對建築耗能的計算機模擬分析

1、(略)

利用計算機模擬,能夠彌補傳統設計方法對建築能耗分析的不足,幫助建築師直觀地判斷方案設計對於建築能耗的影響,從而將建築能耗成為建築設計考慮的重要條件,在建築的規劃設計和單體設計過程中進行節能設計。從建築全壽命週期來看,前期的方案設計階段所做的決策對於建築的能耗會產生重要的影響,對降低後期建築運行的能耗具有重要意義。目前建築模擬軟件很多,本文采用Ecotect和Pheonics進行光環境和風環境模擬。

2、西安市園丁花苑小區概況

2.1區位及規劃佈局

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

2.2建築現狀分析

3、規劃佈局模擬分析

3.1小區日照模擬

根據GB50180—93《城市居住區規劃設計規範》應滿足大寒日最低兩小時的日照要求,對於西安地區,應該儘量爭取較長的冬季日照時間以吸收太陽輻射。小區由於採取行列式佈局,前排建築東西間距較小,對後排建築日照遮擋影響較大,除南面第一排建築外的後排建築都難以滿足日照要求(圖7)。在不改變建築規劃佈局的前提下,通過對建築南北間距的調整,所有住宅建築南立面平均基本能達到3h以上的日照時間。

3.2小區風環境模擬

小區建築佈局中,需要考慮風環境的影響主要有兩個方面,一是冬季的防風保温,另一是夏季的通風。西安地區受冬季風影響較小,風環境主要考慮夏季自然通風的利用。利用Pheonics軟件作者對場地建築羣進行了模擬。

西安地區夏季盛行西南風,由於建築佈局的影響,通過模擬分析的結果可以觀察到西南風氣流經過行列式佈局的建築羣體時,風向由於受到建築的影響發生了改變,與建築的表面相平行,給室內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、建築單體模擬分析

4.1自然採光分析

利用Ecotect建立單體户型模型,首先對整個户型平面進行自然採光模擬,通過分析網格的設置計算結果會按照數值以網格顯示。由於户型進深較大,給室內自然採光造成了不利的影響。默認情況下顯示的是採光係數,同時程序還將在繪圖區右側顯示出數據圖例,室內照度的分佈從窗口到室內逐步減小,其絕對值在100lux左右,基本滿足房間自然採光要求,但由於其分佈不均,特別是對於有陽台的卧室,由於陽台的遮陽作用對自然採光影響較大。同時,窗户和門洞的大小及形式會對自然採光的效果產生影響,例如卧室採用的是單扇1m寬木門,通過改變卧室開門的形式,將單扇門改為1.5m寬雙層玻璃雙扇推拉門,卧室的自然採光效果能夠得到有效的提升。

4.2遮陽分析

根據大暑日太陽高度角以及窗户高度,利用三角函數求得遮陽板寬度約為0.3m,由於高度角採用的.是最大值,適當增加寬度採用0.4m,然後對其進行模擬計算。將遮陽板寬度改為0.4m之後,窗户夏季吸收太陽輻射總量為189419.59Wh,冬季為115102.95Wh。同不採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,對於減少夏季太陽輻射起到了明顯的作用,同時對於冬季吸收太陽輻射影響較小,可以為設計方案提供依據。

4.3室內通風模擬

通過之前的小區風環境模擬,已分析出由於受建築羣體佈局的影響,夏季盛行的西南風經過小區時風向與後排建築平行,入射角變為0度,給户內的通風造成了不利影響。利用PHOENICS軟件,假設夏季西南風環境下,作者對户型A的南向卧室進行了模擬。可以觀察到,當外部氣流與窗户平行時,室內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,在窗户外部加設寬度0.4m的豎嚮導風板,再次對室內自然通風進行模擬,室內的自然通風效果得到了顯着的提升,平均風速增長了1倍,但由於進風口和出風口位置都靠向一側,導致了室內風速分佈不均,存在明顯死角。

5、方案設計改造

以上的日照以及風環境分析,可以瞭解到如何在建築佈局中利用模擬技術掌握場地的日照環境和光環境,從而根據需要進行建築佈局調整,以及在建築單體設計中,考慮自然採光、遮陽和自然通風等條件,進行節能設計。通過模擬分析,結合遮陽板、導風板、空調機的安裝需求,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遮陽或通風的需求進行調節,窗台底部能夠進行室外空調機的安裝。

6、結論

本文通過實例應用計算機模擬對住宅區的規劃和單體進行日照和風環境分析,從而將建築節能作為考慮條件進行方案設計。對於計算機模擬手段,從發展的趨勢來看,今後將被越來越多地應用