基于BIM模拟分析技术在幕墙方案比选中的应用

2013-10-19 19:53| 发布者: 萧闫子| 查看: 1847| 评论: 0|原作者: 杨晓冬|来自: 上海建科工程咨询有限公司

摘要: 　　摘要：本文以上海地区某项目为例，基于BIM建筑信息模型所承载的信息，运用模拟分析技术，综合考虑当地的气候特点，分析不同玻璃幕墙方案的节能潜力及对室内舒适度的影响，比选方案。　　关键词：BIM；玻璃幕墙 ...

　　摘要：本文以上海地区某项目为例，基于BIM建筑信息模型[1]所承载的信息，运用模拟分析技术，综合考虑当地的气候特点，分析不同玻璃幕墙方案的节能潜力及对室内舒适度的影响，比选方案。
　　关键词：BIM；玻璃幕墙；空调负荷；自然通风。
　　    玻璃幕墙是现代建筑较多采用的外围护结构之一,将建筑围护结构的使用功能与装饰功能巧妙地融为一体,使建筑更具现代感和装饰艺术性。而大面积玻璃幕墙在提供良好采光的同时却又带来了采暖与制冷能耗高的隐患,它是建筑能耗的一个薄弱环节。
　　1．前言
　　       可持续、低碳排建筑本身就是一个气候适应性建筑，从而保证建筑在设计的时候，能够充分利用当地气候的特点，建造一个节能的建筑。为此，在建筑前期策划阶段首先应该了解当地的气候。
　　       天气条件、风向风速、太阳辐射及温度对于半开放中庭的自然通风设计是必不可少的前提条件。其数据分析影响着建筑外形设计，开窗模式设计，室内外舒适性，节能效果等等。
　　       根据上海的气候特点，在前期策划阶段进行可持续、低碳排建筑设计时，应考虑如下因素，以提出切实可行的可持续建筑方案。
　　（1）上海受季风气候的影响，冬季为西北风，夏季为东南风。因此，建筑设计时，冬季应该尽量阻挡来自西北偏北方向的风，而在夏季尽量引导来自东南方向的风。
　　（2）上海的气候冬冷夏热，春秋温度宜人，在设计中应考虑夏季隔热为主，兼顾冬季保温。在春秋季，应充分考虑自然通风。
　　（3）建筑幕墙采用遮阳设施有利于降低夏季热负荷，进而降低全年建筑能耗。
　　2．评估方法
　　2.1主要评估指标
　　       本文针对幕墙方案设计，逐步从以下方面为主要考察参数来评估各类型的贡献：
　　（1）幕墙热工性能；（2）负荷；（3）热舒适；（4）能耗。
　　       由于本项目立面为玻璃幕墙，且典型层外区的形状规则，且前期策划阶段尚未指定不同类型幕墙的透光率，因此假设不同类型的幕墙对外区采光的影响不足以影响到自然光是否可利用，采光不作为本文分析重点。但会从利用自然采光节约空调能耗的角度统一分析典型层自然采光与大楼能耗的影响。
　　2.2评估工具
　　       本文根据实际需要，利用国际权威分析工具作为软件平台，如：
　　（1）eQUEST
　　       eQUEST是以DOE-2为计算内核的模拟能耗分析软件，用于评估本项目的能耗。通过逐时模拟来计算建筑整体能耗与峰值供热/制冷需求，并被美国USGBC LEED认证体系推荐。本报告的计算基准模型采用《公共建筑节能设计标准》（GB50189）。（2）IES；
　　       IES是由英国IES公司开发的集成化建筑模拟软件，其核心思想是通过建立一个三维模型，来进行各种建筑功能分析。IES已经成为英国以至于欧洲市场占最大的生态建筑模拟分析软件，在美国也取得了骄人的业绩。
　　（3）Window
　　    目前国外应用范围较广且比较成熟的门窗热工性能计算软件WINDOW由美国劳伦斯伯克力国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory，简称“LBNL” )开发的Optics、THERM、WINDOW系列软件。依据美国的NFRC系列标准开发,主要针对美国NFRC(美国国家门窗等级评定委员会)门窗节能性能标识。
　　       本文通过分析，评估各幕墙方案对于能耗的影响，因此空调、照明、和小动力参数将采用《公共建筑节能设计标准》（GB50189）建议节能设计参数，仅利用不同幕墙类型分析其对基准暖通、照明系统的能耗影响。利用IES软件进行三维建模，分析各幕墙方案对于供暖，制冷负荷的影响，典型层采光分析，和自然通风潜力分析。基于方案设计中幕墙品牌及光学、热工参数，利用Window数据库已有产品对于幕墙方案的热工、光学性能进行模拟，以进一步分析其对于能耗的影响。
　　2.3分析步骤
　　（1）建立基准
　　       由于本项目方案设计中采用了美国LEED认证体系，和中国绿色建筑标识评价体系，基于ASHRAE90.1-APPENDIX G的基准和基于GB-50189的基准，已被同时使用，其主要参数比较如下表：
　　  表1：围护结构参数对照表
　　
　　