西安市办公建筑多目标优化设计

为解决性能评价和形态设计脱节、负相关性能目标难以权衡优化的问题,采用整合性能模拟和遗传算法的方法优化西安市办公建筑设计.利用性能模拟实现建筑设计要素和建筑性能的统一,利用遗传算法实现多变量多目标的寻优,为方案决策提供数据支持.办公建筑性能优化设计框架遵循设计、模拟及评价、优化的逻辑搭建.制定应用于建筑形态、表皮和细部的性能优化设计,以朝向、面宽、窗墙比、遮阳方式、百叶宽度、百叶倾角等为变量,采用遗传算法实现以能耗和光性能为目标的建筑形态寻优. 结果表明: 以西安市某办公建筑为例,基于气候特征量化节能策略,被动太阳能得热的利用率最高; 以建筑太阳辐射增益量为目标,形态寻优结果是办公楼南北向长轴布局、长宽比是1.4; 建筑表皮设计以各朝向的窗墙比为变量,南向窗墙比为60%、其他朝向窗墙比是40%时,光热性能均优.进而优化外置遮阳百叶,寻优结果在建筑表皮优化的基础上,将总能耗降低3%、全年光暴露量降低36.5%、空间全天然采光时间百分比没有明显下降.     

窗墙比和体形系数对建筑全年动态负荷的影响

以济南某学校办公建筑为研究对象,运用DeST-c动态负荷模拟软件对该建筑的全年总能耗进行了模拟,研究了窗墙比、体形系数和朝向对全年总能耗的影响;分析了相同朝向和相同窗墙比的条件下体形系数对能耗的影响;阐明了在体形系数一定、朝向一定时建筑全年总能耗随着窗墙比的变化趋势.结果表明:三者中窗墙比对建筑的全年能耗影响最大,并且成正比关系.     

基于PKPM软件模拟分析窗墙比对建筑能耗的影响

以合肥地区某办公楼为研究对象,采用PKPM节能分析软件为该建筑建立了几何模型,进行了赋值计算,模拟出该建筑全年的采暖和空调能耗,研究了窗墙比和朝向对采暖、空调及总能耗的影响规律。结果表明,加大东(西)向、北向窗墙比将同时增加建筑的采暖、空调能耗;加大南向窗墙比将减少采暖能耗,增加空调能耗,导致建筑总能耗呈上升趋势。为保证良好的节能效果,建筑设计时建议南向窗墙比取值低于0.3。     

基于 PK PM 软件模拟分析窗墙比对建筑能耗的影响

以合肥地区某办公楼为研究对象,采用PK PM节能分析软件为该建筑建立了几何模型,进行了赋值计算,模拟出该建筑全年的采暖和空调能耗,研究了窗墙比和朝向对采暖、空调及总能耗的影响规律。结果表明,加大东（西）向、北向窗墙比将同时增加建筑的采暖、空调能耗;加大南向窗墙比将减少采暖能耗,增加空调能耗,导致建筑总能耗呈上升趋势。为保证良好的节能效果,建筑设计时建议南向窗墙比取值低于0．3。     

重庆农村住宅建筑典型外窗采光性能分析

近年来农村住宅建设进入大建设时期,农村住宅在层数、结构以及居民使用时间上与城市住宅有很大不同,现有研究很少针对农村住宅建筑,并且大多关注优化外窗节能设计而忽视改善室内的光环境,尤其是重庆地区等光气候条件很差的地方。构成外窗主要因子有窗墙比、玻璃类型、外遮阳板等,外窗因子影响采光和空调能耗的程度不同,并且采光和空调能耗之间本身就是对立的。采用室内平均采光系数作为评价参数,针对重庆农村地区,采用DesignBuilder软件建立典型农村住宅建筑模型,利用SPSS正交试验方法,得到窗墙比、玻璃类型及遮阳板对自然采光影响效应程度大小顺序:窗墙比>玻璃类型>外遮阳板,并通过采光达标情况判定得到了不同玻璃类型和遮阳情况的最小窗墙比。     

窗户对建筑能耗的影响研究

窗户是建筑不可缺少的重要组成部分,也是建筑能耗的最大因素.利用TRNSYS软件对建筑能耗进行模拟计算,分析了窗户的有关特性参数如透光率、窗墙比、窗台高和窗户朝向等对采暖和空调能耗的影响,验证了建筑东西向长、南北向短的节能特性.     

东北严寒地区农村住宅热环境优化设计

为提高东北严寒地区农村住宅室内热舒适水平,并降低采暖能耗,通过实地测试、软件模拟对其重要影响因素进行了量化分析,并建立了采暖能耗预测模型.采用BES-01型温度采集记录器、De ST-h软件研究了体形系数、窗墙面积比、围护结构传热系数、朝向、吸收系数、热惰性、附加阳光间、冰雪覆盖层等10项因素对农村住宅热环境的影响.实验结果表明:东北严寒地区农村住宅体形系数、窗墙面积比、围护结构传热系数与采暖能耗正相关,正南及南偏东为最佳朝向,吸收系数与采暖能耗负相关,附加阳光间能够有效改善室内热环境,冰雪覆盖层能够起到屋面保温作用,采暖能耗预测模型能够为农村居民建造节能住宅提供设计依据,研究能够引导并提升东北严寒地区农村住宅的节能设计水平.     

鲁东地区既有农宅围护结构节能改造研究

鲁东地区既有农宅冬季采暖能耗大,能源利用率低.为提升既有农宅节能效率,利用DesignBuilder软件建立计算模型,确定影响建筑能耗因素与最佳节能方案.选取典型外墙结构屋顶结构、外窗类型、不同朝向窗墙比进行能耗模拟计算,运用单因素对比和正交实验方法,研究其对建筑能耗的影响趋势及显著性程度,结合经济性分析制定改造方案,为提高鲁东地区农村民居建筑节能改造提供技术参考.     

《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中窗墙面积比的确定

根据夏热冬冷地区不同朝向太阳辐射的变化规律,分析了建筑开窗受太阳辐射的热过程影响,并通过计算分析和对照节能建筑的试点工程的实测分析,提出了夏热冬冷地区节能建筑的窗墙面积比的设计依据。     

建筑幕墙门窗的节能及其经济分析

计算大窗墙比的建筑冷负荷,分析冷负荷形成特点、空调能耗状况和系统的经济性;讨论了幕墙门窗面积、朝向和玻璃材料对冷负荷的影响;对幕墙门窗选用6种不同玻璃材料时形成的夏季冷负荷进行计算,在分析节能效果和经济效益的基础上,确定较为合理的玻璃材料.     

寒冷地区建筑负荷对围护结构热工参数的敏感性分析

为研究建筑围护结构属性对同一热工分区不同城市节能建筑负荷影响的敏感性,以同属于寒冷地区的兰州和郑州为研究目标所在城市,在节能65％的前提下将4种外墙、3种外窗和4种窗墙比进行组合得到了48个可能的办公建筑围护结构计算房间。分别计算了这些房间的冷负荷、热负荷和全年总负荷并分析了各热工参数对负荷的影响。通过与基准房间负荷对比,获得了具有不同热工性能的计算房间的节能率及最优的办公建筑围护结构。     

办公建筑用电设备末端节能控制系统设计

随着建筑面积不断增加,人们对室内环境要求日益增强,建筑用电能耗也随之增加.办公建筑中设备末端节能控制设计是减少用电能耗浪费的重要途径和内容.系统结合办公特点、实际需求和室内动态环境,将室内温度、光照度、室内有无人员存在作为主要控制参数,结合办公作息时间表并考虑加班等特殊影响因素,对室内照明、办公插座以及空调等用电设备进行了节能控制设计;同时,系统设置通讯接口,实现数据外传功能,进而对接能耗监测平台.结果表明：在满足办公人员对舒适度要求的前提下,能最大限度的提高建筑用电能效比具有一定的社会和环境效益,开发前景较好.     

城市住区热环境可控影响因素定量分析

以杭州城西52个不同类型住区为例,基于杭州夏季Landsat5 TM 数据和遥感图像解译方法提取了不同住区的地表温度、植被指数和反照率,同时结合目视解译和现场调查,分别计算了不同住区的建筑密度、容积率、平均建筑高度等建设指标.采用线性相关与多元回归分析方法分析城市地表温度与植被指数、地表反照率、容积率、建筑密度等指标之间的定量关系.结果表明：城市热环境与其人为可控影响因素的相关性大小依次为：植被指数>地表反照率>建筑密度>建筑高度>容积率;加强城市住区绿化建设、采用高反照率材料是改善住区热环境的有效手段;适度减少建筑密度和提高容积率可以缓解城市紧凑发展与城市热环境恶化之间的矛盾.     

鄞州商会大厦标准层层高研究与分析

建筑层高不仅决定工程的建安造价,同时决定了能源消耗。国内大多高层全中央空调办公建筑设计层高为4．0m左右。通过实际工程介绍,得出在确保建筑空间舒适性前提下,可以通过合理的设计、各专业密切的配合、采取合理的技术措施,在3．5m层高下,吊顶后建筑净高能够达到2．7m,既节约造价又降低能耗。     

Development and Application of Decision Support Model for the Performance Optimization of Office Buildings Based on Grasshopper

基于Grasshopper的办公楼性能优化决策支持模型的开发与应用

任惠¹,王守龙²

（1. 哈尔滨工业大学 建筑学院,哈尔滨 150001;

2.滨州大学 化学工程与安全系,山东 滨州 256600）

摘要：随着办公建筑面积的增加,办公建筑能耗不断增长。高性能建筑设计有助于节能和绿色建筑的发展。然而,目前高性能建筑设计工具缺乏,工作流程耗时。建筑性能仿真、多目标优化及决策支持模型是高性能建筑设计的新途径。本文提出了一种新的决策支持模型——高性能建筑设计决策模型（HPBuildingDSM）,该模型整合了建筑性能仿真、建筑性能多目标优化等技术,将建筑性能采样与参设计参量敏感性分析进行结合,以设计高性能办公楼。本研究以高性能建筑设计决策模型（HPBuildingDSM）为工具,通过实践案例进行低能耗、高质量的办公建筑设计。

创新点说明：

1）本研究通过Python编程法以及HUMAN UI、LADYBUG&HONEYBEE等插件将建筑性能模拟技术、设计参量敏感性分析技术及建筑性能多目标优化技术整合到Grashopper平台中以实现高性能建筑设计决策模型（HPBuildingDSM）的构建;

2）基于建筑性能模拟技术、建筑设计参量敏感性分析及建筑性能多目标优化等性能优化技术,设计出高性能建筑设计流程,并以此为基础构建高性能建筑设计决策模型（HPBuildingDSM）;

3）研究应用Python编程技术将Gradient Boosting算法置入Grasshopper电池块中以构建建筑设计参量敏感性分析模块,使得建筑性能模拟结果可直接输入至该模块实现建筑设计参量的敏感性分析以获得各种设计参量对建筑性能的敏感度;

4）基于设计所得的高性能建筑设计决策模型（HPBuildingDSM）,对哈尔滨某办公建筑进行建筑性能优化,依托构建的高性能建筑设计决策模型（HPBuildingDSM）进行建筑性能优化设计,基于优化模型所得的性能优化方案较前人研究的性能优化方案性能得到有效提升,可验证研究构建的高性能建筑设计决策模型（HPBuildingDSM）具有较理想应用效果。

关键词：决策支持模型;建筑性能仿真;建筑性能优化;灵敏度分析;高性能建筑设计决策模型（HPBuildingDSM）

     

Research on Two Types of Buffer Zone Impact on Surrounding Office Space Environment in Winter in Cold Climate Zone—a Fieldwork in Architectural Design Institute Building of Tsinghua University, Beijing

Building buffer zone space is not only one of essential approaches for better mental quality of interior building space, but also an important factor that may influence interior thermal comfort and energy consumption. This study aims to analyze regulative advantages of buffer zone to the surrounding functional spaces. Based on a fieldwork test in a typical office building in cold climate zone in Beijing, China, the monitor data show interior physical performance in the Winter. The research selects two types of different buffer zones in the same building. One is a south？faced greenhouse which has large dimension with plenty of vegetation, and the other is a simple atrium in the middle of five floor building with mount of skylights. The factors and their influence to surrounding functional spaces and the whole building are found out from the comparisons of collected data by floor to floor monitor test on both buffer zones at the same time. The comparisons of two types of buffer zones conclude that the greenhouse is more effective to air quality regulation but not so clearly well？performed to thermal buffering as expected due to the dominate active central heating in the Winter. This fieldwork test results for building performance can be helpful for both architects and engineers in the early phase of sustainable design.     

北方地区被动式办公建筑能耗分析研究

以寒冷地区某一具体被动式办公建筑为原型,应用e QUEST能耗计算软件分别按照工程实际和我国公共建筑节能设计标准建立模型,选取我国北方地区10个城市为研究对象,对比被动式办公建筑在北方地区相对于我国《公共建筑节能设计标准》设计的标准建筑的空调能耗情况。结果表明:按照德国被动式办公建筑参数设计的办公建筑夏季制冷能耗基本与常规节能建筑持平,而冬季采暖能耗有大幅度下降;就空调综合能耗来看,太原地区空调综合能耗节能潜力最大,空调综合能耗比常规节能建筑降低54.16%;哈尔滨地区最低,但也比常规节能建筑能耗减少了34.06%。     

建筑物空调节能与建筑设计的研究

作者在参加制定“旅游旅馆设计节能标准”的工作中,对位于北京、上海、广州三城市的六座著名的旅馆(饭店、宾馆)进行了建筑热工特性研究和全年空调(采暖)能耗动态模拟。本文侧重分析建筑设计和热工特性(包括建筑方位、建筑平面、墙体构造、外窗面积及构造等建筑形态)对空调负荷及空调(采暖)能耗的影响。为了减少空调冷、热负荷及建筑能耗,作者对空调建筑物的建筑设计提出了几点看法和建议。