節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用的探討

蔣思成

(鹽城市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司， 江蘇 鹽城 224000)

節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用的探討

蔣思成

(鹽城市建筑設(shè)計(jì)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(fā)的熱量在建筑物能耗中占比很高，所以對于建筑的節(jié)能來說，圍護(hù)結(jié)構(gòu)有著非常重要的作用，所以建筑物能否擁有較好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定著它的能耗能否降低。本位圍繞節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用進(jìn)行了研究，分析探討了技能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及虛擬仿真的實(shí)現(xiàn)方法。具體分析了其方法的可行性以及意義。

節(jié)能建筑；圍護(hù)設(shè)計(jì)；仿真應(yīng)用

建筑是我們生活、生產(chǎn)、學(xué)習(xí)等等活動(dòng)的必要環(huán)境，在人們的生存發(fā)展中有著重要的作用，但是現(xiàn)在我國的建筑在其實(shí)際運(yùn)行過程中，會(huì)有大量的能量進(jìn)行消耗，例如取暖、照明、空調(diào)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(shù)都通過不同的渠道浪費(fèi)。隨著我國國民生活質(zhì)量的不斷提高，我國建筑能耗也在逐年增長。所以節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)迫在眉睫。

1 節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用的重要性

節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用是指在建筑物的設(shè)計(jì)過程中，實(shí)施建筑節(jié)能的政策，使用節(jié)能的技術(shù)以及材料等等對建筑進(jìn)行維護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而提高建筑的保溫性能，增強(qiáng)氣密性，降低建筑能源的消耗和浪費(fèi)。隨著國民經(jīng)濟(jì)以及國民生活質(zhì)量的提升，人們對于建筑物的舒適度要求也逐漸提高，同時(shí)能源作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，控制好建筑物的能源消耗對于我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著巨大的推動(dòng)作用，良好的技能設(shè)計(jì)，能夠大幅的減少能源消耗，同時(shí)為我國的環(huán)境發(fā)展提供幫助。隨著節(jié)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用是節(jié)能產(chǎn)業(yè)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(dá)到節(jié)能減排的標(biāo)準(zhǔn)。

2 節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用的現(xiàn)狀

在國外一些國家經(jīng)歷了世界能源危機(jī)之后，他們開始重視起了建筑的節(jié)能工作，開發(fā)并制訂了關(guān)于節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，并且不斷的進(jìn)行節(jié)能新型材料以及節(jié)能新技術(shù)的開發(fā)工作，并在節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用方面取得了顯著的成就。他們通過使用相關(guān)的分析模擬軟件對建筑物進(jìn)行模擬和分析，尤其是在美國，該仿真應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，其研發(fā)的建筑節(jié)能分析軟件已經(jīng)獲得許多國家的認(rèn)可，該軟件能夠較為詳細(xì)的分析建筑的能耗實(shí)況，也能夠處理較為復(fù)雜的建筑物。但是該軟件的操作較為復(fù)雜，操作者必須經(jīng)過專門的培訓(xùn)，對操作者的要求較高。

而在我國節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用的研究自從上世紀(jì)八十年代以來一直是國內(nèi)各個(gè)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)重點(diǎn)的研究工作。但是我國的節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用的現(xiàn)狀不能夠令人滿意。我國部分地區(qū)屬于非采暖地區(qū)，該地區(qū)建筑的門窗墻體等等并沒有進(jìn)行隔熱性的改善，能量的浪費(fèi)依舊很嚴(yán)重，而且我國能耗仿真應(yīng)用的研究起步較晚，近幾年才逐漸獲得重視。同時(shí)我國模擬軟件的推廣工作也不盡人意，很多設(shè)計(jì)人員因?yàn)檐浖氖褂美щy從而放棄該軟件。國內(nèi)的模擬仿真應(yīng)用軟件往往存在著準(zhǔn)確性、易用性較低的缺陷，從而打消了設(shè)計(jì)人員對于模擬仿真應(yīng)用軟件的使用熱情，導(dǎo)致很難發(fā)揮模擬仿真軟件該有的作用。

3 節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用的研究

3.1 節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱

3.1.1 傳熱過程

在建筑的實(shí)際使用過程中，建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)每時(shí)每刻都在接受著外界的熱作用的影響。例如在夏季時(shí)，室內(nèi)的溫度低于室外，室外的熱量就會(huì)傳導(dǎo)至室內(nèi)；而冬天室內(nèi)溫度高于室外，室內(nèi)的熱量就會(huì)傳導(dǎo)到室外。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程分為：表面吸熱、結(jié)構(gòu)傳熱、表面散熱三個(gè)過程。

3.1.2 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱研究

在實(shí)際的工程當(dāng)中，熱傳導(dǎo)是非常復(fù)雜的，并具有不穩(wěn)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(huì)隨著天氣的變化而變化。掌握外界因素隨時(shí)間變化的規(guī)律是研究非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的方法。其方法可以分為：數(shù)值法、解析法、實(shí)驗(yàn)法三種。

3.1.2 .1數(shù)值法

引入溫度離散化的概念，舍棄導(dǎo)熱的微分方程，取而代之的是采用代數(shù)方程計(jì)算，用計(jì)算取代推導(dǎo)，其最總結(jié)果是離散的溫度值，并非函數(shù)公式。導(dǎo)熱問題的主要數(shù)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(shù)學(xué)的解析法去解由導(dǎo)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(gòu)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(shù)法、分離變量法、保角變換法等等多中方法組成。

3.1.2 .3實(shí)驗(yàn)法

實(shí)驗(yàn)法是指模型實(shí)驗(yàn)解法和模擬解法。不同性質(zhì)的物理過程，但是他們的數(shù)學(xué)表達(dá)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(fā)雜的問題。

3.2 虛擬仿真實(shí)現(xiàn)方法

3.2.1 仿真應(yīng)用的概述

虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用是指通過計(jì)算機(jī)以及多種設(shè)備，并使用系統(tǒng)的模型，以多種系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)，對目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的實(shí)驗(yàn)。仿真技術(shù)的表現(xiàn)方法有很多，例如：數(shù)值仿真、多媒體仿真等等，數(shù)值仿真中適當(dāng)?shù)脑黾游谋?、圖形等等，能夠時(shí)效果更為直觀，更加便于理解。并在其基礎(chǔ)之上增加相關(guān)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(shù)有著很多的特點(diǎn)，例如：直接實(shí)驗(yàn)往往會(huì)資金什么昂貴，而該仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠大幅度的降低實(shí)驗(yàn)成本，即體現(xiàn)了虛擬仿真技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性；實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中，往往會(huì)有很多復(fù)雜的外界因素影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫谋苊馔饨缫蛩氐挠绊?，從而對系統(tǒng)有效的分析，即虛擬仿真技術(shù)的隔離性；實(shí)際的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)可能會(huì)存在的較高的風(fēng)險(xiǎn)，而使用仿真技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行У南ｋU(xiǎn)因素，即虛擬仿真技術(shù)的安全性。

3.2.2 仿真技術(shù)的應(yīng)用

建筑的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真是仿真技術(shù)在技能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要應(yīng)用。建筑師可以通過虛擬仿真技術(shù)，使自己置身于虛擬的設(shè)計(jì)環(huán)境中，優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)的空間性，增加其交互性和靈活性，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)感。同時(shí)仿真技術(shù)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(shí)節(jié)能建筑的理念。虛擬仿真技術(shù)還能夠在節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起到能耗模擬的作用，因?yàn)榻ㄖ锏南到y(tǒng)過于復(fù)雜，能夠影響能耗的因素非常多，例如地理環(huán)境、建筑材料、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、使用設(shè)備等等，各個(gè)因素復(fù)雜多變而又相互關(guān)聯(lián)。通過計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)模擬并進(jìn)行計(jì)算，能夠?qū)ㄖ哪芎淖龀龀醪降脑u估，通過能耗模擬可以將設(shè)計(jì)改變的更加節(jié)能。充分的利用能耗模擬，能夠大幅的縮短設(shè)計(jì)周期，并有效的提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

4 結(jié)語

圍護(hù)結(jié)構(gòu)和仿真技術(shù)在節(jié)能建筑中有著不可或缺的地位，本文結(jié)合當(dāng)今國內(nèi)外的節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用的實(shí)際情況進(jìn)行分析，主要講述了圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及仿真技術(shù)的簡要概括和具體應(yīng)用。在企業(yè)的建筑建設(shè)過程中，更多的加入節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)的應(yīng)用，能夠簡易、快速的完成建筑的設(shè)計(jì)工作，并且能夠充分保證設(shè)計(jì)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(jié)能建筑理念，實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能減排。

[1]李霞.基于節(jié)能仿真分析的廣州市住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型研究[D].華中科技大學(xué).2014

[2]張艷梅.建筑節(jié)能技術(shù)在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].門窗.2013(10) ：47-48

[3]王烈鋒.節(jié)能技術(shù)在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].綠色環(huán)保建材.2016 (2) ：95-96

[4]劉英哲.節(jié)能技術(shù)在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].建筑知識：學(xué)術(shù)刊.2013 (5) ：154

[5]包玉鵬.節(jié)能技術(shù)在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用芻議[J].城市建筑.2013(22) ：116

[6]田真.全過程建筑節(jié)能設(shè)計(jì)：建筑能源輔助設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[J].國際綠色建筑與建筑節(jié)能大會(huì).2012

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