基于氣候數(shù)據(jù)的綠色建筑設(shè)計

基于氣候數(shù)據(jù)的綠色建筑設(shè)計

目前，生態(tài)建筑是21世紀(jì)建筑的主要趨勢。要實現(xiàn)綠色、節(jié)能、生態(tài),建筑設(shè)計需要對于其重要的影響因素——氣候,加以詳細(xì)系統(tǒng)地分析。如果在建筑設(shè)計的最初階段,能系統(tǒng)地分析場地當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件,為綠色建筑設(shè)計提供有利的依據(jù),更有效地降低建筑能耗。一系列的商業(yè)軟件應(yīng)運而生,其中有效的可視化的逐時氣象數(shù)據(jù)分析和轉(zhuǎn)換軟件——WeatherTool。1ect和ect簡介WeatherTool是AutodeskAnalysisEcotect生態(tài)建筑大師軟件中的子軟件。Ecotect是當(dāng)今市場上最全面、最具創(chuàng)新的建筑生態(tài)與環(huán)境模擬分析的一款軟件,專為建筑設(shè)計人員提供的強(qiáng)大的分析和模擬工具,借助它可以實現(xiàn)更高的能源效率以及可持續(xù)設(shè)計。Ecotect是一款商業(yè)軟件,可以免費使用。它提供了專用的氣象策略分析和日照分析工具軟件:WeatherTool和SolarTool,同時提供中國270個氣象站的氣象數(shù)據(jù)文件。2被動式設(shè)計手段對熱舒適區(qū)域的影響在建筑設(shè)計的最初,通過使用WeatherTool分析氣象數(shù)據(jù),可以直觀的認(rèn)識建筑基地所處地區(qū)的氣象資料:通過焓濕圖可以了解當(dāng)?shù)氐臒崾孢m性區(qū)域;通過焓濕圖策略分析提供各種基本被動式設(shè)計手段對熱舒適的影響分析;通過太陽輻射分析可以分析對比各個朝向立面上全年的太陽輻射情況;通過太陽輻射分析還可以根據(jù)全年中過熱期和欠熱區(qū)的太陽輻射得熱量計算本地的相對最佳建筑朝向,這功能特別適合于建筑平面設(shè)計和規(guī)劃設(shè)計。3數(shù)據(jù)分析菜單黨建課WeatherTool漢化版界面介紹,左邊從上到下依次為:地理位置數(shù)據(jù)(locationdata)、日軌分析(solarposition)、焓濕圖分析(psychrometry)、風(fēng)分析(windanalysis)、逐時數(shù)據(jù)分析(hourlydata)、逐周數(shù)據(jù)分析(weeklydata)、逐月數(shù)據(jù)分析(monthlydata)。菜單欄中從左到右是:文件、窗口、選項。本例中使用的是漢中的氣象數(shù)據(jù),如圖1所示。4結(jié)果導(dǎo)入的種類打開WeatherTool軟件,將270個氣象站的氣象數(shù)據(jù)文件中的漢中氣象數(shù)據(jù)導(dǎo)入,各種結(jié)果自動生成,逐一看每種分析結(jié)果對綠色建筑設(shè)計的影響。4.1最佳向向的確定圖2太陽輻射(SolarRadiation)通過標(biāo)尺按鈕調(diào)節(jié)方向,紅色熱區(qū)域是過熱的時間段,藍(lán)色區(qū)域代表過冷時間段,粗黃線代表該方向太陽直射的平均值。圖3最佳朝向分析圖(BestOrientation),很明晰地能看出建筑的那個朝向適合利用太陽能。圖中黃色部分表示最佳位置,藍(lán)色圈表示最冷三個月各個方向太陽輻射量。紅色圈表示最熱三個月各個方向太陽輻射量。綠色圈表示全年各方向平均輻射量。紅色箭頭表示最熱三個月最大輻射量的方向。藍(lán)色箭頭表示最冷三個月最大輻射量的方向。綠色箭頭表示全年平均輻射量最大的方向。由這兩個圖可以看出:圖2紅色區(qū)域是漢中地區(qū)最熱月份6、7、8月,藍(lán)色區(qū)域是當(dāng)?shù)刈罾湓路?2、1、2月,粗黃線在1500kwh/m2上下波動表示:漢中地區(qū)的一年平均太陽輻射量較小,該地區(qū)不屬于太陽能富足區(qū)域。建筑設(shè)計中的有關(guān)太陽能的主動式、被動式的設(shè)計及構(gòu)件應(yīng)相應(yīng)減少。圖3當(dāng)?shù)氐淖罴殉驗檎掀?°,最佳朝向范圍為正南偏西或偏東15°范圍內(nèi)。建筑設(shè)計初期,如有條件應(yīng)按最佳朝向范圍建造,這樣建筑的采光和日照能達(dá)到最佳效果。這樣的分析結(jié)果對于建筑的平面設(shè)計有很大幫助。4.2不同被動措施對比焓濕圖(PsychrometricChart)是氣象分析的重要手段和形式。在焓濕圖中的舒適區(qū)域是由空氣溫度、相對濕度、氣流速度、和周圍的環(huán)境輻射溫度決定的,所以這些參數(shù)的組合在焓濕圖形成舒適區(qū)域。黃色區(qū)域表示熱舒適區(qū)域,藍(lán)色的深淺表示逐日頻率,時間范圍包括:全年、春、夏、秋、冬四季、還有1～12月,可以自選。圖4逐月數(shù)據(jù)焓濕圖所選時間為全年。圖4黃色的熱舒適區(qū)域很小表示:一年中漢中地區(qū)在舒適范圍內(nèi)的天數(shù)并不多,建筑的室內(nèi)熱舒適性極差,改善潛力很大。圖5各種措施在焓濕圖的表現(xiàn)所示:在漢中的氣候條件下,采用了六種被動措施后,舒適區(qū)域的范圍大大擴(kuò)展。圖5中六種不同色的線框為采用六種被動技術(shù)后的舒適區(qū)域,紅色為被動太陽能供熱、藍(lán)色為高熱容材料、暗紅色為夜間通風(fēng)、粉紅色為自然通風(fēng)、紫色為直接蒸發(fā)降溫、綠色為間接蒸發(fā)降溫。各種顏色的線框大小表示采用各種技術(shù)手段后的舒適區(qū)域大小。此軟件在選擇六種被動技術(shù)后,對于將來依此依據(jù)建造的建筑及其舒適度進(jìn)行的預(yù)測和模擬,并有量化表達(dá)(圖5和圖6)。有太陽能供熱和圍護(hù)結(jié)構(gòu)為高熱容材料可以使得建筑冬季保溫效果更好,夜間通風(fēng)、自然通風(fēng)、蒸發(fā)降溫等使得夏季炎熱潮濕的狀況得以改善,所以采用種種被動措施后建筑物的舒適度提高很多。圖6各種被動措施分析圖:從上到下,從左到右依次是:增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱能力、夜間通風(fēng)、被動式太陽能、自然通風(fēng)、直接蒸發(fā)降溫、間接蒸發(fā)降溫等措施對建筑熱舒適度的影響。黃色欄表示沒有采用相關(guān)技術(shù)的熱舒適度百分比,紅色是采用相關(guān)技術(shù)的熱舒適度百分比。效果相對明顯,適用于當(dāng)?shù)貧夂虻氖?增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱能力、夜間通風(fēng)、自然通風(fēng)、間接蒸發(fā)降溫等措施。結(jié)合圖5、6可以看出:圖5中紅色區(qū)域很小,其它顏色線框較大,說明被動式太陽能技術(shù)作用很小,其它技術(shù)措施效果較好,熱舒適度區(qū)域大;相應(yīng)的圖6中太陽能技術(shù)效果這一欄中百分比都低,其它技術(shù)的百分比較高,技術(shù)效果明顯。這是符合實際情況的,漢中地處陜西南部,毗鄰四川,太陽輻射強(qiáng)度小,空氣濕度大,冬季濕冷夏季潮濕炎熱,室內(nèi)環(huán)境熱舒適度極差,改善此狀況最需要的是除去多余濕度,若建筑設(shè)計中采用如上種種措施實施自然通風(fēng),使建筑物冬暖夏涼。4.3月風(fēng)分析圖見表5風(fēng)分析(WindAnalysis)有對比和月份兩項。圖7顯示對比風(fēng)分析圖:從左到右,從上到下四圖表示為風(fēng)頻、溫度、濕度、降雨量(一般建筑氣象數(shù)據(jù)沒有)圖8顯示月份風(fēng)分析圖:12月的風(fēng)頻(顏色深淺)、風(fēng)向(圓坐標(biāo))、風(fēng)速(縱坐標(biāo))。了解當(dāng)?shù)爻Ｄ甑娘L(fēng)向和風(fēng)頻,建筑設(shè)計時可以巧妙利用風(fēng)來進(jìn)行自然通風(fēng)、除濕、降溫等,避免使用機(jī)械通風(fēng)所帶來的額外能耗。4.4溫度分布時間圖9日平均溫度圖標(biāo)出了除風(fēng)頻外的全部氣象數(shù)據(jù),圖10逐日干球溫度圖看出漢中四季分明,氣候較濕潤,冬季12、1月溫度最低,平均最低溫度不超過-5℃,夏季7月底8月初溫度最高,平均最高溫度不超過35℃。逐時數(shù)據(jù)分析還包括:逐時濕球溫度分析、逐時相對濕度分析、逐時太陽直接輻射、逐時太陽散射輻射、逐時云量、逐時降雨量等分析。這些數(shù)據(jù)對于當(dāng)?shù)亟ㄖO(shè)計了解場地情況有進(jìn)一步的輔助作用,為設(shè)計提供更好的策略。4.54.6每月數(shù)據(jù)分析逐周數(shù)據(jù)分析、逐月數(shù)據(jù)分析應(yīng)用相對較少,同逐時數(shù)據(jù)分析類似,所以不多介紹。5基于ols軟