住宅建筑节能优化设计实例分析

张永炜

中图分类号：TU2文献标识码： A 文章编号：

摘要 ： 运用建筑节能设计分析软件PBECA2012设计了上海地区某单体住宅楼建筑节能设计方案，并计算模拟分析其规定性指标和全面动态建筑能耗，从中分析如何高效的设计最优建筑节能方案。

关键词 ： 建筑节能设计软件最优节能方案

Case Study - Optimized energy-saving design of residential building

ZHANG Yongwei

（China Academy of Building Research Shanghai Branch，shanghai，200023）

Abstract: Designed a construction energy-saving plan for a single residential building in Shanghai by using the building energy calculation analysis software - PBECA2012, while calculating simulation analysis its compulsory Index and overall dynamic building energy consumption to reach the optimized building energy-saving plan.

Keywords:Building energy-saving design, Software, Optimized energy-saving plan

0 引言

建筑节能设计对广大设计人员来说已不陌生，但是仍然有许多问题缠绕着设计师：建筑节能设计建模花费时间消耗精力，节能方案确立不够合理等。 如何简便设计既适合各地实际情况而又符合节能规范的节能方案进行节能计算分析，PBECA2012这款高效智能的建筑节能设计分析软件来为我们提供了一条便捷的通道。

1 建筑设计说明资料

结合设计单位所提供的建筑设计施工说明，可获悉以下建筑节能计算所需资料：

该建筑单体坐北朝南，建筑层数为14层，建筑结构类型为剪力墙结构，墙体采用200mm厚的钢筋混凝土，在单体的南向设计有凸窗。

以上资料也是在进行建筑节能计算前必须要了解的信息，以此为下一步的设计提供参考。此项目的节能设计目标为计算分析确定最适宜的节能设计方案，确保满足现行的建筑节能相关设计规范要求。

图1建筑平面图

2 计算模型和最优节能方案

2.1计算模型智能化建立

初步分析了现有的节能资料后，笔者着手对建筑单体进行生成模型、编辑和节能方案的选择。

建筑节能计算模型的准确性是非常重要的，计算模型涵盖了建筑体形的细节、开窗大小和位置、房间功能区的划分等。建筑节能设计分析软件PBECA2012是基于AutoCAD平台上开发的，在模型转换和编辑功能上有了很大提高，并能处理多种复杂建筑体形情况和多种构件设计情况，更加贴近建筑设计师的使用习惯，也更能体现建筑物的原有形态。智能化设计是PBECA2012软件应用的显著特点，软件注重计算模型准确性诊断功能，在建模过程中智能化交互提示使用者完成计算模型准确地建立和编辑。即使刚接触软件的人员也能够完成建筑的节能设计。

图2 智能触发机制提示

图3智能墙线修正

图4 模型右键编辑

图5 模型三维图

计算模型建立之后，需要标注房间功能类型和分户墙，对于居住建筑来说，在计算分析之前需标注卧室和起居室以及每个户型之间和户型与公共部位之间的隔墙。

2.2最优节能方案专家型选择

该住宅单体位于上海，因此需满足《上海市工程建设规范-居住建筑节能设计标准》（DGJ08-205-2011）的要求。PBECA2012软件具有节能方案的专家型选择模式，可以帮助建筑师快速智能地确定最适宜的节能方案。其确定方法为由工程设计人员输入一些附加条件，然后由软件根据模型信息和附加条件的判断，推选出围护结构推荐系统，再通过自动选择和手动选择的方式，确定最终的适宜性方案。

图6 方案确定流程

笔者完成了计算模型之后，输入了建筑设计计算资料中相关的建筑结构类型、外墙饰面类型以及根据施工周期和预期的造价条件，软件根据附加条件结合模型所具有的建筑层数、窗墙面积比、体形系数等信息，获得推荐的围护结构体系。

图7 方案选择

选择方案或进行必要的编辑后，可进行方案分析计算，并直接查阅报告。软件也提供与方案构造相关的造价优化，并对方案进行缺陷分析，详细显示计算工程各功能房间的空调负荷、采暖负荷和总负荷，并显示彩色分布图。通过数值分析，平面分析及三维分析对设计建筑的总体能耗和各个普通层乃至任意一个房间进行能耗分析，通过对不同朝向或不同房间的分析，得到各围护构件所占耗能比，从而可以让用户对设计建筑的能耗和某个构件的能耗一目了然，方便找到保温性能最差的围护结构，有针对性地进行优化设计，更快捷的进行调整节能设计方案。

图8 方案分析

图9 缺陷分析

软件中收集了建筑节能节点图集及《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇》（2007年）中的全国建筑节能构造和常用材料，并收录了各种高中低档体系价格，适用范围和施工周期等关键参数构成数据库，以此结合计算模型所选城市相应的节能规范条文和模型的数据信息，最终筛选出适宜的节能方案。

围护结构体系可采用自动选择和手动相结合的方式，自动选择一般是以造价作为唯一的判断标准，手动选择可帮助实现特殊修改，有针对性地实施节能方案，笔者根据上海地区的实际情况，结合自动选择和手动选择最终确定了节能设计方案：

屋面类型1：细石混凝土(内配筋)（40.0mm）+泡沫玻璃（100.0mm）+水泥砂浆（20.0mm）+1：8水泥加气混凝土碎料实铺(屋面找坡)（40.0mm）+钢筋混凝土（120.0mm）+石灰石膏砂浆（20.0mm）

屋面类型2：细石混凝土(内配筋)（40.0mm）+泡沫玻璃（100.0mm）+水泥砂浆（20.0mm）+钢筋混凝土（120.0mm）+石灰石膏砂浆（20.0mm）

外墙类型：无机保温砂浆（40.0mm）+钢筋混凝土（200.0mm）+无机保温砂浆（20.0mm）

底面接触室外空气的架空或外挑楼板：石灰石膏砂浆（20.0mm）+钢筋混凝土（110.0mm）+无机保温砂浆（40.0mm）

分户墙：石灰石膏砂浆（20.0mm）+钢筋混凝土（200.0mm）+石灰石膏砂浆（20.0mm）

分户楼板：水泥砂浆（20.0mm）+钢筋混凝土（110.0mm）+水泥砂浆（20.0mm）

外窗(含阳台门透明部分)：隔热金属型材多腔密封窗框K≤5.0[W/(m2K)]，框面积≤20%，(6mm透明+12空气+6mm透明)，传热系数3.20W/m2.K，玻璃遮阳系数0.86，气密性为6级，可见光透射比0.71

凸窗：隔热金属型材多腔密封窗框K≤5.0[W/(m2K)]，框面积≤20%，(6mm中透光Low-E+12空气+6mm透明)，传热系数2.40W/m2.K，玻璃遮阳系数0.50，气密性为6级，可见光透射比0.62

天窗：隔热金属型材多腔密封窗框K≤5.0[W/(m2K)]，框面积≤20%，(6mm中透光Low-E+12空气+6mm透明)，传热系数2.40W/m2.K，玻璃遮阳系数0.50，气密性为6级，可见光透射比0.62

户门：木或塑料夹层门(空气间层厚度不小于40mm内衬钢板)，传热系数2.47W/m2.K

3 节能计算模拟分析

计算模型基础计算数据结果

采用最终确定的节能设计方案进行建筑节能计算分析，软件以《上海市工程建设规范-居住建筑节能设计标准》（DGJ08-205-2011）为判定依据。

对于该建筑单体，软件确定的节能方案很好地满足了规范要求，避免了在设计时反复设计复算、查阅规范图集，同时也为更好地完成同类设计积累了经验。对于围护结构有未满足节能设计标准的，可采用“对比评定法”进行建筑节能设计综合评价。

根据《上海市工程建设规范-居住建筑节能设计标准》（DGJ08-205-2011）的规定，居住建筑动态计算的判断依据要根据不同的建筑类型采用不同的判断方法。软件可根据建筑层数自动识别多层建筑、低层建筑、高层建筑；根据用户选择的建筑类型，自动按照下列要求进行动态计算和判断：

进行围护结构节能动态计算时的假想建筑称为参照建筑，建筑进行围护结构节能动态计算时，应当与参照建筑的采暖和空调年耗电量之和进行比较，其计算所得设计建筑的采暖和空调年耗电量之和应当小于参照建筑的采暖和空调年耗电量之和，即采用权衡计算对比法。

PBECA2012软件延续了强大的DOE-2计算内核的计算分析功能，最终能耗模拟分析结果显示，该居住建筑达到了节能设计要求。

冬季结果

设计建筑全年耗电量=28.69 (kWh/m2)

参照建筑全年耗电量=29.35 (kWh/m2)

4 结论

对于众多设计师来说建筑节能设计已经融入了已有的设计观念中，怎么才能设计出适合当地实际情况而又符合节能规范的最优建筑节能方案已经不再只是少数人的问题，让我们一同关注建筑节能设计，寻求合适的方法高效简便的完成建筑最优节能设计方案的设计。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。