節能建筑圍護結構設計與仿真應用的探討

蔣思成

(鹽城市建筑設計研究院有限公司， 江蘇 鹽城 224000)

節能建筑圍護結構設計與仿真應用的探討

蔣思成

(鹽城市建筑設計研究院有限公司， 江蘇 鹽城 224000)

由于建筑物通過外墻或者窗戶、屋面等等地方散發的熱量在建筑物能耗中占比很高，所以對于建筑的節能來說，圍護結構有著非常重要的作用，所以建筑物能否擁有較好的圍護結構設計決定著它的能耗能否降低。本位圍繞節能建筑圍護結構設計與仿真應用進行了研究，分析探討了技能建筑圍護結構設計以及虛擬仿真的實現方法。具體分析了其方法的可行性以及意義。

節能建筑；圍護設計；仿真應用

建筑是我們生活、生產、學習等等活動的必要環境，在人們的生存發展中有著重要的作用，但是現在我國的建筑在其實際運行過程中，會有大量的能量進行消耗，例如取暖、照明、空調等等方面，但是這些消耗的能量并沒有得到充分的利用，大多數都通過不同的渠道浪費。隨著我國國民生活質量的不斷提高，我國建筑能耗也在逐年增長。所以節能建筑圍護結構設計迫在眉睫。

1 節能建筑圍護結構設計與仿真應用的重要性

節能建筑圍護結構設計與仿真應用是指在建筑物的設計過程中，實施建筑節能的政策，使用節能的技術以及材料等等對建筑進行維護結構設計，從而提高建筑的保溫性能，增強氣密性，降低建筑能源的消耗和浪費。隨著國民經濟以及國民生活質量的提升，人們對于建筑物的舒適度要求也逐漸提高，同時能源作為經濟發展的重要基礎，控制好建筑物的能源消耗對于我國的經濟發展有著巨大的推動作用，良好的技能設計，能夠大幅的減少能源消耗，同時為我國的環境發展提供幫助。隨著節能產業的發展，節能建筑圍護結構設計與仿真應用是節能產業的必然趨勢。它既能夠滿足人們對室溫日益提高的需求，又能達到節能減排的標準。

2 節能建筑圍護結構設計與仿真應用的現狀

在國外一些國家經歷了世界能源危機之后，他們開始重視起了建筑的節能工作，開發并制訂了關于節能建筑圍護結構設計與仿真應用相關規定和標準，并且不斷的進行節能新型材料以及節能新技術的開發工作，并在節能建筑圍護結構設計與仿真應用方面取得了顯著的成就。他們通過使用相關的分析模擬軟件對建筑物進行模擬和分析，尤其是在美國，該仿真應用技術已經相當成熟，其研發的建筑節能分析軟件已經獲得許多國家的認可，該軟件能夠較為詳細的分析建筑的能耗實況，也能夠處理較為復雜的建筑物。但是該軟件的操作較為復雜，操作者必須經過專門的培訓，對操作者的要求較高。

而在我國節能建筑圍護結構設計與仿真應用的研究自從上世紀八十年代以來一直是國內各個企業和科研機構重點的研究工作。但是我國的節能建筑圍護結構設計與仿真應用的現狀不能夠令人滿意。我國部分地區屬于非采暖地區，該地區建筑的門窗墻體等等并沒有進行隔熱性的改善，能量的浪費依舊很嚴重，而且我國能耗仿真應用的研究起步較晚，近幾年才逐漸獲得重視。同時我國模擬軟件的推廣工作也不盡人意，很多設計人員因為軟件的使用困難從而放棄該軟件。國內的模擬仿真應用軟件往往存在著準確性、易用性較低的缺陷，從而打消了設計人員對于模擬仿真應用軟件的使用熱情，導致很難發揮模擬仿真軟件該有的作用。

3 節能建筑圍護結構設計與仿真應用的研究

3.1 節能建筑圍護結構的傳熱

3.1.1 傳熱過程

在建筑的實際使用過程中，建筑的圍護結構每時每刻都在接受著外界的熱作用的影響。例如在夏季時，室內的溫度低于室外，室外的熱量就會傳導至室內；而冬天室內溫度高于室外，室內的熱量就會傳導到室外。圍護結構的傳熱過程分為：表面吸熱、結構傳熱、表面散熱三個過程。

3.1.2 非穩態導熱研究

在實際的工程當中，熱傳導是非常復雜的，并具有不穩定性。建筑室外的空氣的溫度、濕度、輻射程度等等各種因素都會隨著天氣的變化而變化。掌握外界因素隨時間變化的規律是研究非穩態導熱的方法。其方法可以分為：數值法、解析法、實驗法三種。

3.1.2 .1數值法

引入溫度離散化的概念，舍棄導熱的微分方程，取而代之的是采用代數方程計算，用計算取代推導，其最總結果是離散的溫度值，并非函數公式。導熱問題的主要數值解法可以分為有限差分法和有限元法。

3.1.2 .2解析法

解析法是指利用數學的解析法去解由導熱微分方程和邊界條件而組成的定解。由精確和近似解法構成。近似解法由積分近似法和變分法兩種方法組成，而精確解析法由和林函數法、分離變量法、保角變換法等等多中方法組成。

3.1.2 .3實驗法

實驗法是指模型實驗解法和模擬解法。不同性質的物理過程，但是他們的數學表達式相同，并且類似原理，即可以通過一種的物理過程解決另一種過程，該方法能夠可靠的解決很多發雜的問題。

3.2 虛擬仿真實現方法

3.2.1 仿真應用的概述

虛擬仿真技術的應用是指通過計算機以及多種設備，并使用系統的模型，以多種系統技術為基礎，對目標系統進行動態的實驗。仿真技術的表現方法有很多，例如：數值仿真、多媒體仿真等等，數值仿真中適當的增加文本、圖形等等，能夠時效果更為直觀，更加便于理解。并在其基礎之上增加相關的多媒體文件，這就是多媒體仿真，該仿真方法具備可視、可聽的功能，但是不具備交互功能。仿真技術有著很多的特點，例如：直接實驗往往會資金什么昂貴，而該仿真技術的應用能夠大幅度的降低實驗成本，即體現了虛擬仿真技術的經濟性；實際的實驗中，往往會有很多復雜的外界因素影響實驗結果，而仿真技術實驗能夠很好的避免外界因素的影響，從而對系統有效的分析，即虛擬仿真技術的隔離性；實際的系統實驗可能會存在的較高的風險，而使用仿真技術進行實驗能夠有效的消除危險因素，即虛擬仿真技術的安全性。

3.2.2 仿真技術的應用

建筑的虛擬現實仿真是仿真技術在技能建筑圍護結構設計中的一個重要應用。建筑師可以通過虛擬仿真技術，使自己置身于虛擬的設計環境中，優化建筑設計的空間性，增加其交互性和靈活性，增強現實感。同時仿真技術能夠模擬建筑物的室外的各種溫度、濕度、日照等等因素，更好的貫徹落實節能建筑的理念。虛擬仿真技術還能夠在節能建筑圍護結構設計中起到能耗模擬的作用，因為建筑物的系統過于復雜，能夠影響能耗的因素非常多，例如地理環境、建筑材料、設計結構、使用設備等等，各個因素復雜多變而又相互關聯。通過計算機的動態模擬并進行計算，能夠對建筑的能耗做出初步的評估，通過能耗模擬可以將設計改變的更加節能。充分的利用能耗模擬，能夠大幅的縮短設計周期，并有效的提高設計質量。

4 結語

圍護結構和仿真技術在節能建筑中有著不可或缺的地位，本文結合當今國內外的節能建筑圍護結構設計與仿真應用的實際情況進行分析，主要講述了圍護結構設計的重要性以及圍護結構設計以及仿真技術的簡要概括和具體應用。在企業的建筑建設過程中，更多的加入節能建筑圍護結構設計與仿真技術的應用，能夠簡易、快速的完成建筑的設計工作，并且能夠充分保證設計的合理性以及對多種外界因素的抗影響性，并更好的符合國家的節能建筑理念，實現建筑的節能減排。

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