住宅楼建筑节能设计
关键词：热工设置,节能设计,建立模型
引言
建筑节能是一项复杂的系统工程，它需考虑建筑的各种构件、材料、设备的性能，以及采暖通风、电力电讯、给排水等各工种的影响。如果采用传统人工计算的方法，只能对几个单一的硬性数据指标进行计算，并且计算工作繁杂，时间冗长，不能模拟建筑运行的整个能量消耗和各种动态因素，与实际节能效果有很大偏差。新的建筑节能设计要求有一个强大的节能辅助软件，能在最短的时间内对一栋建筑进行规范的验证，并用空调模拟的方法计算出采暖和空调的年耗电量。
应运而生的BECS2010针对建筑节能系列标准做出验证。软件快速提取建筑数据和围护结构的热工指标，计算建筑物各种形式的能耗，对照节能标准进行规定性指标检查或性能权衡评估，获取节能分析的结果和结论，输出分析结果。
1 BECS软件的特点
清华斯维尔节能设计软件BECS，是一套为建筑节能提供分析计算功能的软件系统，可以进行各类建筑冷热量消耗分析计算。软件构建于AUTOCAD平台开发，既能进行静态的建筑节能围护结构规定性指标的检查，又能进行动态能耗指标的计算。BECS可实现快速建模，通过友好的用户输入界面，提供相应的功能完成建模，设计师不用关心动态计算的封闭系统，而只在意平时熟悉的建筑模型。同时又能直接利用主流建筑软件的电子图档，如TARCH、理正等，避免了重复建模，方便快捷，同时后续处理功能强大，能自动生成分析所需的各种数据，在国内建筑能耗领域得到了广泛的应用与认可。
2 建筑概况
笔者现以小区商品房为例，阐述一下清华斯维尔BECS 软件在该建筑节能设计上的应用，以期对其他他实践工程具有指导和参考意义。
该小区为20层住宅楼，地下1层、地上20层。地下1层与小区大型地下汽车库相连，为不采暖区域。整个地上建筑均为住宅。该建筑为一居住建筑节能设计与计算的典型实例。在节能构造上，主要是通过外墙部分附加膨胀聚苯板(EPS)，屋顶部分附加岩棉板，外窗采用中空玻璃塑钢窗来提高节能效果。
3 计算流程
在利用该软件对商品住宅楼进行建筑节能计算时，主要由“建立模型”、“热工设置”、“节能计算”这三大步骤来完成，各分项具体设置内容详见图1。
3.1 建立模型
根据软件自带的模型建立命令分别由“2D条件图”、“墙体”、“门窗”、“屋顶”、“房间楼层”这几大命令组集合而成。但笔者根据自身实际经验不建议大家采用，尽量利用原有软件所绘制的图形。如在该楼的设置中，笔者在绘制施工图时使用的是TACH软件，绘制每个建筑构件时，都对其厚度、高度作了相应设置。图形显示虽是2D图，但其实已完成了模型建立工作。对其直接利用，通过“检查墙体”、“检查窗户”、“检查冷桥梁柱”、“搜索房间”、“建楼层框”等一系列命令进行修改，再由“模型检查”命令完成最终模型。这种做法相比逐一建模的做法，设计者只需关注模型的编辑与修改，省去了重新建模的工作量，相应的只需简单再操作命令完成模型修改与检查工作。由于本项目是一居住建筑，在完成“搜索房间”步骤后，需加入“户型搜索”一项，以满足热工计算时以户为单位的相关计算内容。三维模型见图2
3.2 热工设置
首先要对项目的地点、朝向，建筑类型、体形特征等进行“工程设置”，然后再完成“热工设置”中最为核心的“工程构造”部分。“工程构造”步骤中通过软件自带的界面可以完成屋顶、外墙、梁柱、挑空楼板、凸窗侧板、凸窗顶板、凸窗底板、门、窗等部分的热工构造设置。在此部分对于一些常用材料的热工数值指标，软件系统都做了统一收集，设计者只需一些菜单命令项的简单选择即可完成操作。另外，还可以利用已完成的项目资源，通过导入“构造库”的方式，在原有项目的基础上完成新的项目设置。“遮阳设置”需采用两种不同的方式：①门窗玻璃的自身遮阳，该措施在热工构造中设置;②附加遮阳，可采用建筑的外廊、空调板、阳台板、挑檐、遮阳板、热辐射窗帘等措施，减少阳光透过窗户直接辐射进入室内。清华思维尔BECS在遮阳部分还增加了其独特的可视性能，让门窗节能的重要指标遮阳有了更直观的表述。热工各项措施设置完毕后与“模型观察”功能相结合，最终检阅热工设置各项是否有疏漏。工程构造设置值见图3。
3.3 节能计算
该部分包括建筑数据的获取，能耗计算和节能检查，以及节能分析结果的输出，这是软件的核心内容所在。
对于一栋建筑能否实现节能计算合格，需对规定性指标和能耗权衡计算两方面内容进行考虑。规定性指标包括建筑物的体形系数、窗墙面积比、墙体的传热系数、屋顶的传热系数、外窗的传热系数、外窗遮阳系数等。能耗权衡计算是以动态计算的结果为基础，即以采用美国劳伦斯伯克力国家实验室(LawrenceBerkeley National Laboratory，简称LBNL)开发的DOE2软件作为计算核心，实现全年8760h的动态能耗模拟。动态报告分别给出冬季的采暖耗热量指标与夏季的空调耗冷量指标，并与节能设计标准规定的限值进行比较，判断是否满足节能设计标准的要求。如在该小区住宅楼计算中，笔者完成了“数据提取”操作，选择生成“规定性指标”命令，生成的报告中发现“采暖与非采暖楼板”、“外窗热工”、“分户楼板”这三部分的热工不满足要求，但可进行性能权衡计算(见表1)。这时即需依据居住建筑热环境和节能设计标准相关要求，对该栋建筑物进行综合权衡计算(见表2)。最终经过综合权衡计算，符合居住建筑热环境和节能设计标准相关要求;设计建筑的采暖年、空调年计算耗电量之和，不超过第3节规定的采暖年、空调年计算耗电量之和，节能符合要求。
4 结束语
随着我国对建筑节能的要求越来越高，建筑节能已作为一专项在建筑施工图审查时提出强制性要求，在设计和管理时辅以软件的方式为建筑节能的有效实施提供了强有力的工具。清华斯维尔BECS建筑节能设计软件更准确地反映了建筑各围护结构热工特性，提供了方便灵活的数据输入方式，大大提高计算效率。不同围护结构节能效果的比较可以快速、方便地完成;在建筑数据和热工参数输入准确的条件下，通过能耗分析计算, 给出建筑是否符合节能标准的结论和详细计算说明书。通过建筑能耗设计和评估，为我国能源可持续发展提供了有力支持。