计算机模拟在建筑节能设计中的运用
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1人员素质要求
建筑节能是一门综合性学科，所涉及专业有建筑学、施工、采暖、通风、空调、照明、设备、建材、热工、能源、环境、检测、计算机应用等，是在许多学科交叉和结合后形成的，因此建筑节能技术也是一门综合性的技术，包含了多个领域。建筑节能方案设计者除应具有以上相关知识外，还应熟练掌握建筑所在地的经济发展水平、施工工艺及建筑材料技术水平等。节能方案的好坏应从节能效果、成本控制、建筑热环境舒适性、地区适应性等多方向进行权衡判定。
2建筑节能设计计算
2.1选用计算软件
选用建筑节能设计软件为中国建筑科学研究院上海分院开发的PKPM建筑节能设计分析软件，版本为PBECA20121.00版。
2.2项目概况及建立模型
本建筑节能设计模拟案例为两梯四户的塔式居住建筑，坐落在福建省泉州市(北纬=24.93°，东经=118.58°)，属于夏热冬暖地区南区。该建筑朝向为南北朝向，建筑结构类型为框架结构。建筑面积6412.31m2，建筑层数18，共54m高，内部户型分布。
2.3技术指标
要求此模拟案例所在城市气候区属于夏热冬暖南区，其平均窗墙面积比为0.15。依据DBJ13－62－2004《福建省居住建筑节能设计标准实施细则》，其建筑热工节能设计应符合以下规定。
2.4参照建筑确定原则
(1)参照建筑的建筑形状、大小和朝向均应与所设计建筑完全相同;(2)参照建筑各朝向和屋顶的开窗面积应与所设计建筑相同，但当所设计建筑某个朝向的窗(包括屋顶的天窗)面积超过标准《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》第4.0.4、4.0.6条的规定时，参照建筑该朝向(或屋顶)的窗面积应减小到符合标准《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》第4.0.4、4.0.6条的规定;(3)参照建筑外墙、外窗和屋顶的各项性能指标应为《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》第4.0.7和4.0.8规定的最低限值。其中墙体、屋顶外表面的太阳辐射吸收系数应取0.7;当所设计建筑的墙体热惰性指标大于2.5时，参照建筑的墙体传热系数应取1.5W/(m2•K)，屋顶的传热系数应取0.9W/(m2•K)，北区窗的传热系数应取4.0W/(m2•K);当所设计建筑的墙体热惰性指标小于2.5时，参照建筑的墙体传热系数应取0.7W/(m2•K)，屋顶的传热系数应取0.4W/(m2•K)，北区窗的传热系数应取4.0W/(m2•K)。
2.5节能方案设计
建筑节能方案的设计方法有规定性指标设计法、权衡计算设计法两种。
2.5.1规定性指标设计法
所谓规定性指标设计法就是依据DBJ13－62－2004《福建省居住建筑节能设计标准实施细则》第四章建筑和建筑热工节能设计的要求，严格控制围护结构热工性能各项指标。当各规定性指标满足标准要求时，判定该建筑的节能设计满足标准规范的要求。根据泉州当地气候条件、经济基础及施工技术、原材料供应情况等，分析得出泉州地区外墙较常见热工性能为K≤2.0，D≥3.0或K≤1.5，D≥3.0。根据规定性指标计算法，两种较适宜的规定性指标设计方案如表4。
2.5.2动态权衡计算设计法
所谓权衡计算设计法就是依据DBJ13－62－2004《福建省居住建筑节能设计标准实施细则》第五章建筑节能设计的综合评价的要求，使用专用计算软件进行计算，使设计建筑能耗不大于参照建筑的能耗的方法。此设计方法中允许某项技术指标，甚至某几项技术指标不满足标准规范的要求，只要建筑最终的能耗不大于参照建筑，则判定为节能设计满足标准规范要求。根据上述规定性指标设计方案，对节能设计施工、材料获得、当地现状等方面进行系统分析，调整较适宜的动态权衡计算设计方案见表5。4.6方案对比分析
2.6.1节能率分析
三个设计方案均满足居住建筑节能设计要求。其中权衡计算方案通过计算机动态模拟计算的节能率为50.29%。
2.6.2成本分析
从各方案中可知，变量成本主要发生在外墙填充墙砌块、热桥保温层材料及外窗方面。经调查统计，上述材料的当地材料费及人工费行情详见表6。权衡计算方案相对于其他两种规定性指标方案要节约成本，其中比规定性指标方案1单位建筑面积节约成11元/㎡，合计共节约70586.9元。
2.6.3热舒适性分析
外墙填充墙与热桥部位的K值相差越大，则两者室内表面温度相差越大，所以对人体产生的热辐射强度分布越不均匀，室内热舒适性就越差。权衡计算方案中外墙热桥部位K值与外墙平均传热系数K值最接近，所以该方案的热舒适性相比其他方案较好。
2.6.4地区适应性分析
因加气混凝土砌块易吸水导致砌体开裂等问题无法得到很好的解决，虽然其具有良好的热工性能，但加气混凝土砌块应用于外墙并不乐观。建筑外墙热桥部位采用建筑保温砂浆的热桥处理方式属于国内成熟的施工工艺，现场施工中，25mm厚以下的保温层施工费用及工艺并无明显差异。普通铝合金中空玻璃窗(6+9+6)为工地常用窗型。所以权衡计算方案的设计手段更益于推广建筑节能，控制工程质量。
3结论
在满足建筑节能设计标准要求的基础上，运用计算机仿真模拟的动态权衡计算设计法较规定性指标设计法有以下几点优势:
1)动态权衡计算设计法可以使节能方案多样化，便于从众多方案中选择最优最适合的节能方案。
2)动态权衡计算设计法有利于控制建筑成本。
3)动态权衡计算设计法可根本建筑所在地的优势合理调整节能方案，更益于推广建筑节能，控制工程质量。
作者：徐春桃齐舒皮魁升单平平林泉来单位：福建省建筑科学研究院福建省绿色建筑技术重点实验室
