建筑系統環境性能分析在新建住宅項目設計中的應用

賈曉昱

（山西鐵道職業技術學院，山西 太原 030013）

0 引言

建筑系統環境性能分析是指建筑系統在其全壽命周期內對外部環境和內部環境的各種影響的綜合評估。在進行合理的建筑選址、外部環境設計[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，考慮建筑系統環境影響因素的作用，如強紫外線輻射、大氣懸浮物、酸雨、溫室氣體、煙霧、固體廢棄物、室內空氣污染、土壤固結、噪聲、光污染、熱污染等。這些影響因素概括為冷氣負荷、消耗能源、熱負荷、風環境、采光計算五大方面。在建筑的前期設計中，建筑師對建筑系統環境性能的五個方面開展最優組合研究，在充分考慮和分析周圍環境的基礎上進行設計。本文以仿真模擬BISCO軟件采集的數據為依托，從冷氣負荷、消耗能源、熱負荷、風環境、采光計算等五大方面分析龍城金悅府1#樓住宅建筑系統的環境性能。

1 建筑系統環境性能分析的現實意義

進入新時代，人們的物質生活水平持續提高，對居住和生活環境提出更現代化的要求，對美好生活有著美好的憧憬。研究分析建筑系統環境性能，不再是政府決策者們的要求，也是業主們對建筑設計人員提出的新要求。

建筑師在前期進行建筑策劃時應用先進的模擬技術，將建筑物的形體設計和物理構造設計緊密地結合在一起，從聲、光、電、熱、力等不同方面加強建筑為用戶服務為宗旨的出發點，建筑師可以更好更方便地提升建筑系統的環境性能。

建筑系統環境性能的研究是基于科學的前期探究和模擬，相關工作人員可以通過建筑系統環境性能仿真系統對建筑物的環境性能進行超前預判，為相關部門領導制定建筑法規和規范和業主決策提供強有力的科學依據，量化的建筑系統數據使決策者們對宏觀架構的實施更具有理論指導和現實意義。

2 建筑系統環境性能分析實例

龍城金悅府項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。龍城金悅府項目關注“陽光、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應的科技系統，以綠色、健康、科技的高性能標簽，以創新的科技智慧煥新生活新體驗。

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，讓居住環境溫潤宜人，遠離霧霾，呵護健康，開啟太原高端健康人居新時代。筆者以仿真模擬BISCO軟件采集數據，從冷氣負荷、消耗能源、熱負荷、風環境、采光計算等五大方面分析該住宅建筑系統的環境性能。

2.1 冷氣負荷數據分析

冷氣負荷是熱工節能設計中的重要指標之一，以龍城金悅府1#樓為例，基于換氣設定溫度，將自然換氣模型化，模擬出試驗場地玻璃墻地面屋頂外部過濾和外部通風，區域顯熱部位。冷氣負荷數據見圖1所示。由圖1可知，曲線出現“波峰”折線變化規律[2]，表明龍城金悅府1#樓建筑在熱區間和冷區間內表現正常。

圖1 龍城金悅府1#樓冷氣負荷數據

2.2 消耗能源模擬數據分析

消耗能源模擬數據根據龍城金悅府1#樓所使用的燃料種類和使用目的計算出能源消耗量，將采集數據輸入BISCO軟件，模擬出人工制冷、制熱裝置等人工裝置在住宅中1個月內隨時間的變化情況。圖2顯示龍城金悅府1#樓建筑2022年7月15日0∶00～23∶00的夏季設計數據。要查看夏季設計數據的典型范圍，需要在BISCO軟件中設置日期，通過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的相關數據，得出的結論是空氣溫度隨著時間的變化趨勢是先下降后爬坡[3]，再到達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估不同的建筑隔熱組件，間接反映了在不同時刻下地表溫度、大氣溫度、輻射熱等不同維度的熱能指標。

圖2 龍城金悅府1#樓 消耗能源模擬數據

為了研究建筑的年溫度、熱增量和能耗，軟件將其分為12個月，觀察12個月內的變化趨勢。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，波幅曲線是制熱系統在冬季的產量變化圖和制冷系統在夏季的產量變化圖[4]；第二張圖顯示當月的溫度趨勢，可以看出運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；第四、五張圖顯示系統溫度和觸感溫度的變化趨勢。

2.3 熱負荷數據分析

對于熱負荷數據，用戶可以定義小于1h的時間步長。BISCO軟件更加精準地確定了短暫時間內熱源變化的規律，這也是該軟件性能最為突出的地方，其采用集成同步的負荷—系統—設備的模擬方法，對龍城金悅府1#樓用熱平衡法模擬其負荷情況下的熱數據、多區域空氣流動以及熱舒適性和光伏系統的表現，見圖3所示。

圖3 龍城金悅府1#樓 熱負荷數據

使用顯示選項中的控件更改變量，如空氣溫度、輻射溫度、工作溫度和室外干球溫度等基礎性指標，可以得出試驗場地玻璃墻地面屋頂外部過濾和外部通風，區域顯熱、門窗熱能、墻體熱能、天花板熱能、地板熱能、屋頂熱能、區域舒適熱度、外界導熱性等全方位、多角度的一系列實時數據。這樣的熱平衡性能變化能更有利地用于評估不同的建筑隔熱組件。

2.4 風環境計算

在對龍城金悅府1#樓的BISCO軟件風環境測試中，建筑物模型中統合CFD（運用計算機的數值流體力學）的概念，可對建筑物內外的空氣流動和溫度環境進行10-5至103量級區間的模擬[5]，有效地將內環境與外部風量指標進行有效的交互，提升新風系統的使用效率，從而降低能耗。具體而言，仿真模擬得出的數據更加實時有效地指導全屋空調系統，完善其智能化調節，促進內環境既節能又高效地完成其預定功能。龍城金悅府1#樓風環境數據見圖4。

圖4 龍城金悅府1#樓 風環境數據

2.5 采光計算和報告

BISCO軟件的采光計算量值中，龍城金悅府東邊的五幢住宅所形成的采光環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LEED EQ8.1，BREEAM HW1and Green Star IEQ4 標準出具詳細報告（見圖5所示）。

圖5 龍城金悅府1-5#樓 采光數據

3 結束語

我國正處于各種基礎建設的高潮階段，非常需要開展建筑系統環境性能科學分析。建筑系統環境性能分析是建筑系統可持續發展的一個重要方法，也是在未來分析建筑內環境與功能的一個關鍵環節，這就要求新時代的建筑師們，要從實際需要出發，把提高建筑系統環境性能放在重要位置。本文結合太原市小店區金悅住宅小區1#樓的建筑實例，用建筑系統環境性能模擬方法，在建筑前期對其建成后的環境進行模擬分析，涉及建筑的冷氣負荷、消耗能源、熱負荷、風環境的數據和采光計算報告五方面。模擬分析結果展示出龍城金悅府1#樓及相關建筑群的建筑環境性能對于人類生活質量、環境質量的提高都是合規性的。

總的來說，越來越多的建筑師已經認識到建筑系統環境性能分析的意義，通過自身肩負的對環境的責任，正以一種新的視角關注建筑的設計、建造和運行。相信未來，與自然更加融洽的節能型建筑會越來越多。