对建筑耗能的计算机模拟分析

1、(略)

利用计算机模拟,能够弥补传统设计方法对建筑能耗分析的不足,帮助建筑师直观地判断方案设计对于建筑能耗的影响,从而将建筑能耗成为建筑设计考虑的重要条件,在建筑的规划设计和单体设计过程中进行节能设计。从建筑全寿命周期来看,前期的方案设计阶段所做的决策对于建筑的能耗会产生重要的影响,对降低后期建筑运行的能耗具有重要意义。目前建筑模拟软件很多,本文采用Ecotect和Pheonics进行光环境和风环境模拟。

2、西安市园丁花苑小区概况

2.1区位及规划布局

园丁花苑小区位于西安市灞桥区纺织城东北部,是灞桥区为广大教师建设的安居工程。整个小区规划用地面积265亩,全部工程分两期完成。一期工程由A、B两个区组成(图3),占地5.68公顷,其中A区总用地面积2.23公顷,B区总用地面积3.45公顷,A,B区之间相隔一条宽约110m的绿地。

2.2建筑现状分析

3、规划布局模拟分析

3.1小区日照模拟

根据GB50180—93《城市居住区规划设计规范》应满足大寒日最低两小时的日照要求,对于西安地区,应该尽量争取较长的冬季日照时间以吸收太阳辐射。小区由于采取行列式布局,前排建筑东西间距较小,对后排建筑日照遮挡影响较大,除南面第一排建筑外的后排建筑都难以满足日照要求(图7)。在不改变建筑规划布局的前提下,通过对建筑南北间距的调整,所有住宅建筑南立面平均基本能达到3h以上的日照时间。

3.2小区风环境模拟

小区建筑布局中,需要考虑风环境的影响主要有两个方面,一是冬季的防风保温,另一是夏季的通风。西安地区受冬季风影响较小,风环境主要考虑夏季自然通风的利用。利用Pheonics软件作者对场地建筑群进行了模拟。

西安地区夏季盛行西南风,由于建筑布局的影响,通过模拟分析的结果可以观察到西南风气流经过行列式布局的建筑群体时,风向由于受到建筑的影响发生了改变,与建筑的表面相平行,给室内自然通风的组织带来了不利的影响。在单体设计时,需要考虑进行构造措施设计以增强自然通风效果。

4、建筑单体模拟分析

4.1自然采光分析

利用Ecotect建立单体户型模型,首先对整个户型平面进行自然采光模拟,通过分析网格的设置计算结果会按照数值以网格显示。由于户型进深较大,给室内自然采光造成了不利的影响。默认情况下显示的是采光系数,同时程序还将在绘图区右侧显示出数据图例,室内照度的分布从窗口到室内逐步减小,其绝对值在100lux左右,基本满足房间自然采光要求,但由于其分布不均,特别是对于有阳台的卧室,由于阳台的遮阳作用对自然采光影响较大。同时,窗户和门洞的大小及形式会对自然采光的效果产生影响,例如卧室采用的是单扇1m宽木门,通过改变卧室开门的形式,将单扇门改为1.5m宽双层玻璃双扇推拉门,卧室的自然采光效果能够得到有效的提升。

4.2遮阳分析

根据大暑日太阳高度角以及窗户高度,利用三角函数求得遮阳板宽度约为0.3m,由于高度角采用的.是最大值,适当增加宽度采用0.4m,然后对其进行模拟计算。将遮阳板宽度改为0.4m之后,窗户夏季吸收太阳辐射总量为189419.59Wh,冬季为115102.95Wh。同不采用任何遮阳措施相比,夏天吸收的太阳辐射总量减少了44.4%,冬季吸收的太阳辐射总量则减少了17.3%,总体来看,对于减少夏季太阳辐射起到了明显的作用,同时对于冬季吸收太阳辐射影响较小,可以为设计方案提供依据。

4.3室内通风模拟

通过之前的小区风环境模拟,已分析出由于受建筑群体布局的影响,夏季盛行的西南风经过小区时风向与后排建筑平行,入射角变为0度,给户内的通风造成了不利影响。利用PHOENICS软件,假设夏季西南风环境下,作者对户型A的南向卧室进行了模拟。可以观察到,当外部气流与窗户平行时,室内很难形成有效的自然通风,需要利用构造措施增强自然通风效果,在窗户外部加设宽度0.4m的竖向导风板,再次对室内自然通风进行模拟,室内的自然通风效果得到了显着的提升,平均风速增长了1倍,但由于进风口和出风口位置都靠向一侧,导致了室内风速分布不均,存在明显死角。

5、方案设计改造

以上的日照以及风环境分析,可以了解到如何在建筑布局中利用模拟技术掌握场地的日照环境和光环境,从而根据需要进行建筑布局调整,以及在建筑单体设计中,考虑自然采光、遮阳和自然通风等条件,进行节能设计。通过模拟分析,结合遮阳板、导风板、空调机的安装需求,进行了立面的构造措施设计。0.4m宽水平遮阳板能够遮挡夏季太阳的直射,同时不影响冬季太阳辐射的吸收,东侧竖直挡风板能够增强自然通风效果,西侧竖直活动百叶能够根据遮阳或通风的需求进行调节,窗台底部能够进行室外空调机的安装。

6、结论

本文通过实例应用计算机模拟对住宅区的规划和单体进行日照和风环境分析,从而将建筑节能作为考虑条件进行方案设计。对于计算机模拟手段,从发展的趋势来看,今后将被越来越多地应用