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【随着绿色建筑的逐步推进和计算机软硬件技术的发展，计算机仿真分析技术在建筑设计中发挥了越来越大的作用，今天OSP君和你快速分享建筑性能设计方法的作用和意义。】
1 建筑性能设计方法的概念 其实建筑性能设计方法在建筑设计领域的应用最早出现在结构设计方面，如建筑抗震性能化设计，该设计方法立足于承载力和变形能力的综合考虑，具有很强的针对性和灵活性，针对具体工程项目可以对整个结构，也可以对某些部位或关键构件，灵活运用各种措施达到预期的性能目标——着重提高抗震安全性或满足使用功能的专门要求。 与传统的建筑设计方法不同，建筑性能设计方法更加注重气候、环境等因素的引导设计、定性设计方法的定量化、定量设计方法的可视化，同时更加注重集成技术的最优化设计。目前并没有关于建筑性能设计方法的具体定义，根据建筑性能设计方法的特点可以简单定义如下：建筑性能设计方法是基于建筑物理、建筑传热学、流体力学等建筑工程学原理，以不同地区气象数据、地理环境为边界条件，以室内外舒适度/能耗/安全等具体指标为目标，推导各种设计措施的建筑设计方法。 1.1 气候、环境等因素的引导设计 传统建筑的建造在适应气候、环境等方面有很多的实践并形成了一些值得我们借鉴的经验。在当今的建筑设计中，这些方法都或多或少地消失了，因为这些经验的传承大都同通过感知转达。当代建筑设计中建筑师多数把利用或者抵御气候的问题转移给了设备工程者，气候等因素所能体现的内容只是一些技术标准和技术措施。绿色建筑则要求建筑师在设计建筑之前就应该了解当地的气象地理特征，从而指导如何进行体型、窗口设计等。如下图，就是在建筑设计之前，充分了解当地可以利用自然通风满足室内舒适性的月份，从而指导以何时的气候条文作为边界条件指导自然通风设计。 图1 自然通风的逐月潜力分析 1.2 定性设计方法的定量化 传统的建筑设计方法对于某些技术的效果表达很难用定量方法量化，如自然通风效果等。如下图，通过结合计算机模拟技术的自然通风性能设计，可以定量的表达房间开窗设计在自然通风情况下小于0.3m/s区域的面积比，通过定量化的评价可以为开窗开门大小、位置提出改进建议。 图2 某住宅的自然通风性能化设计 1.3 定量设计方法的可视化 传统的建筑设计方法对于某些技术的设计，通常使用经验公式或某些简化的图表进行计算，如自然采光、空调风口的设计、噪声、空调处理过程等。但这种定量设计方法缺乏可视性和形象化，对于计算结果的验证也只能通过经验或者计算书的检查来实现，对于某些非专业的业主或者使用者就很难表达清楚。建筑性能设计方法就可以通过一些计算机仿真技术将传统的定量设计方法进行可视化。如下图，为某大空间建筑的气流组织分析图，通过经验公式计算初步确定了风口布置方式（10个送风口和5个排风口，送风口风速3m/s，排风口风速为2m/s），可视化的结果表明送风可达到池厅区域，排风口的设计不会形成短路现象且空气流动均匀性较好大部分区域满足小于0.2m/s、大于0.05 m/s的要求。 图3 某大空间建筑的气流组织性能化设计 1.4 集成技术的最优化设计 自从2005年公共建筑节能设计标准发布以来，我国就非常重视建筑节能的工作，可以说绿色建筑的核心也是建筑节能，建筑性能设计方法在能源方面就体现了与绿色建筑相适应的特点，可以分析不同节能技术集成的综合效果，可以展示建筑的能耗特征，促进建筑节能技术措施的优化。如下图，该项目预测出建筑未来逐月以及主要用能设备能源的能源消耗情况，通过进一步调整围护结构保温、遮阳、照明节能以及高效制冷机等空调设备节能措施，从而将节能率从50%提高至60%。 图4 某机场建筑的能源消耗性能化设计 2 建筑性能设计方法的内容 建筑性能设计方法最早起源于性能化评价方法，随着计算机软硬件的发展，如结构分析、建筑能耗分析软件、CFD仿真分析软件、采光、噪声分析软件得到了长足的发展，并开始大量应用于建筑领域，其中比较流行的软件，如Fluent、DOE、Ecotect、Airpark、Pkpm、Ansys等。但在绿色建筑发展之前，计算机仿真分析计算多用于建筑设计方法的验证评价和可视化，如围护结构的综合节能性、空调气流组织的均匀性和分布特征等。 图5 建筑行业计算机仿真模拟软件 随着绿色建筑的发展，设计人员更加重视计算机仿真技术的优点，如何借助计算机仿真技术来实现可视化可量化绿色建筑的设计成为建筑设计人员关注的问题，即更加关注两者的结合和互动。可以说这种趋势渗透入建筑设计的各个阶段，在绿色建筑的应用范围主要包括建筑风、声、光、热环境性能、设备系统性能等。 2.1 风环境性能设计优化 通过仿真模拟分析，可以定量分析方案风环境的优劣，对不同方案形成的风环境进行预测评价，为其比选提供直观的量化数据与依据。将性能模拟分析与规划、设计手法相结合，形成建筑围合阻隔、退台消解、错位缓冲等多种防风设计手法，以降低设计区域冬季人行区风速。如下图所示，经性能化分析与退台消解设计，增加6m高的裙房形成建筑剖面上的退台，可消减下行风力，其前道路风速可以减小60%。再如建筑平面经错位缓冲设计后，其前道路上的风速降低了38%。 图6 建筑与道路退台 图7 平面错位设计 除了室外风环境，也可以利用性能模拟得到建筑物表面风压分布、室内通风换气次数、通风均匀度等建筑物理参数，分析室内的自然通风水平，并通过建筑体形通风强化设计、室内布局优化、门窗导风设计等措施提升室内自然通风均匀度与换气次数，为室内营造良好舒适的风环境，并减少空调使用时间，利于建筑的节能。 图8 性能分析后对室内布局的微调 2.2 声环境性能设计优化 为了有效的开展环境噪声控制及治理工作，需要将声源对环境的影响进行准确的预测，而且在采取噪声防制措施后也需要估计其所能达到效果。单独的点、线、面声源对接收点的影响估算较为简单，但实际项目中往往遇到的是复杂的交通噪声，以及有时也会有大型工业企业噪声（如电厂、水泥厂、化工厂、钢铁厂等多声源噪声），噪声预测工作很难通过人工计算得到准确的结果。运用性能模拟分析，可以通过对项目周边的交通环境与其他条件进行设定，从而计算分析得到较为准确的噪声影响预测结果。如图10为考虑了当地地形、植被及交通流量等条件下模拟得到的白天噪声分布预测图，如图11为立面窗口上的噪声值分布，为声环境的设计提供了依据。同时结合性能分析，利用建筑位置、体形及布局的调整设计及隔声屏障等防噪措施设计，进行实时的方案调整，模拟其实施后所能达到的效果，综合考虑其他环境与性能的设计因素，推敲其合理性及可行性，直至各方面都达到综合最优。 图10 某项目周边近地面昼间噪声分布和分层立面窗口噪声值 2.3 光环境性能设计优化 通过仿真模拟分析，可以定量分析室内光环境的质量，如采光系数、采光均匀度、眩光指数等参数，并可以可视化室内采光环境视觉效果，将性能评估结果与设计优化手段相结合，形成开窗洞口、空间布局、隔断形式、建筑边庭、中庭、天窗、顶部下沉空间、光导、光纤、玻璃材料透光性能、反光板、采光井等措施来强化室内自然采光效果。 如下图所示，经中庭取消四层顶部天棚设计与性能化分析，极大地改善了4层以下空间中庭区域的自然采光，改善效果平均提高80%。 图11 某项目取消四层顶部天棚的采光性能优化设计 2.4 热环境性能设计优化 热环境的设计涉及建筑和暖通两大专业，其中建筑专业主要措施为被动方式如自然通风、保温隔热、建筑遮阳等，而暖通专业主要措施为主动方式如机械通风、混合通风、空调、采暖等。热环境舒适性的评价指标包括温度、湿度、太阳辐射强度、风速等因子。暖通空调行业是最早接受绿色节能理念熏陶的专业领域，中国绿色建筑的发展很大程度得益于暖通空调行业人员的引导和推动，在改善热环境性能设计方面，如下图所示，通过增设增加立柱侧送风，风速4.28m/s ，温度13℃，室内温度将超过29度的区域由50%降至30%，大大改善了室内热舒适性。
2.5 设备系统性能设计优化 《绿色建筑评价标准》极大地推动了新能源的发展，尤其是太阳能光热、地源热泵和太阳能光伏发电系统，而用能设备系统包括常规空调系统，给排水系统的主要节能措施包括高效的节能设备、余热回收利用、系统运行策略、系统匹配等。通过仿真模拟分析，可以定量分析系统能耗、效率、主要运行参数（包括温度、流量、压力等），从而优化设计系统的设备配置，系统运行策略等内容，如下图所示，通过太阳能热水系统仿真分析，确定了太阳能集热器的面积和集热效率，系统形式（分高低区以及储热供热水箱分离），系统运行策略（优先低区，水温控制等）。
让每一次都是一次充电...... |
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