Research Achievement

Research Achievement研究成果

《基于三维动态模拟分析模型的绿色建筑设计》

2015-06-28

中国院集团创新科研示范楼绿色建筑设计


摘要:本文结合绿色建筑的实际工程案例,分别从三维模型建立,风、光、声、遮阳、通风等量化模拟分析角度,阐述了三维动态模拟分析在推动绿色建筑精细化设计的作用。三维动态模拟分析技术在绿色建筑设计中的应用,使得绿色建筑设计更加精细化,并使得各项绿色建筑技术措施的落实的更合理、更系统。

关键词:绿色建筑、BIM技术、光环境模拟、建筑能耗模拟、声环境模拟、场地日照模拟


0 引言


近年来,我国绿色建筑发展较快,“十二五”期间我国绿色建筑的发展面临着更大的机遇和挑战,绿色建筑是在建筑的全生命周期内,最大限度的节能、节地、节水、节材,保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间。因此,如何在绿色建筑的设计过程中更好的使节能、节水、节地、节材、室内环境等技术措施落到实处。

三维动态模拟分析技术在绿色建筑设计中的应用,为绿色建筑的设计提供了更好的量化支撑工具,使得目前的绿色建筑设计做到了精细化设计,并使得各项绿色建筑技术措施的落实更科学、更系统。


1 三维动态分析工具介绍


1)BIM三维模型

本项目的设计采用了Revit设计软件进行设计,建立了三维BIM设计模型。充分应用Autodesk Revit模型的三维优势,将传统二维方式下传达不清的各种信息充分表现,以解决结构处理方式、屋面构造系统、设备综合布置等问题。

2)光环境分析软件

本项目的光环境分析采用ECOTECT三维光环境模拟分析软件,对建筑的光环境进行了分析,提出了建筑遮阳、建筑采光增强技术等多项措施,并对采光效果进行了预测。

3)建筑能耗模拟分析软件

本项目采用了DEST建筑能耗模拟分析工具,对建筑物的全年建筑制冷、采暖负荷,建筑总能耗进行了模拟分析,并计算全年逐时的建筑能耗,提出了多项节能技术建议;

4)建筑风环境模拟分析工具

本项目采用了CFD计算模拟分析工具,对场地风环境、建筑室内通风情况、情况等进行了模拟分析,并提出了室内风环境优化技术措施。

5)地源热泵系统耦合分析工具

本项目采用了CFD计算模拟分析工具,对地源热泵的地下埋管换热情况进行了模拟分析,并对中长期地源侧对土壤热环境的影响进行了分析。


2 项目背景


本项目位于北京市西城区车公庄大街19号院内,建筑占地面积约4600m2,建筑面积约4万平方米,其中,地上15层,地下4层。按照我国绿色建筑三星级标准进行设计,同时,体现绿色建筑的引领和创新,采用绿色建筑的特色技术与示范技术,打造“绿色、低碳、生态”的示范建筑,该办公楼定位为创新科研示范楼,将向社会展现绿色、低碳、生态等技术应用,对内成为院内设计人员学习和体验基地。目前本项目处于施工阶段,预计2015年底建成。

3三维动态绿色建筑分析及精细化设计

3.1 基于场地三维动态日照分析的体型设计

本项目用地的西侧为原有住宅、东侧为国谊宾馆,为充分保障所在区域的原有品质。本项目进行了场地三维动态日照分析,,在不影响周边建筑日照的情况下,进行建筑方案的设计。

日照计算中为确保满足住宅的日照要求,本案将主楼设于用地南侧,并采用层层退台的形体实现日照要求。 基于场地三维动态日照分析的体型设计,即通过日照条件对建筑形体切削形成的层层跌落的室外平台是本建筑的最大特点之一。

3.2 基于三维场地风、光、声模拟分析的建筑布局优化

通过项目场地的风环境模拟分析,优化场地风环境,避免出现风速较大区域、以及风的涡流区,且对建筑的开口方式和自然通风提供设计依据;通过场地光环境模拟分析,分析建筑场地全年光照分布情况,为建筑采光、太阳能利用等提供设计依据;通过场地声环境模拟分析,避免主要功能空间直接面对噪声干扰,对建筑的声环境设计提供设计依据。

3.3基于三维通风技术分析的建筑通风设计

结合创新科研示范楼的使用特点,对建筑的自然通风状况进行模拟计算,分析其强化自然通风的技术途径,提出了屋顶通风器、太阳能烟囱、幕墙开启装置等自然通风设计优化建议。

基于三维通风技术分析的建筑通风强化措施,经初步测算,过渡季可由自然通风承担冷负荷总量约为156012 kWh,自然通风年节电量约为43000度。

3.4基于三维建筑采光分析的自然采光设计

结合创新科研示范楼的使用特点,通过采光模拟手段,分析自然采光的效果与改善自然采光的相关措施,并提出了侧窗反光增强自然采光措施、光导照明系统、地下餐厅自然采光等应用方案。

侧窗采用反光板的自然采光技术应用,使得采光有效进深延长。

当室外照度在80000lux时,光导管下方及附近走道区域照度在300-700lux之间。

3.5 基于建筑遮阳分析的建筑遮阳设计

本项目的建筑朝向的西向、南向及东向都考虑采用建筑一体化的外遮阳措施,并分析不同遮阳形式下,立面的太阳辐射效果。

3.6 基于动态模拟分析的地源热泵设计

本项目设计方案考虑设置地源热泵系统,主要承担地下一层、夹层、一层及二层及阶梯交流空间的冷负荷和热负荷。

地源热泵设计过程中,为了分析地源热泵系统的换热效果是否满足建筑内冷热负荷的要求,对地源热泵系统进行了系统动态模拟分析,并对中长期运行情况下地源热泵的运行效果进行了预测。


4 结语


绿色建筑设计需要对建筑物性能进行更多、更深入的理论计算与模拟分析,建筑三维动态的模拟分析包括建筑室内外的风、光、声、热以及能源的组成及消耗等各个方面。

本项目在设计过程中,通过各个模拟单元的模拟分析计算,以及各模拟分析版块间的耦合计算,为绿色建筑设计提供了相关设计优化建议。

本文主要通过创新科研示范楼的绿色建筑实践案例,分析了如何在绿色建筑设计中利用三维动态模拟分析工具,为绿色建筑的设计提供了更好的量化支撑工具,使得目前的绿色建筑设计做到了精细化设计,并使得各项绿色建筑技术措施的落实更科学、更系统。从而分析确立实施的绿色建筑技术体系,为绿色建筑设计提供依据及优化建议,最大限度的节能、节水、节材和保护环境。