[發明專利]一種對既有建筑進行節能改造的數值化分析方法

無效

• 申請號: 201010223072.4
• 申請日: 2010-07-09
• 公開（公告）號: CN101901284A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 楊麗;李楊露西;汪闊;蔣集中;熊佳
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海東創專利代理事務所(普通合伙) 31245
• 代理人: 寧芝華

技術領域

本發明涉及一種既有建筑節能改造、數值化模擬分析實驗，即通過數值化分析模擬技術，進行既有建筑內外環境模擬試驗，對既有建筑的能耗進行精確檢測，并確定其能耗源頭，從而對既有建筑的節能改造進行有效的改進和完善的數值化分析方法，屬于土木建筑工程學、計算機科學技術領域。

背景技術

最近環境問題再度引起公眾的高度觀注，“節能減排”的呼聲越來越高。大量沒有任何節能措施的既有建筑，其能耗浪費非常嚴重。由此看出降低既有建筑能耗，加強其節能改造技術的研究對于節能減排、保護生態環境有著舉足輕重的作用。

隨著計算機技術的普及和發展，在建筑節能工程中采用數值化仿真模擬技術極大地促進了節能工作的技術和管理水平的提高，從而推動著建筑節能的不斷進步和發展。數字化仿真模擬技術在建筑節能的應用始于1974年，近幾年，隨著數字化技術逐步成熟，對建筑節能的滲透愈發深入，本方法選用基于有限容積法的專門用于建筑通風分析的CFD(Computational?Fluid?Dynamics)計算流體力學軟件-Fluent?Air-pak對風場進行分析。Air-pak軟件可以準確地模擬通風系統的空氣流動、空氣品質、傳熱、污染和舒適度等問題。Air-pak的使用能夠提高設計手段、減少設計風險、降低成本；然后再運用Ecotect生態建筑大師進行光、熱和聲環境的檢測，Ecotect是一個全面的技術性能分析輔助設計軟件，提供了一種交互式的檢測方法，只要輸入一個簡單的模型，就可以提供數字化的可視圖，隨著設計的深入，分析也越來越詳細。ECOTECT可提供許多即時性檢測，比如改變地面材質，就可以比較房間里聲音的反射、混響時間、房間照度和內部溫度等的變化；加一扇窗戶，立刻就可以看到它所引起的房間熱效應、房間光環境等的變化，甚至可以計算出整棟建筑的節能投資成本。

目前既有建筑的數值分析主要是結合數值風洞的方法，用計算機進行建筑內環境和建筑外環境的模擬計算以觀察建筑周圍風速大小和其流線，但缺點是依賴計算人員的理論基礎及其在具體操作中對各種影響因素的選擇，且無法精確定位建筑可以進行節能改造的能耗點。

發明內容

本發明的目的是運用CFD(Computational?Fluid?Dynamics)計算流體力學軟件計算建筑通風，又運用Ecotect生態建筑大師計算建筑光熱能耗和聲污染，在進行既有建筑節能改造的數字化模擬分析后，兼顧建筑的通風、光環境和聲環境進行改造。

本專利是用來解決模擬既有建筑的節能改造方法，由于傳統的節能改造只是孤立地運用多種節能手段裝配既有建筑，沒有考慮各個節能技術之間出現的矛盾和重復是否會降低既有建筑的節能效率，本專利就是要通過計算機模擬的方法事先對每一個房間進行模擬，然后得出最適合每一個房間需要運用到的節能技術，大大降低了建筑成本。

本方法技術方案是，一種對既有建筑進行節能改造的數值化分析方法，它的主要內容是根據現有建筑在計算機中建造同比例的模型，利用數字化模擬技術進行建筑內外環境的模擬計算，直觀的表示出既有建筑現有的能耗情況，有了這樣的模擬，就可以通過改變不同的節能改造方式，探尋出既有建筑最佳的節能改造方案，從而使既有建筑的節能改造更加完善。

具體的方法步驟為：

1.在模擬前，先要確定模擬對象所在的地理環境中造成最大能耗的因素，如果當地極端氣候下風速流動較快，且建筑能耗主要是源于房間通風不好的情況下，先進行CFD模擬來改善通風，再進行Ecotect生態建筑大師模擬來改善采光。反之如果當地風速較低但由于太陽輻射導致溫度過高或過熱，則先用Ecotect模擬改善建筑節能再進行CFD模擬確定既有建筑的節能方案(如果環境過熱，風速過低，風本身就是熱源，良好的通風反而不利于降低房間溫度)。假設既有建筑在風速較高卻較熱的環境中，則對需要進行節能改造的既有建筑和周邊環境進行建模，在CFD軟件中根據建筑的平立面圖建立起立體的建筑一個層面內的模型(如果由連同幾層的公共空間要一起建)，布置好外部環境參數(至少包括極端氣候中的環境溫度，風向和風速，如果有節能需要還可以增設濕度、風壓等模擬參數)，然后利用Airpak軟件模擬建筑在城市空間中夏季的環境狀況(第一次CFD模擬)；

2.通過前面場景的模擬得出的環境對建筑影響的數據，就可以得出改造建筑中的一個房間層面內的通風情況(房間內風速，風向和風壓的環境參數)和溫度的影響。對于既有建筑的改造要考慮其所處的地理環境，如果是熱帶，要保證良好的通風；寒帶要保證建筑封閉性來較少熱量流失；溫帶建筑兩者都要兼顧。