賈曉昱

（山西鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030013）

0 引言

建筑系統(tǒng)環(huán)境性能分析是指建筑系統(tǒng)在其全壽命周期內(nèi)對(duì)外部環(huán)境和內(nèi)部環(huán)境的各種影響的綜合評(píng)估。在進(jìn)行合理的建筑選址、外部環(huán)境設(shè)計(jì)[1]和確定建筑形體（包括建筑群體間距、體量和朝向的確定）等方面時(shí)，考慮建筑系統(tǒng)環(huán)境影響因素的作用，如強(qiáng)紫外線輻射、大氣懸浮物、酸雨、溫室氣體、煙霧、固體廢棄物、室內(nèi)空氣污染、土壤固結(jié)、噪聲、光污染、熱污染等。這些影響因素概括為冷氣負(fù)荷、消耗能源、熱負(fù)荷、風(fēng)環(huán)境、采光計(jì)算五大方面。在建筑的前期設(shè)計(jì)中，建筑師對(duì)建筑系統(tǒng)環(huán)境性能的五個(gè)方面開(kāi)展最優(yōu)組合研究，在充分考慮和分析周圍環(huán)境的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文以仿真模擬BISCO軟件采集的數(shù)據(jù)為依托，從冷氣負(fù)荷、消耗能源、熱負(fù)荷、風(fēng)環(huán)境、采光計(jì)算等五大方面分析龍城金悅府1#樓住宅建筑系統(tǒng)的環(huán)境性能。

1 建筑系統(tǒng)環(huán)境性能分析的現(xiàn)實(shí)意義

進(jìn)入新時(shí)代，人們的物質(zhì)生活水平持續(xù)提高，對(duì)居住和生活環(huán)境提出更現(xiàn)代化的要求，對(duì)美好生活有著美好的憧憬。研究分析建筑系統(tǒng)環(huán)境性能，不再是政府決策者們的要求，也是業(yè)主們對(duì)建筑設(shè)計(jì)人員提出的新要求。

建筑師在前期進(jìn)行建筑策劃時(shí)應(yīng)用先進(jìn)的模擬技術(shù)，將建筑物的形體設(shè)計(jì)和物理構(gòu)造設(shè)計(jì)緊密地結(jié)合在一起，從聲、光、電、熱、力等不同方面加強(qiáng)建筑為用戶服務(wù)為宗旨的出發(fā)點(diǎn)，建筑師可以更好更方便地提升建筑系統(tǒng)的環(huán)境性能。

建筑系統(tǒng)環(huán)境性能的研究是基于科學(xué)的前期探究和模擬，相關(guān)工作人員可以通過(guò)建筑系統(tǒng)環(huán)境性能仿真系統(tǒng)對(duì)建筑物的環(huán)境性能進(jìn)行超前預(yù)判，為相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)制定建筑法規(guī)和規(guī)范和業(yè)主決策提供強(qiáng)有力的科學(xué)依據(jù)，量化的建筑系統(tǒng)數(shù)據(jù)使決策者們對(duì)宏觀架構(gòu)的實(shí)施更具有理論指導(dǎo)和現(xiàn)實(shí)意義。

2 建筑系統(tǒng)環(huán)境性能分析實(shí)例

龍城金悅府項(xiàng)目位于太原南部主軸龍城大街核心位置，城市配套完備，也是金悅綠金健康科技住宅的代表作。龍城金悅府項(xiàng)目關(guān)注“陽(yáng)光、溫度、濕度、空氣、聲音、水”六大生命元素，打造出舒溫、舒濕、舒氧、舒靜、舒凈的“五舒”科技住宅。與六大生命元素相對(duì)應(yīng)的科技系統(tǒng)，以綠色、健康、科技的高性能標(biāo)簽，以創(chuàng)新的科技智慧煥新生活新體驗(yàn)。

龍城金悅府1#樓住宅打造為太原市目前“恒溫、恒濕、恒氧、恒潔、恒靜”的全屋智能五恒系統(tǒng)，讓居住環(huán)境溫潤(rùn)宜人，遠(yuǎn)離霧霾，呵護(hù)健康，開(kāi)啟太原高端健康人居新時(shí)代。筆者以仿真模擬BISCO軟件采集數(shù)據(jù)，從冷氣負(fù)荷、消耗能源、熱負(fù)荷、風(fēng)環(huán)境、采光計(jì)算等五大方面分析該住宅建筑系統(tǒng)的環(huán)境性能。

2.1 冷氣負(fù)荷數(shù)據(jù)分析

冷氣負(fù)荷是熱工節(jié)能設(shè)計(jì)中的重要指標(biāo)之一，以龍城金悅府1#樓為例，基于換氣設(shè)定溫度，將自然換氣模型化，模擬出試驗(yàn)場(chǎng)地玻璃墻地面屋頂外部過(guò)濾和外部通風(fēng)，區(qū)域顯熱部位。冷氣負(fù)荷數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1所示。由圖1可知，曲線出現(xiàn)“波峰”折線變化規(guī)律[2]，表明龍城金悅府1#樓建筑在熱區(qū)間和冷區(qū)間內(nèi)表現(xiàn)正常。

圖1 龍城金悅府1#樓冷氣負(fù)荷數(shù)據(jù)

2.2 消耗能源模擬數(shù)據(jù)分析

消耗能源模擬數(shù)據(jù)根據(jù)龍城金悅府1#樓所使用的燃料種類和使用目的計(jì)算出能源消耗量，將采集數(shù)據(jù)輸入BISCO軟件，模擬出人工制冷、制熱裝置等人工裝置在住宅中1個(gè)月內(nèi)隨時(shí)間的變化情況。圖2顯示龍城金悅府1#樓建筑2022年7月15日0∶00～23∶00的夏季設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。要查看夏季設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的典型范圍，需要在BISCO軟件中設(shè)置日期，通過(guò)軟件輸入如空氣溫度、輻射溫度、工作溫度和室外干球溫度等參數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，得出的結(jié)論是空氣溫度隨著時(shí)間的變化趨勢(shì)是先下降后爬坡[3]，再到達(dá)頂峰后下滑的一條曲線；輻射溫度包含了輻射熱的熱平衡性能變化以評(píng)估不同的建筑隔熱組件，間接反映了在不同時(shí)刻下地表溫度、大氣溫度、輻射熱等不同維度的熱能指標(biāo)。

圖2 龍城金悅府1#樓 消耗能源模擬數(shù)據(jù)

為了研究建筑的年溫度、熱增量和能耗，軟件將其分為12個(gè)月，觀察12個(gè)月內(nèi)的變化趨勢(shì)。圖2中第一張圖顯示龍城金悅府1#樓房間電力和供暖（天然氣）隨月份的趨勢(shì)，波幅曲線是制熱系統(tǒng)在冬季的產(chǎn)量變化圖和制冷系統(tǒng)在夏季的產(chǎn)量變化圖[4]；第二張圖顯示當(dāng)月的溫度趨勢(shì)，可以看出運(yùn)行溫度和輻射溫度幾乎是重疊在一起的波段；第三張圖顯示熱平衡隨月份的變化趨勢(shì)；第四、五張圖顯示系統(tǒng)溫度和觸感溫度的變化趨勢(shì)。

2.3 熱負(fù)荷數(shù)據(jù)分析

對(duì)于熱負(fù)荷數(shù)據(jù)，用戶可以定義小于1h的時(shí)間步長(zhǎng)。BISCO軟件更加精準(zhǔn)地確定了短暫時(shí)間內(nèi)熱源變化的規(guī)律，這也是該軟件性能最為突出的地方，其采用集成同步的負(fù)荷—系統(tǒng)—設(shè)備的模擬方法，對(duì)龍城金悅府1#樓用熱平衡法模擬其負(fù)荷情況下的熱數(shù)據(jù)、多區(qū)域空氣流動(dòng)以及熱舒適性和光伏系統(tǒng)的表現(xiàn)，見(jiàn)圖3所示。

圖3 龍城金悅府1#樓 熱負(fù)荷數(shù)據(jù)

使用顯示選項(xiàng)中的控件更改變量，如空氣溫度、輻射溫度、工作溫度和室外干球溫度等基礎(chǔ)性指標(biāo)，可以得出試驗(yàn)場(chǎng)地玻璃墻地面屋頂外部過(guò)濾和外部通風(fēng)，區(qū)域顯熱、門窗熱能、墻體熱能、天花板熱能、地板熱能、屋頂熱能、區(qū)域舒適熱度、外界導(dǎo)熱性等全方位、多角度的一系列實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這樣的熱平衡性能變化能更有利地用于評(píng)估不同的建筑隔熱組件。

2.4 風(fēng)環(huán)境計(jì)算

在對(duì)龍城金悅府1#樓的BISCO軟件風(fēng)環(huán)境測(cè)試中，建筑物模型中統(tǒng)合CFD（運(yùn)用計(jì)算機(jī)的數(shù)值流體力學(xué)）的概念，可對(duì)建筑物內(nèi)外的空氣流動(dòng)和溫度環(huán)境進(jìn)行10-5至103量級(jí)區(qū)間的模擬[5]，有效地將內(nèi)環(huán)境與外部風(fēng)量指標(biāo)進(jìn)行有效的交互，提升新風(fēng)系統(tǒng)的使用效率，從而降低能耗。具體而言，仿真模擬得出的數(shù)據(jù)更加實(shí)時(shí)有效地指導(dǎo)全屋空調(diào)系統(tǒng)，完善其智能化調(diào)節(jié)，促進(jìn)內(nèi)環(huán)境既節(jié)能又高效地完成其預(yù)定功能。龍城金悅府1#樓風(fēng)環(huán)境數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4。

圖4 龍城金悅府1#樓 風(fēng)環(huán)境數(shù)據(jù)

2.5 采光計(jì)算和報(bào)告

BISCO軟件的采光計(jì)算量值中，龍城金悅府東邊的五幢住宅所形成的采光環(huán)境是否利于各住戶的居住感受，BISCO軟件采用Radiance渲染生成龍城金悅府東邊的五幢住宅逼真的采光分析圖，依據(jù)LEED EQ8.1，BREEAM HW1and Green Star IEQ4 標(biāo)準(zhǔn)出具詳細(xì)報(bào)告（見(jiàn)圖5所示）。

圖5 龍城金悅府1-5#樓 采光數(shù)據(jù)

3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)正處于各種基礎(chǔ)建設(shè)的高潮階段，非常需要開(kāi)展建筑系統(tǒng)環(huán)境性能科學(xué)分析。建筑系統(tǒng)環(huán)境性能分析是建筑系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要方法，也是在未來(lái)分析建筑內(nèi)環(huán)境與功能的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這就要求新時(shí)代的建筑師們，要從實(shí)際需要出發(fā)，把提高建筑系統(tǒng)環(huán)境性能放在重要位置。本文結(jié)合太原市小店區(qū)金悅住宅小區(qū)1#樓的建筑實(shí)例，用建筑系統(tǒng)環(huán)境性能模擬方法，在建筑前期對(duì)其建成后的環(huán)境進(jìn)行模擬分析，涉及建筑的冷氣負(fù)荷、消耗能源、熱負(fù)荷、風(fēng)環(huán)境的數(shù)據(jù)和采光計(jì)算報(bào)告五方面。模擬分析結(jié)果展示出龍城金悅府1#樓及相關(guān)建筑群的建筑環(huán)境性能對(duì)于人類生活質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量的提高都是合規(guī)性的。

總的來(lái)說(shuō)，越來(lái)越多的建筑師已經(jīng)認(rèn)識(shí)到建筑系統(tǒng)環(huán)境性能分析的意義，通過(guò)自身肩負(fù)的對(duì)環(huán)境的責(zé)任，正以一種新的視角關(guān)注建筑的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行。相信未來(lái)，與自然更加融洽的節(jié)能型建筑會(huì)越來(lái)越多。