建筑系统环境性能分析在新建住宅项目设计中的应用

贾晓昱

（山西铁道职业技术学院，山西 太原 030013）

0 引言

建筑系统环境性能分析是指建筑系统在其全寿命周期内对外部环境和内部环境的各种影响的综合评估。在进行合理的建筑选址、外部环境设计[1]和确定建筑形体（包括建筑群体间距、体量和朝向的确定）等方面时，考虑建筑系统环境影响因素的作用，如强紫外线辐射、大气悬浮物、酸雨、温室气体、烟雾、固体废弃物、室内空气污染、土壤固结、噪声、光污染、热污染等。这些影响因素概括为冷气负荷、消耗能源、热负荷、风环境、采光计算五大方面。在建筑的前期设计中，建筑师对建筑系统环境性能的五个方面开展最优组合研究，在充分考虑和分析周围环境的基础上进行设计。本文以仿真模拟BISCO软件采集的数据为依托，从冷气负荷、消耗能源、热负荷、风环境、采光计算等五大方面分析龙城金悦府1#楼住宅建筑系统的环境性能。

1 建筑系统环境性能分析的现实意义

进入新时代，人们的物质生活水平持续提高，对居住和生活环境提出更现代化的要求，对美好生活有着美好的憧憬。研究分析建筑系统环境性能，不再是政府决策者们的要求，也是业主们对建筑设计人员提出的新要求。

建筑师在前期进行建筑策划时应用先进的模拟技术，将建筑物的形体设计和物理构造设计紧密地结合在一起，从声、光、电、热、力等不同方面加强建筑为用户服务为宗旨的出发点，建筑师可以更好更方便地提升建筑系统的环境性能。

建筑系统环境性能的研究是基于科学的前期探究和模拟，相关工作人员可以通过建筑系统环境性能仿真系统对建筑物的环境性能进行超前预判，为相关部门领导制定建筑法规和规范和业主决策提供强有力的科学依据，量化的建筑系统数据使决策者们对宏观架构的实施更具有理论指导和现实意义。

2 建筑系统环境性能分析实例

龙城金悦府项目位于太原南部主轴龙城大街核心位置，城市配套完备，也是金悦绿金健康科技住宅的代表作。龙城金悦府项目关注“阳光、温度、湿度、空气、声音、水”六大生命元素，打造出舒温、舒湿、舒氧、舒静、舒净的“五舒”科技住宅。与六大生命元素相对应的科技系统，以绿色、健康、科技的高性能标签，以创新的科技智慧焕新生活新体验。

龙城金悦府1#楼住宅打造为太原市目前“恒温、恒湿、恒氧、恒洁、恒静”的全屋智能五恒系统，让居住环境温润宜人，远离雾霾，呵护健康，开启太原高端健康人居新时代。笔者以仿真模拟BISCO软件采集数据，从冷气负荷、消耗能源、热负荷、风环境、采光计算等五大方面分析该住宅建筑系统的环境性能。

2.1 冷气负荷数据分析

冷气负荷是热工节能设计中的重要指标之一，以龙城金悦府1#楼为例，基于换气设定温度，将自然换气模型化，模拟出试验场地玻璃墙地面屋顶外部过滤和外部通风，区域显热部位。冷气负荷数据见图1所示。由图1可知，曲线出现“波峰”折线变化规律[2]，表明龙城金悦府1#楼建筑在热区间和冷区间内表现正常。

图1 龙城金悦府1#楼冷气负荷数据

2.2 消耗能源模拟数据分析

消耗能源模拟数据根据龙城金悦府1#楼所使用的燃料种类和使用目的计算出能源消耗量，将采集数据输入BISCO软件，模拟出人工制冷、制热装置等人工装置在住宅中1个月内随时间的变化情况。图2显示龙城金悦府1#楼建筑2022年7月15日0∶00～23∶00的夏季设计数据。要查看夏季设计数据的典型范围，需要在BISCO软件中设置日期，通过软件输入如空气温度、辐射温度、工作温度和室外干球温度等参数的相关数据，得出的结论是空气温度随着时间的变化趋势是先下降后爬坡[3]，再到达顶峰后下滑的一条曲线；辐射温度包含了辐射热的热平衡性能变化以评估不同的建筑隔热组件，间接反映了在不同时刻下地表温度、大气温度、辐射热等不同维度的热能指标。

图2 龙城金悦府1#楼 消耗能源模拟数据

为了研究建筑的年温度、热增量和能耗，软件将其分为12个月，观察12个月内的变化趋势。图2中第一张图显示龙城金悦府1#楼房间电力和供暖（天然气）随月份的趋势，波幅曲线是制热系统在冬季的产量变化图和制冷系统在夏季的产量变化图[4]；第二张图显示当月的温度趋势，可以看出运行温度和辐射温度几乎是重叠在一起的波段；第三张图显示热平衡随月份的变化趋势；第四、五张图显示系统温度和触感温度的变化趋势。

2.3 热负荷数据分析

对于热负荷数据，用户可以定义小于1h的时间步长。BISCO软件更加精准地确定了短暂时间内热源变化的规律，这也是该软件性能最为突出的地方，其采用集成同步的负荷—系统—设备的模拟方法，对龙城金悦府1#楼用热平衡法模拟其负荷情况下的热数据、多区域空气流动以及热舒适性和光伏系统的表现，见图3所示。

图3 龙城金悦府1#楼 热负荷数据

使用显示选项中的控件更改变量，如空气温度、辐射温度、工作温度和室外干球温度等基础性指标，可以得出试验场地玻璃墙地面屋顶外部过滤和外部通风，区域显热、门窗热能、墙体热能、天花板热能、地板热能、屋顶热能、区域舒适热度、外界导热性等全方位、多角度的一系列实时数据。这样的热平衡性能变化能更有利地用于评估不同的建筑隔热组件。

2.4 风环境计算

在对龙城金悦府1#楼的BISCO软件风环境测试中，建筑物模型中统合CFD（运用计算机的数值流体力学）的概念，可对建筑物内外的空气流动和温度环境进行10-5至103量级区间的模拟[5]，有效地将内环境与外部风量指标进行有效的交互，提升新风系统的使用效率，从而降低能耗。具体而言，仿真模拟得出的数据更加实时有效地指导全屋空调系统，完善其智能化调节，促进内环境既节能又高效地完成其预定功能。龙城金悦府1#楼风环境数据见图4。

图4 龙城金悦府1#楼 风环境数据

2.5 采光计算和报告

BISCO软件的采光计算量值中，龙城金悦府东边的五幢住宅所形成的采光环境是否利于各住户的居住感受，BISCO软件采用Radiance渲染生成龙城金悦府东边的五幢住宅逼真的采光分析图，依据LEED EQ8.1，BREEAM HW1and Green Star IEQ4 标准出具详细报告（见图5所示）。

图5 龙城金悦府1-5#楼 采光数据

3 结束语

我国正处于各种基础建设的高潮阶段，非常需要开展建筑系统环境性能科学分析。建筑系统环境性能分析是建筑系统可持续发展的一个重要方法，也是在未来分析建筑内环境与功能的一个关键环节，这就要求新时代的建筑师们，要从实际需要出发，把提高建筑系统环境性能放在重要位置。本文结合太原市小店区金悦住宅小区1#楼的建筑实例，用建筑系统环境性能模拟方法，在建筑前期对其建成后的环境进行模拟分析，涉及建筑的冷气负荷、消耗能源、热负荷、风环境的数据和采光计算报告五方面。模拟分析结果展示出龙城金悦府1#楼及相关建筑群的建筑环境性能对于人类生活质量、环境质量的提高都是合规性的。

总的来说，越来越多的建筑师已经认识到建筑系统环境性能分析的意义，通过自身肩负的对环境的责任，正以一种新的视角关注建筑的设计、建造和运行。相信未来，与自然更加融洽的节能型建筑会越来越多。