對建筑耗能的計算機模擬分析

　　1、(略)

　　利用計算機模擬,能夠彌補傳統(tǒng)設計方法對建筑能耗分析的不足,幫助建筑師直觀地判斷方案設計對于建筑能耗的影響,從而將建筑能耗成為建筑設計考慮的重要條件,在建筑的規(guī)劃設計和單體設計過程中進行節(jié)能設計。從建筑全壽命周期來看,前期的方案設計階段所做的決策對于建筑的能耗會產(chǎn)生重要的影響,對降低后期建筑運行的能耗具有重要意義。目前建筑模擬軟件很多,本文采用Ecotect和Pheonics進行光環(huán)境和風環(huán)境模擬。

　　2、西安市園丁花苑小區(qū)概況

　　2.1區(qū)位及規(guī)劃布局

　　園丁花苑小區(qū)位于西安市灞橋區(qū)紡織城東北部,是灞橋區(qū)為廣大教師建設的安居工程。整個小區(qū)規(guī)劃用地面積265畝,全部工程分兩期完成。一期工程由A、B兩個區(qū)組成(圖3),占地5.68公頃,其中A區(qū)總用地面積2.23公頃,B區(qū)總用地面積3.45公頃,A,B區(qū)之間相隔一條寬約110m的綠地。

　　2.2建筑現(xiàn)狀分析

　　3、規(guī)劃布局模擬分析

　　3.1小區(qū)日照模擬

　　根據(jù)GB50180—93《城市居住區(qū)規(guī)劃設計規(guī)范》應滿足大寒日最低兩小時的日照要求,對于西安地區(qū),應該盡量爭取較長的冬季日照時間以吸收太陽輻射。小區(qū)由于采取行列式布局,前排建筑東西間距較小,對后排建筑日照遮擋影響較大,除南面第一排建筑外的后排建筑都難以滿足日照要求(圖7)。在不改變建筑規(guī)劃布局的前提下,通過對建筑南北間距的調(diào)整,所有住宅建筑南立面平均基本能達到3h以上的日照時間。

　　3.2小區(qū)風環(huán)境模擬

　　小區(qū)建筑布局中,需要考慮風環(huán)境的影響主要有兩個方面,一是冬季的防風保溫,另一是夏季的通風。西安地區(qū)受冬季風影響較小,風環(huán)境主要考慮夏季自然通風的利用。利用Pheonics軟件作者對場地建筑群進行了模擬。

　　西安地區(qū)夏季盛行西南風,由于建筑布局的影響,通過模擬分析的結果可以觀察到西南風氣流經(jīng)過行列式布局的建筑群體時,風向由于受到建筑的影響發(fā)生了改變,與建筑的表面相平行,給室內(nèi)自然通風的組織帶來了不利的影響。在單體設計時,需要考慮進行構造措施設計以增強自然通風效果。

　　4、建筑單體模擬分析

　　4.1自然采光分析

　　利用Ecotect建立單體戶型模型,首先對整個戶型平面進行自然采光模擬,通過分析網(wǎng)格的設置計算結果會按照數(shù)值以網(wǎng)格顯示。由于戶型進深較大,給室內(nèi)自然采光造成了不利的影響。默認情況下顯示的是采光系數(shù),同時程序還將在繪圖區(qū)右側顯示出數(shù)據(jù)圖例,室內(nèi)照度的分布從窗口到室內(nèi)逐步減小,其絕對值在100lux左右,基本滿足房間自然采光要求,但由于其分布不均,特別是對于有陽臺的臥室,由于陽臺的遮陽作用對自然采光影響較大。同時,窗戶和門洞的大小及形式會對自然采光的效果產(chǎn)生影響,例如臥室采用的是單扇1m寬木門,通過改變臥室開門的形式,將單扇門改為1.5m寬雙層玻璃雙扇推拉門,臥室的自然采光效果能夠得到有效的提升。

　　4.2遮陽分析

　　根據(jù)大暑日太陽高度角以及窗戶高度,利用三角函數(shù)求得遮陽板寬度約為0.3m,由于高度角采用的是最大值,適當增加寬度采用0.4m,然后對其進行模擬計算。將遮陽板寬度改為0.4m之后,窗戶夏季吸收太陽輻射總量為189419.59Wh,冬季為115102.95Wh。同不采用任何遮陽措施相比,夏天吸收的太陽輻射總量減少了44.4%,冬季吸收的太陽輻射總量則減少了17.3%,總體來看,對于減少夏季太陽輻射起到了明顯的作用,同時對于冬季吸收太陽輻射影響較小,可以為設計方案提供依據(jù)。

　　4.3室內(nèi)通風模擬

　　通過之前的小區(qū)風環(huán)境模擬,已分析出由于受建筑群體布局的影響,夏季盛行的西南風經(jīng)過小區(qū)時風向與后排建筑平行,入射角變?yōu)?度,給戶內(nèi)的通風造成了不利影響。利用PHOENICS軟件,假設夏季西南風環(huán)境下,作者對戶型A的南向臥室進行了模擬。可以觀察到,當外部氣流與窗戶平行時,室內(nèi)很難形成有效的自然通風,需要利用構造措施增強自然通風效果,在窗戶外部加設寬度0.4m的豎向?qū)эL板,再次對室內(nèi)自然通風進行模擬,室內(nèi)的自然通風效果得到了顯著的提升,平均風速增長了1倍,但由于進風口和出風口位置都靠向一側,導致了室內(nèi)風速分布不均,存在明顯死角。

　　5、方案設計改造

　　以上的日照以及風環(huán)境分析,可以了解到如何在建筑布局中利用模擬技術掌握場地的日照環(huán)境和光環(huán)境,從而根據(jù)需要進行建筑布局調(diào)整,以及在建筑單體設計中,考慮自然采光、遮陽和自然通風等條件,進行節(jié)能設計。通過模擬分析,結合遮陽板、導風板、空調(diào)機的安裝需求,進行了立面的構造措施設計。0.4m寬水平遮陽板能夠遮擋夏季太陽的直射,同時不影響冬季太陽輻射的吸收,東側豎直擋風板能夠增強自然通風效果,西側豎直活動百葉能夠根據(jù)遮陽或通風的需求進行調(diào)節(jié),窗臺底部能夠進行室外空調(diào)機的安裝。

　　6、結論

　　本文通過實例應用計算機模擬對住宅區(qū)的規(guī)劃和單體進行日照和風環(huán)境分析,從而將建筑節(jié)能作為考慮條件進行方案設計。對于計算機模擬手段,從發(fā)展的趨勢來看,今后將被越來越多地應用

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