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對建筑耗能的計算機模擬分析
1、(略)
利用計算機模擬,能夠彌補傳統設計方法對建筑能耗分析的不足,幫助建筑師直觀(guān)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,在建筑的規劃設計和單體設計過(guò)程中進(jìn)行節能設計。從建筑全壽命周期來(lái)看,前期的方案設計階段所做的決策對于建筑的能耗會(huì )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(jìn)行光環(huán)境和風(fēng)環(huán)境模擬。
2、西安市園丁花苑小區概況
2.1區位及規劃布局
園丁花苑小區位于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(gè)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(gè)區組成(圖3),占地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建筑現狀分析
3、規劃布局模擬分析
3.1小區日照模擬
根據GB50180—93《城市居住區規劃設計規范》應滿(mǎn)足大寒日最低兩小時(shí)的日照要求,對于西安地區,應該盡量爭取較長(cháng)的冬季日照時(shí)間以吸收太陽(yáng)輻射。小區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(mǎn)足日照要求(圖7)。在不改變建筑規劃布局的前提下,通過(guò)對建筑南北間距的調整,所有住宅建筑南立面平均基本能達到3h以上的日照時(shí)間。
3.2小區風(fēng)環(huán)境模擬
小區建筑布局中,需要考慮風(fēng)環(huán)境的影響主要有兩個(gè)方面,一是冬季的防風(fēng)保溫,另一是夏季的通風(fēng)。西安地區受冬季風(fēng)影響較小,風(fēng)環(huán)境主要考慮夏季自然通風(fēng)的利用。利用Pheonics軟件作者對場(chǎng)地建筑群進(jìn)行了模擬。
西安地區夏季盛行西南風(fēng),由于建筑布局的影響,通過(guò)模擬分析的結果可以觀(guān)察到西南風(fēng)氣流經(jīng)過(guò)行列式布局的建筑群體時(shí),風(fēng)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,給室內自然通風(fēng)的組織帶來(lái)了不利的影響。在單體設計時(shí),需要考慮進(jìn)行構造措施設計以增強自然通風(fēng)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(hù)型模型,首先對整個(gè)戶(hù)型平面進(jìn)行自然采光模擬,通過(guò)分析網(wǎng)格的設置計算結果會(huì )按照數值以網(wǎng)格顯示。由于戶(hù)型進(jìn)深較大,給室內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,同時(shí)程序還將在繪圖區右側顯示出數據圖例,室內照度的分布從窗口到室內逐步減小,其絕對值在100lux左右,基本滿(mǎn)足房間自然采光要求,但由于其分布不均,特別是對于有陽(yáng)臺的臥室,由于陽(yáng)臺的遮陽(yáng)作用對自然采光影響較大。同時(shí),窗戶(hù)和門(mén)洞的大小及形式會(huì )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(mén),通過(guò)改變臥室開(kāi)門(mén)的形式,將單扇門(mén)改為1.5m寬雙層玻璃雙扇推拉門(mén),臥室的自然采光效果能夠得到有效的提升。
4.2遮陽(yáng)分析
根據大暑日太陽(yáng)高度角以及窗戶(hù)高度,利用三角函數求得遮陽(yáng)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(jìn)行模擬計算。將遮陽(yáng)板寬度改為0.4m之后,窗戶(hù)夏季吸收太陽(yáng)輻射總量為189419.59Wh,冬季為115102.95Wh。同不采用任何遮陽(yáng)措施相比,夏天吸收的太陽(yáng)輻射總量減少了44.4%,冬季吸收的太陽(yáng)輻射總量則減少了17.3%,總體來(lái)看,對于減少夏季太陽(yáng)輻射起到了明顯的作用,同時(shí)對于冬季吸收太陽(yáng)輻射影響較小,可以為設計方案提供依據。
4.3室內通風(fēng)模擬
通過(guò)之前的小區風(fēng)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(fēng)經(jīng)過(guò)小區時(shí)風(fēng)向與后排建筑平行,入射角變?yōu)?度,給戶(hù)內的通風(fēng)造成了不利影響。利用PHOENICS軟件,假設夏季西南風(fēng)環(huán)境下,作者對戶(hù)型A的南向臥室進(jìn)行了模擬�？梢杂^(guān)察到,當外部氣流與窗戶(hù)平行時(shí),室內很難形成有效的自然通風(fēng),需要利用構造措施增強自然通風(fēng)效果,在窗戶(hù)外部加設寬度0.4m的豎向導風(fēng)板,再次對室內自然通風(fēng)進(jìn)行模擬,室內的自然通風(fēng)效果得到了顯著(zhù)的提升,平均風(fēng)速增長(cháng)了1倍,但由于進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口位置都靠向一側,導致了室內風(fēng)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(fēng)環(huán)境分析,可以了解到如何在建筑布局中利用模擬技術(shù)掌握場(chǎng)地的日照環(huán)境和光環(huán)境,從而根據需要進(jìn)行建筑布局調整,以及在建筑單體設計中,考慮自然采光、遮陽(yáng)和自然通風(fēng)等條件,進(jìn)行節能設計。通過(guò)模擬分析,結合遮陽(yáng)板、導風(fēng)板、空調機的安裝需求,進(jìn)行了立面的構造措施設計。0.4m寬水平遮陽(yáng)板能夠遮擋夏季太陽(yáng)的直射,同時(shí)不影響冬季太陽(yáng)輻射的吸收,東側豎直擋風(fēng)板能夠增強自然通風(fēng)效果,西側豎直活動(dòng)百葉能夠根據遮陽(yáng)或通風(fēng)的需求進(jìn)行調節,窗臺底部能夠進(jìn)行室外空調機的安裝。
6、結論
本文通過(guò)實(shí)例應用計算機模擬對住宅區的規劃和單體進(jìn)行日照和風(fēng)環(huán)境分析,從而將建筑節能作為考慮條件進(jìn)行方案設計。對于計算機模擬手段,從發(fā)展的趨勢來(lái)看,今后將被越來(lái)越多地應用
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