学习建筑能效设计简便方法

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1、建筑能效设计简便方法姚润明，尼克·贝克，李百战摘要：本文介绍了一种用于建筑设计初始阶段，还不能获取详细设计资料时的建筑能效设计简便方法。该方法通过对建筑窗墙维护结构、建筑方位、照明及设备的合理设计达到建筑节能的目的。该方法编制成计算机软件，使用灵活、方便，可供建筑师进行建筑设计时对各建筑设计方案的供热、空调、通风、照明能耗及CO2排放值进行比较，进而优化建筑设计方案。该方法适合于新建或改建的非住宅建筑。中国各地区的气候资料可以集成于此软件中，供建筑师用于中国的建筑设计。关键词：建筑，能效设计，计算机软件1.前言中国的建筑工业以惊人的速度发展。在过去的5年里，全国已建成的建筑面积达

2、到3.9亿m2。中国目前的建筑能耗约占总能耗的23%左右，预计到2010年将提高到35%左右。发达国家建筑能耗在总能耗中所占比例很大，约40%。由于消耗能量而产生的温室气体是引起全球气候变迁的主要因素，因此，世界各国对建筑节能问题极为重视。中国的建筑节能工作自1980年代以来，取得了很大成绩，但与发达国家相比，建筑能效设计意识尚很缺乏。建筑的可持续发展，不仅对建筑环境工程师、建筑设备工程师提出挑战，更重要的是对建筑师的挑战，因此，建筑节能在建筑设计的最开始阶段就应该得到极高的重视。目前，中国的建筑设计更多的是侧重于建筑的外观和功能，而忽视建筑的能效设计——即通过被动设计的方法，在

3、建筑设计的初始阶http://www.chinagb.net段，进行建筑能效设计的优化方案选择。根据调查分析，能效设计概念难以在实践中实施的原因是多方面的，其中主要原因之一是缺乏能为建筑师所接受和使用的，在建筑设计初始阶段进行的能效设计计算方法和计算软件。这种方法必须具备如下特点：能源世界—中国建筑节能网（1）计算简便，快速（2）要求的原始数据限制在最少限度（3）灵活地比较各设计方案本文根据这些要求，开发了一种建筑能效设计及热模拟简便方法，并编制成图像界面计算软件——LTEurope，在英国及欧洲大陆广泛使用。它的前身版本——曲线版本在英国已有十几年的应用历史，为英国建筑设计广泛

4、使用。该方法的推广及计算机版本的使用，有利于提高建筑设计的能效，减少建筑对设备（暖通空调）的依赖，达到建筑可持续发展的目的。2.能效设计原理2.1.被动式设计概念所谓被动建筑设计就是通过建筑设计本身，而非通过利用设备，达到减少用于建筑照明、采暖及空调的能耗。被动设计方法包括：（1）建筑朝向（2）建筑保温（3）最佳窗墙比（4）建筑体形（5）建筑结构（重型、中型、轻型）（6）建筑遮阳（7）建筑自然通风http://www.chinagb.net影响被动设计优劣的因素之间也相互影响。如增大窗户面积，有利于充分利用自然光照明，减少用电照明的能耗，冬季南向窗户有利于接收太阳辐射热以减少供热

5、负荷，但过多增大窗户面积，也会造成夏季不利的太阳辐射热，进而增加空调负荷。在照明能耗、供热能耗与空调能耗之间存在着平衡点，如何全面地考虑这些因素，使建筑设计达到高能效的目的，这就需要对能源世界—中国建筑节能网建筑设计的不同方案从能效角度进行方案比较。由于计算机技术的不断发展，用于建筑能耗计算及热模拟的计算机软件不断涌现。如目前国际上常用的建筑热模拟软件有美国的Doe2，英国的Tas、Espr等等，往往为建筑环境及设备工程师所用。它的使用需要具备较深的工程背景知识，也需要经过较长时间的学习和培训。在模拟计算时，往往是需要输入大量的原始数据，而这些数据在建筑设计初始阶段往往是不确定的

6、。由于使用复杂、耗时等原因，这些软件不为建筑师所青睐。2.2.周边区概念将建筑划分成周边区（又称为被动区-PassiveZone）和非周边区（又称为非被动区－Non－passiveZone）[1，2]。周边区可以接收太阳辐射、自然光照明、自然通风，周边区又可按建筑朝向分为东、南、西、北周边区。周边区的进深一般为建筑层高的2倍，可取为6m。非周边区必须采用人工照明，同时也需要通过设备供热制冷。图1为建筑周边区与非周边区划分。2.3数学模型建筑能效设计模型是建立在标准单元的能量平衡方程式上的。各朝向的单元计算可产生代http://www.chinagb.net表各朝向被动区单位面积的

7、全年能耗值与该朝向的窗墙比的曲线。能量平衡方程式为：Qheat/cool=Qcond+Qvent+Qsolar+Qsp式中：Qheat/cool为达到室内空气温度设计要求所需的供热或空调能耗；能源世界—中国建筑节能网Qcond为通过建筑围护结构的导热传热量；Qvent为由通风换气造成的对流传热量；Qsolar为由太阳辐射造成的辐射传热量；Qsp为由室内设备、照明、人体等产生的散热量。基于上述方程所建立的四点网络法，可以进行逐小时室温动态计算及建筑能量计算。该方法与Espr法进行了