要求项。当然并不要求项目指标全部符合标准要求，有一些项目为了追求设计想法，它的体型系数或者窗墙比可能不满足标准，却不能否定其为节能建筑。还可以通过计算其围护结构耗热量指标确定其是否符合标准要求。

能耗计算的过程，项目不同，节能要求也不一致。比如北方居住建筑，通常用采暖耗热量指标；公共建筑，耗冷耗热量指标，来判定是否满足节能建筑要求。每个地方建筑节能计算规则也是不一样的，北京、天津、河北都是不一样的。所以说，节能软件标准的定制是非常重要的。当项目通过软件计算，无论是耗热量指标或者空调耗冷耗热量指标满足要求时，也可以判定为节能建筑。

图6

经过以上步骤，我们就能完成较为常见的标准建筑的节能计算，通过软件输出符合当地标准的计算书，以及当地要求的报审表。

4、不规则建筑节能案例分享

4.1项目简介

项目名称：腾讯滨海大厦（图7左侧）

建设单位：腾讯科技（深圳）有限公司

设计单位：深圳市统计人建筑设计有限公司

建筑面积：34.3万

国家绿色建筑评价标识三星级

图7

腾讯滨海大厦（图7所示为），绿色建筑评价标识三星级的建筑，此项目在深圳，属于夏热冬暖地区，在建筑节能设计方面主要考虑遮阳、隔热等方面对建筑能耗的影响。

上图左侧为项目效果图，右侧为使用建筑节能软件建立的分析模型。该项目特点是遮阳计算比较复杂，通常遮阳计算主要考虑建筑外遮阳设施，包括平板、百叶、玻璃自身遮阳系数的影响。此不规则建筑（包括一座248米高50层楼的南塔楼，一座194米高41层楼的北塔楼和三条连接两座塔楼并在内部设置共享配套设施的“连接层”），其外遮阳相对较为简单，而建筑两个双子塔之间通过类似连廊构造连接，建筑的自遮阳非常严重，若只考虑外遮阳或自遮阳，不考虑建筑的结构之间遮阳影响，非常不利于建筑物各项指标分析。

比如两栋建筑中间类似连廊的结构，对于下部房间的遮阳影响非常严重，如果不考虑这些因素，下部采用遮阳系数非常低的窗户，对于室内采光非常不利，直接影响到使用空间的采光品质。这个项目，促进了绿建斯维尔软件的改进，增加环境遮阳对窗户遮阳的影响模拟计算，这个模拟计算得到了行内专家的一致认可。

另外，常规能耗模拟软件、建筑节能模拟用的较多的模拟核心是建设部批准认可的，美国伯克利DOE能耗模拟核心。该模拟核心对于常规建筑来讲，计算比较准确，速度快。但是滨海大厦房间比较多，DOE对房间数有要求，不能用DOE进行能耗模拟，所以通过这个项目，我们又引进伯克利EnergyPlus能耗模拟核心来完成该项目的能耗模拟计算，所以现在绿建模拟软件是支持双核心。