基于建筑性能化分析的被动式建筑设计技术与应用.pdf
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基于建筑性能化分析的被动式建筑设计技术与应用.pdf
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基于建筑性能化分析的被动式建筑设计技术基于建筑性能化分析的被动式建筑设计技术与应用与应用首届建筑性能分析技术交流会刘羽岱刘羽岱暖通工程师、建筑性能模拟工程师暖通工程师、建筑性能模拟工程师邮箱:
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675087188上海现代建筑设计(集团)有限公司技术上海现代建筑设计(集团)有限公司技术中心中心华东建筑设计研究院有限公司技术中心华东建筑设计研究院有限公司技术中心绿建所绿建所被动式设计与模拟1应用案例2发展趋势3基于建筑性能化分析的被动式建筑设计技术与应用被动式设计理念两个基本理念主动式与被动式主动式建筑设计:
太阳房设计、主动权被动式建筑设计:
建筑节能为目标,自然方式被动式设计理念新时期特点气候、环境等因素的引导设计定性设计方法的定量化00.10.20.30.40.50.60.70.81月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月建筑性能模拟建筑环境与系统的整体性能进行模拟分析的方法,包括建筑能耗模拟、建筑环境模拟(气流组织、遮阳采光、日照、污染物扩散)和建筑系统仿真建筑性能模拟分析内涵服务层次验证设计(为模拟而模拟)支撑与辅助设计:
定性定量分析,优化设计模拟是未来的设计(结合参数化设计)规划布局阶段的被动式设计室外风环境设计原则规划要求建筑气候特征建筑地域特征业主要求室外风环境设计目标布局形式道路系统建筑高度室外风环境方案设计规划施工图设计技术策划技术深化技术完成日照和单体等其他方面的协调考虑表面风压室外风速风速系数其他舒适性指标判断是否满足目标重新调整目标策略否是完成技术判断技术方案标准功能布局建筑朝向形体Fluent、Ansys、Tecplot、Ensight、StarCD、Airpark等评价指标计算机辅助权衡建筑单体阶段的被动式设计被动式设计与模拟1应用案例2发展趋势3基于建筑性能化分析的被动式建筑设计技术与应用冬季主导风向冬季主导风向青岛火车站青岛火车站基地位置基地位置前海前海后海后海原址位于青岛市区西端海岸,用地面积25.52hm2,集居住、商务贸易、旅游接待、娱乐休闲于一体、功能混合的综合型绿色社区。
西北为胶州湾,冬季,盛行的西北风从海上吹来,风速很高;老城区位于基地东南侧,且地势略高,阻挡了夏季盛行的东南风冬冷又夏热的微环境项目概况考虑在海边布置点式超高层建筑,让出大面积景观绿化,使海景不受阻挡,可渗透到区域内日本某事务所竞标方案点式超高层方案美国某事务所竞标方案围合式方案靠近海边的建筑排布以组团围合式布局为主,地块中部为一大型市民广场,沿海一线建筑以中低层为主,建筑高度随位置远离海岸线而增加,但尽量避免超高层建筑,只在广场的南端设置一幢高250m的超高层办公楼。
冬季极端日风速:
10.8m/s气温:
-8冬季平均日风速:
6.2m/s气温:
1.5夏季平均日风速:
3.9m/s气温:
22.5相对湿度85.7%最终方案:
冬季平均日风速:
6.2m/s气温:
1.5最终方案:
夏季平均日风速:
3.9m/s气温:
22.5相对湿度85.7%室内自然通风开窗方案优化将消防排烟窗与自然通风窗结合确定合理开窗策略外窗可开启面积并未增加减少航站楼空调能耗2%左右,过渡季节可以有效减少空调使用时间将近1个月(近90万RMB)优化结果分析工况工况换气次数(次换气次数(次/小时)小时)春季春季2.28秋季秋季4.11工况工况活动区温度范围()活动区温度范围()温升()温升()春季春季16.326.810.5秋季秋季18.926.47.5根据不同立面需求的遮阳适宜性设计对航站楼的不同立面进行阴影关系分析,同时兼顾采光与视野要求,分析遮阳对能耗与采光的影响,进行有效平衡,对不同立面采取不同遮阳策略区域阴影分析是否需要遮阳1区夏季有不足3小时的直射辐射,主要集中于6-8点以及18-19点;不需要2区夏季超过5小时的直射辐射,主要集中于15-19点;需要3区夏季有不足3小时的直射辐射,主要集中于6-8点以及18-19点;不需要4区受高架桥和自遮阳的影响,夏季直射辐射不超过2小时,主要集中于17-19点;不需要5区夏季超过5小时的直射辐射,主要集中于14-19点;需要6区夏季超过5小时的直射辐射,主要集中于15-19点;需要7区夏季超过5小时的直射辐射,主要集中于14-19点;需要8区夏季直射辐射超过5小时,主要集中于6-11点;需要夏至日日照分析可知,立面2、5、6、7、8的夏至日日照时间都达到了5小时,需要采取遮阳措施根据不同立面需求的遮阳适宜性设计挑檐与百叶遮阳示意累计辐照值分布效果图立面累计辐照值(wh)减少量无外遮阳有外遮阳长廊西立面899735322140.85%主楼东侧面32659300617.95%主楼西侧面375723189215.12%西侧电动外遮阳示意航站楼天窗设计与采光优化在航站楼主楼顶部设置了8条天窗,在两侧长廊的顶部分别增设了长条形采光天窗,采光效果提高15%以上。
为避免增加采光的同时产生眩光与室内过热,在每个天窗下部设置穿孔铝板停车楼开敞式设计与下沉庭院根据停车楼对通风排气要求高、对热舒适要求可适当降低的功能特点,采用四周开敞式设计,并在四周设置下沉式庭院,中部设置6处通风采光天井模拟分析其通风换气次数比常规做法提高了9倍。
为地下空间引入自然采光与自然和谐的生态环境设计方案设计方案对比方案对比方案秋季秋季地上地上一层一层秋季秋季地下地下二层二层春季春季地上地上一层一层春季春季地下地下二层二层车库春季工况换气次数(次/h)秋季工况换气次数((次/h)设计模型9.817.5基准模型0.81.3能耗分析-100102030401-12-13-14-15-16-17-18-19-110-111-112-1干球温度()日平均温度()日最高温度()日最低温度()0123456780:
000:
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45进港和到港航班数量-15000-10000-50000500010000150002000025000010002000300040005000600070008000全年动态负荷(kW)冷负荷热负荷制冷设备18%冷却塔.1%风机15%水泵9%办公设备29%照明28%选址:
崇明岛陈家镇国际生态社区4号公园朝向为东,总建筑面积5338m2建筑总体布局综合考虑了陈家镇总体规划布局、区域4号公园景观轴线、区域道路网络以及环中心水域布局的影响与呼应,沿景观轴线布置,因而建筑朝向为东向;项目概况改善措施结合功能空间均匀布置顶部天窗对于大面积的天窗在下部设格栅屋面天窗布置中部走廊天窗二层侧墙开洞中部走廊侧墙建筑主朝向为东西朝向,基于遮阳和减少夏季冷负荷等考虑,建筑一层东西侧堆土,二层采用双层幕墙;由于两侧堆土和双层幕墙的遮挡,建筑侧面采光较弱;由于屋面要布置大面积的光伏阵列,因而顶部采光天窗设置面积受限;难点:
如何合理布置顶部采光构件及室内构件以加强室内的自然采光效果自然采光条件改善措施书法交流中心采用导光管改善未采用导光管采用导光管二层侧墙开洞改善邻室采光侧墙未开洞侧墙开洞中部走廊天窗下部设格栅改善室内采光均匀度顶部无格栅顶部有格栅局部区域的采光优化比较分析整体自然采光效果分析建筑主朝向为东,基于遮阳和减少夏季冷负荷等考虑,建筑一层东西侧堆土,二层采用双层幕墙局部大面积玻璃构件的使用仍然可能有遮阳的需求兼顾室内的自然采光,一层采用了大面积的玻璃幕墙,二层的东侧和南北侧也有大面积侧窗的采用难点:
主体立面已兼顾遮阳和采光设计的基础上,如何最经济合理的确定局部遮阳的设置位置和方式北南东西三维几何模型各个立面朝向建立模型对各个立面的辐照阴影和时长进行分析,进而确定需要进一步考虑遮阳的区域遮阳条件分析方法东立面夏至日辐照时长分析南立面夏至日辐照时长分析西立面夏至日辐照时长分析西立面较难处理,但可借助外遮阳板减弱不舒适的直射影响所设置遮阳构件的遮阳效果分析西立面南向外窗-无遮阳和有遮阳的夏至日辐照对比分析西立面西外窗-无遮阳和有遮阳的夏至日辐照对比分析立面累计辐照值(wh)减少量无外遮阳有外遮阳南向2277697465667.22%东向1454295277663.71%分析过程西立面和局部东立面、南立面阳光直射较为严重,其中东立面和南立面可由自身遮阳解决(结构自身悬挑)建筑主朝向为东,上海地区全年主导风向为东南风两侧堆土环抱建筑主体的建筑布局形态二层双层幕墙设计建筑南北纵深为100m难点:
解决建筑长空间室内自然通风自然通风条件技术措施南端采用中庭空间南北端头设中轴立转窗二层幕墙内层下部开启上悬窗和下悬窗采用穿孔铝板设置顶部拔风1层夏季工况下室内风速分布1层过渡季节工况下室内风速分布2层夏季工况下室内风速分布2层过渡季节工况下室内风速分布优化结果分析建筑综合能耗组成和用能效率量化建筑专项设计技术的建筑节能贡献效率方面的权重影响因子节能贡献率影响因子权重分析能耗组成制冷21.75%制热13.50%风机3.95%水泵11.22%设备21.55%照明28.03%01000020000300004000050000600001月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年耗电量(kWh)制冷制热风机水泵设备照明方案总能耗(kWh)单位建筑面积耗电量(kWh/m2.Year)单位空调面积耗电量(kWh/m2.Year)设计模型35642066.7780.58479.51478.04460.99439.6427.8400410420430440450460470480490基准模型-2围护结构自然采光自然通风高效节能灯具不同技术措施下建筑能耗(kWh)单项节能措施技术措施全年能耗(kWh103)节能率(%)基准模型479.51围护结构提高围护结构热工性能478.040.31%自然采光充分利用室内自然采光,减少照明运行时间460.993.86%自然通风改善建筑自然通风,减少空调系统在过渡季节工况的使用439.68.32%专项设计技术的能耗贡献效率被动式设计与模拟1应用案例2发展趋势3基于建筑性能化分析的被动式建筑设计技术与应用被动式建筑设计技术发展趋势性能化设计的普及化技术的规范化设计流程的优化设计工具的变革建筑物理专业建筑材料/产品咨询师建筑需求分析咨询师Thanksforyourattention!
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- 基于 建筑 性能 化分 被动式 建筑设计 技术 应用