[发明专利]一种对既有建筑进行节能改造的数值化分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种既有建筑节能改造、数值化模拟分析实验，即通过数值化分析模拟技术，进行既有建筑内外环境模拟试验，对既有建筑的能耗进行精确检测，并确定其能耗源头，从而对既有建筑的节能改造进行有效的改进和完善的数值化分析方法，属于土木建筑工程学、计算机科学技术领域。

背景技术

最近环境问题再度引起公众的高度观注，“节能减排”的呼声越来越高。大量没有任何节能措施的既有建筑，其能耗浪费非常严重。由此看出降低既有建筑能耗，加强其节能改造技术的研究对于节能减排、保护生态环境有着举足轻重的作用。

随着计算机技术的普及和发展，在建筑节能工程中采用数值化仿真模拟技术极大地促进了节能工作的技术和管理水平的提高，从而推动着建筑节能的不断进步和发展。数字化仿真模拟技术在建筑节能的应用始于1974年，近几年，随着数字化技术逐步成熟，对建筑节能的渗透愈发深入，本方法选用基于有限容积法的专门用于建筑通风分析的CFD(Computational Fluid Dynamics)计算流体力学软件-Fluent Air-pak对风场进行分析。Air-pak软件可以准确地模拟通风系统的空气流动、空气品质、传热、污染和舒适度等问题。Air-pak的使用能够提高设计手段、减少设计风险、降低成本；然后再运用Ecotect生态建筑大师进行光、热和声环境的检测，Ecotect是一个全面的技术性能分析辅助设计软件，提供了一种交互式的检测方法，只要输入一个简单的模型，就可以提供数字化的可视图，随着设计的深入，分析也越来越详细。ECOTECT可提供许多即时性检测，比如改变地面材质，就可以比较房间里声音的反射、混响时间、房间照度和内部温度等的变化；加一扇窗户，立刻就可以看到它所引起的房间热效应、房间光环境等的变化，甚至可以计算出整栋建筑的节能投资成本。

目前既有建筑的数值分析主要是结合数值风洞的方法，用计算机进行建筑内环境和建筑外环境的模拟计算以观察建筑周围风速大小和其流线，但缺点是依赖计算人员的理论基础及其在具体操作中对各种影响因素的选择，且无法精确定位建筑可以进行节能改造的能耗点。

发明内容

本发明的目的是运用CFD(Computational Fluid Dynamics)计算流体力学软件计算建筑通风，又运用Ecotect生态建筑大师计算建筑光热能耗和声污染，在进行既有建筑节能改造的数字化模拟分析后，兼顾建筑的通风、光环境和声环境进行改造。

本专利是用来解决模拟既有建筑的节能改造方法，由于传统的节能改造只是孤立地运用多种节能手段装配既有建筑，没有考虑各个节能技术之间出现的矛盾和重复是否会降低既有建筑的节能效率，本专利就是要通过计算机模拟的方法事先对每一个房间进行模拟，然后得出最适合每一个房间需要运用到的节能技术，大大降低了建筑成本。

本方法技术方案是，一种对既有建筑进行节能改造的数值化分析方法，它的主要内容是根据现有建筑在计算机中建造同比例的模型，利用数字化模拟技术进行建筑内外环境的模拟计算，直观的表示出既有建筑现有的能耗情况，有了这样的模拟，就可以通过改变不同的节能改造方式，探寻出既有建筑最佳的节能改造方案，从而使既有建筑的节能改造更加完善。

具体的方法步骤为：

1.在模拟前，先要确定模拟对象所在的地理环境中造成最大能耗的因素，如果当地极端气候下风速流动较快，且建筑能耗主要是源于房间通风不好的情况下，先进行CFD模拟来改善通风，再进行Ecotect生态建筑大师模拟来改善采光。反之如果当地风速较低但由于太阳辐射导致温度过高或过热，则先用Ecotect模拟改善建筑节能再进行CFD模拟确定既有建筑的节能方案(如果环境过热，风速过低，风本身就是热源，良好的通风反而不利于降低房间温度)。假设既有建筑在风速较高却较热的环境中，则对需要进行节能改造的既有建筑和周边环境进行建模，在CFD软件中根据建筑的平立面图建立起立体的建筑一个层面内的模型(如果由连同几层的公共空间要一起建)，布置好外部环境参数(至少包括极端气候中的环境温度，风向和风速，如果有节能需要还可以增设湿度、风压等模拟参数)，然后利用Airpak软件模拟建筑在城市空间中夏季的环境状况(第一次CFD模拟)；

2.通过前面场景的模拟得出的环境对建筑影响的数据，就可以得出改造建筑中的一个房间层面内的通风情况(房间内风速，风向和风压的环境参数)和温度的影响。对于既有建筑的改造要考虑其所处的地理环境，如果是热带，要保证良好的通风；寒带要保证建筑封闭性来较少热量流失；温带建筑两者都要兼顾。