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        基于TRIZ理論的城市住宅外窗節(jié)能設(shè)計(jì)研究

        2018-07-04 11:39:06劉靜
        西部論叢 2018年3期
        關(guān)鍵詞:TRIZ理論建筑節(jié)能

        摘要:建筑的產(chǎn)生的原本就是人類為了抵御自然氣候的嚴(yán)酷,從而改善生存條件的“遮蔽所”,使其間的微氣候適合人的生存。作為全世界都在關(guān)注的熱點(diǎn)問題,建筑節(jié)能是建筑技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)重要體現(xiàn)。

        本文運(yùn)用發(fā)明問題解決理論,對(duì)建筑外窗存在的物理矛盾進(jìn)行了分析,提出了建筑節(jié)能外窗優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法以及創(chuàng)新性方案。

        關(guān)鍵詞:建筑節(jié)能;TRIZ理論;發(fā)明原理;建筑外窗節(jié)能設(shè)計(jì)

        1.建筑外窗的物理矛盾分析

        阿奇舒勒對(duì)物理矛盾的定義是:在一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)中,對(duì)表述系統(tǒng)性能的同一個(gè)參數(shù)具有相互排斥(相反的或不同)需求所構(gòu)成的矛盾,即當(dāng)矛盾中的“改善的通用工程參數(shù)”和“惡化的通用工程參數(shù)”是同一個(gè)參數(shù)時(shí),就屬于物理矛盾。物理矛盾又可以表述為,技術(shù)系統(tǒng)要求某一參數(shù)性質(zhì)為A+,同時(shí)又要求這一參數(shù)性質(zhì)為A-。解決物理矛盾的核心思想是實(shí)現(xiàn)矛盾雙方的分離。

        1.1物理矛盾描述:

        在冬季,希望建筑外窗具有吸熱保溫的功能,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫暖的效果,但是到了夏季,又希望建筑外窗具有阻擋熱量進(jìn)入的功能,讓室內(nèi)涼爽。

        1.2運(yùn)用分離原理:

        現(xiàn)代TRIZ理論除了總結(jié)解決物理矛盾的辦法,還在此基礎(chǔ)上,提煉出了四個(gè)“分離原理”,分別是空間分離、時(shí)間分離、條件分離和整體與部分分離。

        根據(jù)對(duì)建筑外窗的物理矛盾分析,可以得出適用的分離原理為空間分離與時(shí)間分離??臻g分離是指矛盾雙方(同一參數(shù)的兩個(gè)相反需求)在空間上處于不同的地點(diǎn),可以讓系統(tǒng)在不同的地點(diǎn)具備相應(yīng)的特性一滿足不同的需求;時(shí)間分離原理是把矛盾雙方在不同的時(shí)間段上分離,以解決問題或降低解決問題的難度。確定了使用時(shí)間分離解決物理矛盾。

        經(jīng)過以上分析過程,可以得出對(duì)解決問題有效的發(fā)明原理有7種,分別是:NO.35物理或化學(xué)參數(shù)改變?cè)恚琋O.22變害為利原理,NO.39惰性環(huán)境原理,NO.1分割原理,NO.4增加不對(duì)稱性原理,NO.13反向作用原理,NO.15動(dòng)態(tài)特性原理。

        2.基于TRIZ發(fā)明原理的節(jié)能窗設(shè)計(jì)方法

        在對(duì)建筑外窗的TRIZ分析與熱工性能原理結(jié)合分析的基礎(chǔ)上,得出了一系列可用的發(fā)明原理,在這些發(fā)明原理中,可提煉出有用的設(shè)計(jì)原則,為建筑外窗的節(jié)能設(shè)計(jì)提出新的思路。

        2.1體現(xiàn)“動(dòng)態(tài)特性原理”設(shè)計(jì)方法

        根據(jù)動(dòng)態(tài)特性原理,可改變或調(diào)整建筑外窗的組件的各部分性能,使其在不同季節(jié)不同時(shí)間,都能實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。通過動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則,我們可以從多角度思考。

        (1) 改變窗框打開方式策略

        (2) 增加遮陽系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性策略

        2.2體現(xiàn)“物理或化學(xué)參數(shù)改變?cè)怼痹O(shè)計(jì)方法

        根據(jù)物理或化學(xué)參數(shù)改變?cè)?,可改變建筑外窗各組件的物理或化學(xué)性能,從而提升節(jié)能效率。通過改變物理或化學(xué)參數(shù)原則,作為設(shè)計(jì)師能做到的就是盡可能多的了解不同材料的物理與化學(xué)特性,在實(shí)際設(shè)計(jì)中,將這些有利于設(shè)計(jì)目標(biāo)的物理與化學(xué)特性“借”來使用,進(jìn)而提升整體建筑外窗的節(jié)能性能,使節(jié)約能源做到最大化。

        (1) 改變窗框系統(tǒng)材料策略

        (2) 改變玻璃系統(tǒng)材料策略

        (3) 增加玻璃覆膜策略

        (4) 玻璃系統(tǒng)的重新整合策略

        (5) 改變遮陽部件策略

        (6) 增加遮陽部件覆膜策略

        2.3體現(xiàn)“變害為利原理”設(shè)計(jì)方法

        建筑外窗在不同季節(jié)不同時(shí)間其傳熱與得熱的形式是不同的,太陽輻射所帶來的豐富的熱能在冬季就是十分有利的因素,但是到了夏季,就成為了有害因素。在建筑外窗的節(jié)能設(shè)計(jì)中,應(yīng)充分利用各種條件,進(jìn)而得到有益的設(shè)計(jì)結(jié)果。不同氣候不同地區(qū)都有著不同的環(huán)境因素,有些因素是需要放大的,有些是需要削弱甚至阻隔的,在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中,我們需要酌情考慮,判斷有利有害的因素,通過設(shè)計(jì)的手段提升建筑外窗的節(jié)約能耗的性能。

        2.3體現(xiàn)“惰性環(huán)境原理”設(shè)計(jì)方法

        惰性環(huán)境原理中提到使用惰性環(huán)境代替通常的環(huán)境,甚至是使用真空環(huán)境,在外窗的設(shè)計(jì)中,我們不可能將整個(gè)外窗至于惰性環(huán)境中,但是,我們可以嘗試將外窗構(gòu)件至于惰性環(huán)境甚至是真空環(huán)境中。

        (1) 增加窗框系統(tǒng)的惰性環(huán)境策略。

        (2) 增加玻璃系統(tǒng)的惰性環(huán)境策略。

        2.4體現(xiàn)“反向作用原理”設(shè)計(jì)方法

        基于反向作用原理中提到的內(nèi)容,可以提出以下設(shè)計(jì)策略。

        (1) 改變外窗的上下位置策略。

        (2) 改變外窗的內(nèi)外位置策略。

        2.5體現(xiàn)“分割原理”設(shè)計(jì)方法

        完整的建筑節(jié)能外窗系統(tǒng)由各個(gè)不同的組件組成,包括窗框系統(tǒng)、玻璃系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)與遮陽系統(tǒng)等。當(dāng)面對(duì)不同的能耗問題時(shí),建筑外窗的不同組件所擔(dān)任的指責(zé)不同,從設(shè)計(jì)角度出發(fā),可將不同的組件的功能分開看待,每個(gè)問題分開解決,最終整合成一個(gè)完整的設(shè)計(jì)。

        (1) 分割窗框系統(tǒng)策略。

        (2) 分割玻璃系統(tǒng)策略。

        2.6體現(xiàn)“增加不對(duì)稱性原理”設(shè)計(jì)方法

        現(xiàn)在的建筑外窗大都是結(jié)構(gòu)對(duì)稱的,基于增加不對(duì)稱性原理,可以增加建筑外窗整體的不對(duì)稱性,進(jìn)而提升性能。

        (1) 增加窗框系統(tǒng)的不對(duì)稱程度策略。

        (2) 增加玻璃系統(tǒng)的不對(duì)稱程度策略。

        參考文獻(xiàn):

        【1】趙鋒,創(chuàng)新思維與發(fā)明問題解決方法,西北工業(yè)大學(xué)出版社,2017.

        【2】趙鋒,《TRIZ理論及應(yīng)用教程》[M],西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2010.

        作者簡介:劉靜(1994.12.30~)性別:女,籍貫:陜西省西安市,單位:西安建筑科技大學(xué),學(xué)歷:碩士研究生,研究方向:工業(yè)設(shè)計(jì)工程

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