1、【綠建之窗大講堂】建筑物理模擬【主講人】趙永青（建筑能耗模擬專家）【講師簡介】主要從事LEED和綠標(biāo)能耗模擬、LEED咨詢。精通能耗模擬，提倡使用計算機模擬技術(shù)輔助建筑設(shè)計，優(yōu)化建筑性能?！局v座導(dǎo)讀】本次（建筑物理模擬講座）由經(jīng)驗豐富的建筑能耗模擬專家趙永青結(jié)合實際工程案例介紹建筑能耗模擬在建筑壞境領(lǐng)域的應(yīng)用。【講座實錄】主講人簡介及主題建筑能能耗模擬及應(yīng)用主題分為三個部分1、建筑能耗模擬簡介2、建筑能耗模擬一般步驟3、建筑能耗模擬應(yīng)用思路一、建筑能耗模擬簡介 建筑能耗模擬早六十年代就已經(jīng)有了，主是由于計算機技術(shù)的發(fā)展，使得建筑環(huán)境模擬這樣一個技術(shù)成為可能，在六十年代之前主要是一種簡化計算方法

2、。大家都了解的溫頻法和度日數(shù)法都是簡化的計算方法不是模擬技術(shù)。七十年代由于全球石油危機爆發(fā)，而導(dǎo)致的計算機模擬快速發(fā)展，在美國和歐洲都出現(xiàn)了一些計算機能耗模擬軟件，美國有BLAST和DOE2，歐洲有ESPr，當(dāng)然建筑能耗軟件主要有DOE2和Enregy Plus為內(nèi)核的能耗模擬軟件，以DOE2為內(nèi)核EQuest、Power DOE以Enregy Plus為內(nèi)核的有DesignBuilder和OPenstudio, Trnsys、IES等能耗模擬軟件，這些軟件都有各自特點。EQuest計算速度比較快，模擬功能還是比較強大的，Enregy Plus功能很強大最新的軟件，比EQuest運算速度慢，D

3、esignBuilder沒有把Enregy Plus所有的性能開發(fā)出來，只開發(fā)了一部分。OPenstudio在開發(fā)中還沒有很好用的程度，DEST中國唯一的能耗模擬軟件，用起來不是太好用。Trnsys主要用于太陽能還有設(shè)備的模擬，設(shè)備的模擬比較突出。二、建筑能耗模擬一般步驟 能耗模擬步驟：模擬參數(shù)收集建筑物理模型建立內(nèi)擾參數(shù)設(shè)置（人員及設(shè)備）維護結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置（熱工性能參數(shù)）空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)置模擬計算及結(jié)果的查看最后是結(jié)果檢驗。 1、模擬參數(shù)的收集：包括5個類型的參數(shù) 建筑位置參數(shù)、建筑維護結(jié)構(gòu)參數(shù)、內(nèi)部隔熱參數(shù)、時間表、系統(tǒng)參數(shù)2、建筑物理模型的建立，以EQuest建立物理模擬為例

4、： 這是EQuest進行DD模式的第一個頁面，設(shè)置建立層數(shù)（地上和地下層數(shù)） 把CAD的圖紙導(dǎo)入到EQuest里面去 這里需要進行單位的設(shè)置CAD是下毫米為單位的，EQuest單位為厘米，這里設(shè)置為0.1厘米也就是1毫米，下面是把坐標(biāo)的原點移到原點0.0的設(shè)置。 CAD圖紙導(dǎo)入之前進行簡化，CAD畫的一些墻都是雙線，我們要把雙線轉(zhuǎn)成單線 CAD圖紙導(dǎo)入之后要對建筑外輪廓的描繪，描外輪廓暫時不描內(nèi)部的輪廓。 對建筑內(nèi)部區(qū)域的描繪，一間一間的描繪，這里考慮到區(qū)域合并的問題，區(qū)域合并一般按Ashrae 90.1-2007要求如果相同的功能區(qū)域，相同的空調(diào)系統(tǒng)區(qū)域，朝向不超過45度，可以合成一個區(qū)域。

5、 下一步是對外窗的建立，EQuest里面建筑外窗有兩種情況，一種是以窗墻比方式建立，還有一種是以實際的圖紙對每一面窗進行繪制。窗墻比的方式建模優(yōu)勢方便快捷，缺點是建筑外窗分布的要均勻才能滿足窗墻比的要求，外窗如果分布不均勻誤差還是比較大的，自定義外窗根據(jù)外窗的實際位置去建立，不會產(chǎn)生因建模帶來的誤差，但建模比較費時。 窗墻比方式 自定義窗方式 3、下一步進行人員密度及新風(fēng)量的設(shè)置： 接下來對功能空間的分配，上面可以看到已定義了幾種功能空間，下面步驟是將分組與有框中的功能進行關(guān)聯(lián)。 下面對照明功率密度的設(shè)置，電氣功率的設(shè)置（插座負(fù)荷） 時間表的建立： 時間表的建立在EQuest里面有三種時間表組

6、成，分別的天時間表、周時間表、年時間表，創(chuàng)建的順序是先天時間表周時表年時間表。 天時間的創(chuàng)建過程：在EQuest有幾種時間表的類型，一般比較常用的百分比的時間表，用于照明、人員、設(shè)備運行的時間表，還有一種是開關(guān)（ON/OFF）時間表，用于設(shè)備的運行，設(shè)備的開關(guān)。如風(fēng)機的開啟和停。 這個時間表就是百分比時間表，這個界面就是輸入每一個時刻的百分分，比如人員的就是人員的百分比。 周時間的創(chuàng)建過程：周時間的創(chuàng)建和天時間表的創(chuàng)建是類似的，周時間引用天時間表; 年時間的創(chuàng)建過程：年時間的創(chuàng)建和天時間表的創(chuàng)建是類似的，年時間引用周時間表; 通過上面的步驟進行人員、設(shè)備、風(fēng)機、系統(tǒng)設(shè)備的時間表，時間表創(chuàng)建好后

7、引用到要使用的地方，比如人員時間表就要引用上面所創(chuàng)建的人員時間表，照明、設(shè)備等都是一樣的方法。 到這步就建筑的內(nèi)擾參數(shù)就設(shè)置完成了， 4、建筑圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)定： 在建筑中有兩類圍護結(jié)構(gòu)：一種是透明的圍護結(jié)構(gòu)、另一是不透明的圍護結(jié)構(gòu) 不透明的圍護結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)的設(shè)定：材質(zhì)設(shè)置：直接設(shè)置傳熱系數(shù)（美國U值），Layer設(shè)置方式，這兩種方式各有優(yōu)缺點，Layer需要設(shè)置詳細(xì)的材料層設(shè)置復(fù)雜，優(yōu)點是考慮熱延值，U值設(shè)置簡單不考慮熱延值的影響。Layer方式設(shè)置流程如圖：第一步創(chuàng)建Material,（Material是建筑中圍護結(jié)構(gòu)材料，聚苯板、砂漿等材料）第二步創(chuàng)建Layer（把材料組合起來）第三步創(chuàng)

8、建Construction。 Layer設(shè)置方式在展開：下面以一個例子假設(shè)建筑圍護結(jié)構(gòu)只有兩層，為了簡便。 第一步：創(chuàng)建一個Material建筑材料，在材料中輸入?yún)?shù)，材料的厚度、材料密度、導(dǎo)熱系數(shù)、材料比熱容，重復(fù)設(shè)置兩次，創(chuàng)建兩種材料。 第二步：創(chuàng)建一個Layer，這個Layer要引用上面所創(chuàng)建的Material。 第三步：創(chuàng)Construction，這個Construction要引用上面所創(chuàng)建的Layer。 U值的設(shè)置方式:U值設(shè)置只需設(shè)置傳熱系數(shù)。直接創(chuàng)建Construction輸入U值，Construction創(chuàng)建安成后賦給相應(yīng)建筑圍護組件，比如說創(chuàng)建一個外墻的材料構(gòu)造就要把Cons

9、truction賦給外墻的組件。 下面為材料分配的過程 上面講了一不透明圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)置，下面介紹透明圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)置 透明圍護結(jié)構(gòu)和不透明圍護結(jié)構(gòu)設(shè)置方法類似，都是創(chuàng)建材質(zhì)，設(shè)置材質(zhì)的熱工參數(shù)，把相應(yīng)的材料分配到構(gòu)件上面，透明的材質(zhì)需要設(shè)置成玻璃參數(shù)。 輸入主要是傳熱系數(shù)、遮陽系數(shù)、透射比及外表面紅外發(fā)射系數(shù)，這四個方式。 最后一步是把材料分配到外窗、天窗上面。 風(fēng)側(cè)系統(tǒng)的設(shè)置：第一步選擇空調(diào)系統(tǒng)第二步風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置第三步系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域分配到系統(tǒng)下面第四步設(shè)置ZONE,設(shè)計溫度的設(shè)置。 變風(fēng)量的創(chuàng)建過程：圖中給出的流程選擇空調(diào)系統(tǒng)選擇加熱源選擇冷凍水路選擇熱水管路。 空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置：

10、設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)置如風(fēng)機的參數(shù)，風(fēng)機運行時間表。 風(fēng)機中冷凍水閥門及冷凍水管的設(shè)置： 把變風(fēng)量所服務(wù)的房間分配給這個系統(tǒng) 最后一步設(shè)置就是對ZONE的設(shè)置：制冷、制熱的時間表，就是室內(nèi)的溫度。 水系統(tǒng)的設(shè)置：冷水機組鍋爐形式創(chuàng)建一個冷凍水管路，進行參數(shù)設(shè)置，供水溫度參數(shù)的設(shè)置，供回水溫差的設(shè)置 水泵參數(shù)主要是三個參數(shù)：功率、揚程、流量。 冷凍水創(chuàng)建完成后就要創(chuàng)建一個冷卻水管路參數(shù)的設(shè)置和冷凍水的參數(shù)的設(shè)置類似。 然后創(chuàng)建冷水機組：冷水機組指的選擇冷水機組的類型、冷卻水管路、選擇冷卻水方式（風(fēng)冷、水冷） 冷水機組創(chuàng)建完成后要進行參數(shù)設(shè)置，參數(shù)主要冷水機組的容量，和能效比的設(shè)置，EQuest中的能

11、效比用的COP倒數(shù)，能效比是耗電工率比上輸出的冷量，COP定義是一個倒數(shù)的關(guān)系。 創(chuàng)建冷卻塔：需要設(shè)置冷卻塔類型（開式、閉式），設(shè)置冷卻塔管路。 通過上面的步驟，一個制冷的系統(tǒng)就創(chuàng)建完成了。 加熱系統(tǒng)的創(chuàng)建：鍋爐創(chuàng)建鍋爐之前先要創(chuàng)建一個水利水管路，創(chuàng)建方式和冷凍冷卻水創(chuàng)建方式類似及熱水泵的創(chuàng)建過程都是一樣的。 創(chuàng)建鍋爐的步驟：選擇鍋爐類型、選擇冷水管路設(shè)置參數(shù)，參數(shù)也是冷量和效率。 5、到這里就完成了一個整體建模的過程，下面進行能耗模擬的計算，計算點擊計算按鈕就可以了。 6、計算完成就要對計算結(jié)果檢查合理性進行驗證，計算結(jié)果驗證主要通過以下5個過程來進行。 第一步：峰值的面積是否符合指標(biāo)，如果

12、符合指標(biāo)在不在合理的范圍內(nèi)。 第二步：單位面積能耗，是否經(jīng)驗值范圍內(nèi)，辦公單位面積能耗80到120之間，和經(jīng)驗對比看否合理。 第三步：查看主要能耗，檢查不合理的情況，比如夏天有制熱現(xiàn)象，如果出現(xiàn)就要仔細(xì)檢查了。 第四步：查看各分項能耗比例的合理性。比如一棟建筑能耗結(jié)果它的空調(diào)能耗點了30%幾也是不太合理的。 第五步：能耗遇到異常結(jié)果：例如，這樣也設(shè)置排風(fēng)熱回收系統(tǒng)能耗反而上升是不合理的。對這種情況要進行檢查。 三、建筑能耗模擬應(yīng)用思路主要以概念階段、方案階段、設(shè)計擴初階段每個階段的應(yīng)用思路來介紹1、概念階段能耗模擬應(yīng)用也許大家會覺得奇怪，在概念設(shè)計階段，怎么能夠進行能耗模擬，在什么都不確定建筑

13、形體都沒有，怎么利用能耗模擬來輔助進行設(shè)計呢?概念設(shè)計階段應(yīng)該是節(jié)能潛利最大的一個階段，能耗模擬技術(shù)進入的越早，建筑節(jié)能幅度提高的越大。概念設(shè)計階段能耗模擬可以確定朝向、場地、體量，簡單的建一個ZONE就一個空間。介紹兩種方案例分享：一種方案是建筑只有一層，朝向為西，建在開擴的區(qū)域，第二種方案是有二層，朝向為南，靠山建立，通過比較我們可以建立一個簡單的ZONE模型，就可以對比出這兩方案的優(yōu)劣。 上面方案中可以看出方案二靠山建立朝向為南的，要比方案一的要好的。方案階段能耗模擬能做什么呢？ 方案設(shè)計階段通過能耗模擬可以找出一些節(jié)能潛力比較大的，采取一些相應(yīng)的措施。 比如在這個圖中，可以看出制冷能耗

14、是比較大，再一個是照明能耗比較大，在做節(jié)能設(shè)計的時候我們就可以針對這兩塊做一些節(jié)能措施。 要降低一個建筑的冷負(fù)荷，就要看這個建筑冷負(fù)荷的組成部分，通這下面的這張圖可以看它的外窗輻射的熱，對冷負(fù)荷的貢獻(xiàn)是最大的，其次是照明得熱，針對這兩部分對冷負(fù)荷貢獻(xiàn)最的部分可以采取相應(yīng)措施，可以采用高效的照明燈具，采用更好的照明控制方式，選用遮陽系數(shù)較低的玻璃產(chǎn)品，或者添加外遮陽。2、設(shè)計擴初階段模擬應(yīng)用設(shè)計擴初階段采用參數(shù)運行的方式來對建筑能耗進行研究，什么是參數(shù)運行，參數(shù)運行就是研究增加一個材料保溫厚度對建筑能耗的影響，材料從50MM、60、70、80聚苯板依頭次增加，使用參數(shù)運行把保溫板厚度依次定義好，

15、進行參數(shù)依次運行，就可以看出增加保溫板對建筑能耗的影響的趨勢。設(shè)計擴初階段可以把每一種能耗設(shè)置為0，每一次把建筑能耗設(shè)成0，然后看對建筑能耗的影響。 比如把內(nèi)部的熱擾設(shè)置為0，照明設(shè)置為0，太陽輻射系數(shù)設(shè)置為0，依次把外窗、層頂傳熱、外窗傳熱系數(shù)設(shè)置為0，查看能耗計算結(jié)果。把外窗太陽輻射系數(shù)能耗設(shè)置為0能耗降低的幅度是最大的，第二大的照明設(shè)置為0。這里大家就會想到，把太陽輻射系數(shù)設(shè)為0對能耗降低幅度是最大的，從這方面入手對節(jié)能采取措施是很有利的。把外墻和層頂傳熱系數(shù)設(shè)置為0對能耗影響并不大，還可以看出增加圍護結(jié)構(gòu)保溫對能耗貢獻(xiàn)不太，所以不能盲目對項目增加保溫性能這樣即浪費錢，節(jié)能效果也不明顯，

16、我們還是要從能耗模擬技術(shù)，找出節(jié)能潛力最大地方，提出一個比較最好的解決方案。這個項目填加外遮陽來提高節(jié)能性能，也有一些是根據(jù)項目的限制，南面不能填加外遮陽，也可以通過一些別的方式降低輻射的熱，可以從改變建筑外窗面積入手，建筑外窗主要滿足建筑采光的要求，這里可以對外窗進行參數(shù)運行，藕合了一個自然采光的模型，把自然采光加進來，保證室內(nèi)采光達(dá)到要求，即兼顧太陽輻射的量，也可以滿足自然采光的要求，在兩者中進行權(quán)衡，找到一個平衡點。通過參數(shù)運行，可以看到當(dāng)外窗的面積處于600平方英尺的時候，能耗是最低的。這就是說在這個點時候，即可以滿足建筑采光的要求又可以使建筑能耗達(dá)到最低，這個階段通過調(diào)整外窗面積，還

17、可以采取一些遮陽系數(shù)較低的玻璃，建筑能耗可以更好的進行優(yōu)化。3、施工圖階段模擬應(yīng)用施工圖階段模擬應(yīng)用是最多的，當(dāng)前綠色建筑認(rèn)證，像國內(nèi)的綠標(biāo)、LEED等都需要用到能耗模擬。下面是介紹一個在施工圖階段案例，應(yīng)用于國標(biāo)綠色建筑認(rèn)證的項目。國標(biāo)中8.2.8提到采取可調(diào)遮陽措施來降低夏季太陽輻射的熱，可控的遮陽調(diào)節(jié)措施面積比例要達(dá)到25%。 業(yè)主提的要求，要對遮陽布置位置進行優(yōu)化，遮陽使用后最大幅度降低太陽輻射量。從圖中可以看出建筑的外力面是凹凸不平的，用Ecotect畫網(wǎng)格的工作量是非常大的，計算量也很大，所以采用能耗模擬處理，使用能耗模擬工具輸出每一面外墻的逐濕太陽輻射量，對每一面外墻的輻射量進行

18、累加，得到累計的太陽輻射量，然后對輻射量從大到小進行排序。最后統(tǒng)計面積達(dá)到25%的要求，就可以得出填加遮陽的位置。由于項目外墻是凹凸不平的，模型構(gòu)件很多，還要輸出8760小時的逐時負(fù)荷統(tǒng)計量是非常大的，采用VBA編程對數(shù)據(jù)進行處理。 最后就得到遮陽的位置，紅色標(biāo)出來的就是要填加遮陽的位置。六、網(wǎng)站推薦：比較好的學(xué)習(xí)資源，有一些能耗方面的專家在里面進行解答。七、提問解答：Q：在設(shè)計擴初階段，外窗面積和采光的內(nèi)容進行偶合，采用的什么軟件進行偶合的？A：使用E聯(lián)合RadiacneQ：加人員時間表時大表上有一個潛熱和顯熱是每次都變了嗎？A：不是第次都變Q：對變風(fēng)量系統(tǒng)離開熱盤管空氣溫度還有在熱溫差設(shè)置多少合理？A：在熱溫差設(shè)置40華攝氏度，離開