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        基于綠色建筑理念的住宅建筑規(guī)劃節(jié)能設(shè)計研究

        2020-10-20 05:35:55肖國泓
        粘接 2020年9期
        關(guān)鍵詞:BIM技術(shù)

        摘要:為了促進我國綠色建筑的發(fā)展,基于綠色建筑理念利用BIM、Ecotect軟件平臺對住宅建筑進行節(jié)能規(guī)劃設(shè)計,包括建筑基地選址、建筑布局節(jié)能設(shè)計、建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計等,以某三居室為例,對其建筑布局節(jié)能設(shè)計、建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計進行分析,確定了建筑的最佳節(jié)能設(shè)計方案。

        關(guān)鍵詞:綠色建筑;BIM技術(shù);Ecotect軟件平臺;圍護結(jié)構(gòu)

        中圖分類號:TU201.5;TP311

        文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        文章編號:1001-5922(2020)09-0066-04

        1 建筑住宅的綠色理念提出

        20世紀(jì)初開始,我國建筑住宅業(yè)出現(xiàn)了飛速發(fā)展,對推動我國經(jīng)濟的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn),但是與此同時建筑行業(yè)的發(fā)展也嚴(yán)重破壞了我國的生態(tài)環(huán)境,根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計我國建筑能耗已經(jīng)占了能源消耗總量的27.6%,因此,綠色住宅將是我國住宅建筑發(fā)展的必由之路,以綠色理念為指導(dǎo)的可持續(xù)建筑行業(yè)發(fā)展勢在必行。關(guān)于節(jié)能建筑很多學(xué)者也進行了研究,如2012年Anna Laura Pisello等基于能耗分析軟件建立的評價模型,應(yīng)用Energy Plus軟件進行能耗模擬,驗證了模型的適用性[1]。2017年李雯通過軟件模擬進行能耗分析,分析我國生態(tài)居民建筑在節(jié)能方面的優(yōu)勢[2]。大部分專家認(rèn)為基于綠色理念的住宅建筑規(guī)劃節(jié)能設(shè)計是強調(diào)人與自然的和諧共生,基于資源高效利用的原則,減少住宅建設(shè)中的廢棄物,降低住宅能耗,實現(xiàn)住宅內(nèi)外物質(zhì)能源系統(tǒng)良性循環(huán)。

        2 基于綠色理念的住宅節(jié)能建筑規(guī)劃設(shè)計

        2.1 綠色住宅節(jié)能建筑基地選址

        由于住宅建筑的位置和周邊環(huán)境可以直接影響住宅的微氣候環(huán)境,因此在對綠色住宅節(jié)能建筑進行設(shè)計時需要合理利用周圍的自然環(huán)境,如住宅處于北方平原地區(qū),則建筑選址需要注意避風(fēng)向陽,如緊鄰工業(yè)區(qū)則需要設(shè)置防護綠帶,如住宅處于有起伏的中部丘陵或山區(qū),則需留意山體的陰面和陽面,如在沿海地區(qū)則需注意建筑朝向與體型,需避免受到海邊潮濕寒氣的侵蝕。選址時將住宅建筑的生態(tài)因素如水體、地形高差、溫濕度等整合在BIM軟件中,設(shè)置相關(guān)參數(shù)選擇適宜的基地,以達(dá)到節(jié)能的目的。

        2.2 綠色住宅節(jié)能建筑布局節(jié)能設(shè)計

        住宅綠色節(jié)能建筑布局節(jié)能設(shè)計以防止過多的太陽輻射及保持自然通風(fēng)為原則,根據(jù)具體的住宅建筑地形特點實現(xiàn)空間的通透性和開敞性,確保建筑的自然采光和通風(fēng),通過合理的布局實現(xiàn)建筑通風(fēng)、采光以及自然環(huán)境之間的協(xié)調(diào)關(guān)系,充分利用自然資源,降低建筑能耗。

        1)適于日照的綠色住宅節(jié)能建筑布局。綠色住宅節(jié)能建筑在規(guī)劃時,不同建筑之間必須留出相應(yīng)的距離,以保證建筑采光接受日照。日照間距與建筑的高度、兩建筑之間的距離、建筑的容積率和占地率等相關(guān),因此參照和GB 50352-2005《民用建筑設(shè)計通則》、CB50180-93《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計規(guī)范》中對住宅建筑日照的相關(guān)規(guī)定,采用BIM軟件的Revit中導(dǎo)出建筑模型進行格式轉(zhuǎn)換之后導(dǎo)人軟件Ecotect中進行住宅建筑日照分析,確定最佳的建筑布局,使建筑盡可能的接受太陽能的輻射。

        2)適于通風(fēng)的綠色住宅節(jié)能建筑布局。綠色住宅節(jié)能建筑在設(shè)計過程中需要通過自然通風(fēng)實現(xiàn)排濕和散熱,基于BIM技術(shù)對住宅建筑的通風(fēng)進行評判時考慮兩個因素,一是風(fēng)影,二是風(fēng)速,風(fēng)影為風(fēng)從固定的角度吹向建筑的方向,當(dāng)建筑與風(fēng)向角垂直時,風(fēng)影范圍最大;當(dāng)建筑迎風(fēng)面與風(fēng)向成一定夾角時,風(fēng)影范圍則會減少。由于當(dāng)前我國對風(fēng)速沒有明確的規(guī)范要求,因此無統(tǒng)一的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),但《綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)》對建筑室外風(fēng)速有明確的指標(biāo)要求,要求建筑周圍人行區(qū)風(fēng)速低于5m/s,因此,評價室外風(fēng)環(huán)境時可以通過BIM設(shè)計軟件將建筑設(shè)計模型導(dǎo)出為計算流體動力學(xué)CFD軟件支持的格式,對建筑的室外風(fēng)環(huán)境進行模擬計算。

        2.3 建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計

        建筑的圍護結(jié)構(gòu)是指建筑的屋頂、外墻、外門窗等。建筑的頂部形態(tài)可分為平屋頂、坡屋頂和流線型屋頂,屋頂?shù)墓?jié)能設(shè)計主要包括屋頂?shù)牟牧稀㈩伾?、坡度、方向、保溫層的熱工設(shè)計等,則炎熱的夏季少吸收外界熱量,寒冷的冬季避免熱量的散失。外墻是避免建筑室內(nèi)熱舒適環(huán)境不受外界環(huán)境影響的主要構(gòu)件,節(jié)能設(shè)計中常用的材料有粘土實心磚、加氣混凝土砌塊、集熱墻等各種復(fù)合墻體。建筑外窗具有采光、保溫隔熱、通風(fēng)等功能,很大程度上決定了建筑的能耗,通過設(shè)置合理的隔熱體系、通風(fēng)體系等滿足使用者的室內(nèi)舒適性要求,此外窗墻比(單面墻體的門窗洞口面積與該墻面面積的比值)對建筑節(jié)能也十分重要,窗墻比越大,則采暖和空調(diào)的能耗也越大,因此,必須限制窗墻面積比[3]。在《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》JCJ26-2010及JCJ134-2010中規(guī)定了南向窗墻面積比一般控制在0.35以內(nèi)?;贐IM技術(shù)對建筑圍護結(jié)構(gòu)進行節(jié)能設(shè)計時,可以設(shè)置相關(guān)的墻體、屋頂各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱等,確定最佳的施工方案。

        3 綠色住宅節(jié)能建筑設(shè)計實例分析

        3.1 軟件選擇

        建筑建模分析當(dāng)前應(yīng)用的最廣泛的軟件為BIM技術(shù),隨著BIM技術(shù)快速發(fā)展,其為建筑節(jié)能設(shè)計提供一個全新的思路。基于BIM技術(shù)的建筑節(jié)能模擬體系是在以BIM模型和相關(guān)模擬分析軟件的基礎(chǔ)之上,創(chuàng)建一個模擬分析的平臺,根據(jù)模擬分析結(jié)果建筑節(jié)能設(shè)計方案[4]。常用的模擬分析軟件包括Ecotect、Ener-gy Plus等,由于Ecotect界面友好,操作簡單,分析快捷,能夠直觀反映參數(shù)設(shè)計優(yōu)化的正確趨勢[5],因此本文選擇BIM模型中的REVIT軟件與Ecotect軟件相互結(jié)合,利用BIM模型中的REVIT軟件在方案設(shè)計階段創(chuàng)建建筑模型,通過IFC數(shù)據(jù)格式和Ecotect之間進行數(shù)據(jù)交換,在設(shè)計的任意階段對方案進行分析和模擬及節(jié)能策略的選擇。

        3.2 建筑模型

        選擇我國中部地區(qū)的某城市住宅小區(qū)建設(shè)為例進行分析,小區(qū)的設(shè)計平面圖見圖1,該區(qū)域氣候?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候,四季分明,全年平均氣溫12℃以上,小區(qū)共規(guī)劃15棟樓房,選擇坐北朝南的一棟樓房(共6層)的頂層一個三居室戶型為例進行分析。根據(jù)所選擇戶型的基本設(shè)計參數(shù),運用Revit Ar-chitecture軟件建立設(shè)計建筑的BIM模型。建模具體過程包括:在利用Revit Architecture設(shè)計平臺建模前,先處理簡化CAD設(shè)計圖紙,然后轉(zhuǎn)換格式導(dǎo)人建模平臺,見圖1。建筑圍護結(jié)構(gòu)性能、自然通風(fēng)狀況、窗墻面積比等都是影響建筑能耗的重要因素[6]。由于篇幅有限本文以建筑布局節(jié)能設(shè)計和圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計為例進行分析。

        3.3 綠色建筑布局節(jié)能設(shè)計

        3.3.1 日照分析

        日照直接對室內(nèi)采光產(chǎn)生影響,通過合理的建筑透明圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計方法充分利用太陽的光、熱特性降低室內(nèi)照明系統(tǒng)的能耗,營造舒適的居住環(huán)境,根據(jù)《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50033-2013規(guī)定,在Re-vit Architecture模型中建模之后導(dǎo)人Ecotect軟件對案例三居室的日照和光影、采光和照明進行分析,日照和光影進行模擬分析結(jié)果見圖2,圖2中藍(lán)色線是一天24h的太陽運動軌跡,藍(lán)色線為太陽夏至運動軌跡,紅色線為冬至日太陽運動軌跡,水平面為太陽的輻射范圍。選擇的三居室位于最前面樓,其余三面環(huán)繞建筑,南面無遮擋,采光較好。采光和照明分析結(jié)果見圖3,圖3中不同的顏色代表不同的平均采光系數(shù),由藍(lán)色到黃色平均采光系數(shù)依次變大。選擇的三居室的平均采光系數(shù)為4.69%,室內(nèi)靠近窗戶的地方采光系數(shù)較大,在房間進深、衛(wèi)生間等沒有窗戶的地方采光系統(tǒng)為1%左右,完全滿足室內(nèi)臥室采光系數(shù)在2%-7%的范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn),滿足節(jié)能要求。

        3.3.2 通風(fēng)分析

        自然通風(fēng)是建筑節(jié)能設(shè)計中慣用的一項技術(shù)手段,由于住宅小區(qū)所處地區(qū)冬季較為漫長,長達(dá)四個多月,盛行西北風(fēng),日短天寒,位置為市區(qū),在進行自然通風(fēng)設(shè)計時應(yīng)該充分考慮氣候特征,利用BIM軟件中的數(shù)據(jù)模型導(dǎo)人Ecotect軟件中,選擇Ecotect軟件中的WINAIR (CFD)選項,結(jié)合所在地區(qū)的氣象數(shù)據(jù),模擬建筑模型的平面風(fēng)環(huán)境,得到的結(jié)果見圖4,根據(jù)圖4可知,住宅小區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向為西北方向,因此,需要在西北方向設(shè)置擋風(fēng)植被以此減弱小區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向,使建筑周圍人行區(qū)風(fēng)速低于5m/s,以提供舒適的居住環(huán)境。同時陽臺選用通風(fēng)式玻璃幕墻,玻璃幕墻包括內(nèi)外兩層玻璃,兩層玻璃之間相當(dāng)于一個小型的溫室,形成氣流循環(huán),冬季時由于外部氣溫低,溫室內(nèi)的空氣溫度高產(chǎn)生熱壓,氣流上升到建筑內(nèi)部,然后室外和室內(nèi)的空氣再被吸人內(nèi)部空間進行加熱,如此循環(huán),可以有效地降低建筑熱損失;夏季時可以雙層玻璃可以起到遮陽的作用,總之,應(yīng)用通風(fēng)式玻璃幕墻冬季可以保溫,夏季可以降低空調(diào)能耗。

        3.4 綠色建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計

        將三居室BIM建筑模型劃分為6個空間,導(dǎo)人Ecotect軟件,將模型細(xì)分為6個熱工分區(qū),添加地區(qū)的相關(guān)氣象數(shù)據(jù),根據(jù)原設(shè)計圖紙材料定義的模型中屋頂、外墻、外窗等相關(guān)參數(shù),見表1,在模擬過程中設(shè)置臥室及客廳采用空調(diào)系統(tǒng),其余空間采用自然通風(fēng)系統(tǒng),開空調(diào)時室內(nèi)的溫度在18℃ -28℃之間,空調(diào)運行區(qū)間的總?cè)藬?shù)為4人,空調(diào)運行效率為96%,客廳的空調(diào)運行時間為5h,臥室的空調(diào)運行時間為6h,空調(diào)運行時每th進行1次換氣,導(dǎo)人Ecotect軟件之后計算能耗,方案一的模擬空調(diào)設(shè)備運營年能耗為6192.038kW-h,方案二的模擬空調(diào)設(shè)備運營年能耗為6023.967kW-h,因此,從節(jié)能角度考慮,節(jié)能建筑的屋頂、外墻、外窗等設(shè)計采用方案二。

        4 結(jié)語

        住宅建筑是一類能耗較高的建筑,本文在綠色建筑理念的指導(dǎo)下,利用BIM、Ecotect軟件平臺進行了住宅建筑的簡單規(guī)劃設(shè)計,以某三居室為例進行了實際的能耗分析,為綠色住宅建筑的發(fā)展提供了一定的理論支持,通過實踐可知,綠色住宅建筑可以降低建筑的能耗,符合我國可持續(xù)發(fā)展的國策。

        參考文獻(xiàn)

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        [2]李雯,農(nóng)村典型生態(tài)建筑節(jié)能效率評價——以土坯房和草磚房為例[D].武漢:華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,2017.

        [3]孫力,羅會龍,謝金梅,等,溫和地區(qū)窗墻比對居住建筑能耗影響分析[J].節(jié)能技術(shù),2019,37(02):130-133.

        [4]高明,基于BIM技術(shù)的多層辦公室建筑節(jié)能設(shè)計與應(yīng)用研究[J].建筑技術(shù),2016,47(09):846-849.

        [5]謝斌,胡望社,姚建政,基于Ecotect的建筑遮陽采光節(jié)能設(shè)計優(yōu)化策略[J].建筑節(jié)能,2017,45 (12):44-50.

        [6]邱相武,趙志安,邱勇云.基于BIM技術(shù)的建筑節(jié)能設(shè)計軟件開發(fā)研究[J].建筑科學(xué),2012,28(06):24-27+40.

        2、塑料粘接知識——表面處理:

        聚氯乙烯的特性,PVC有硬質(zhì)PVC和軟質(zhì)PVC之分,PVC具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和介電性能,由于分子結(jié)構(gòu)中具有極性基因,可溶于酮類和四氫呋喃等溶劑。故可采用溶劑粘接法、熱熔粘接法進行粘接,或者用膠黏劑進行粘接。

        就硬質(zhì)PVC而言,屬直鏈狀均聚物,盡管質(zhì)硬,但也含有高達(dá)5%的增塑劑,這就使得運用一般的膠粘劑難以粘接。另外,均聚物溶解比較困難,溶劑粘接也比較困難,最好采用熱氣焊法連接硬質(zhì)PVC。由于PVC表面存有增塑劑、油脂、粉塵等,無論采用哪一種粘接工藝,都會影響粘接性能,所以必須進行嚴(yán)格的表面處理。

        作者簡介:肖國泓(1979-),女,漢族,重慶人,大學(xué)本科,高級工程師,研究方向為規(guī)劃設(shè)計、建筑設(shè)計、綠色建筑及建筑節(jié)能設(shè)計。

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