基于BIM的建筑節(jié)能與綠色評價實(shí)施方案設(shè)計(jì).doc

基于BIM的建筑節(jié)能與綠色評價方案設(shè)計(jì) 作者： 日期：基于BIM的建筑節(jié)能與綠色評價方案設(shè)計(jì)xxxxx()【摘 要】建筑物是世界上能源消耗巨頭之一，探索如何實(shí)現(xiàn)綠色建筑的落實(shí)與發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的最直接的有效途徑之一。綠色建筑的理念包括建筑材料、建筑物朝向等標(biāo)準(zhǔn)，如何有效地進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)是當(dāng)務(wù)之急。BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)方案中的運(yùn)用為綠色建筑的落實(shí)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。本文研究郴州市青園住宅小區(qū)的20幢樓的日照節(jié)能分析，發(fā)展太陽能電池板的鋪設(shè)能有效節(jié)省電費(fèi)，達(dá)到節(jié)能減排的效果，有一定的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益?！娟P(guān)鍵詞】綠色建筑、BIM技術(shù)、節(jié)能、日照分析Abstract: building is one of the energy consumption giants in the world, exploring how to realize the implementation and development of green building is one of the most direct and effective way to the sustainable development strategy. The concept of green building, including building materials, such as the building standards, and how to effectively carry out energy-saving design is a priority. The application of BIM technology in architectural design provides a technical basis for the implementation of green building. This paper studies the Chenzhou City Green Garden residential district 20 building energy-saving analysis, development of solar panels laying can effectively save the electricity, to achieve the effect of energy saving and emission reduction, have certain economic and social benefits.Key words：green building, BIM technology, energy saving, sunshine analysis1. 引言二十一世紀(jì)是能源爭奪角逐的時代，如何開發(fā)新能源、節(jié)約能源已成為世界的焦點(diǎn)問題。作為能源消耗巨頭之一的建筑行業(yè)，從設(shè)計(jì)到施工、監(jiān)測等項(xiàng)目開展過程中運(yùn)用新技術(shù)進(jìn)行節(jié)能減排，是國家及社會的耗能行業(yè)的共同企盼。因此，綠色建筑理念在行業(yè)中獲得逐漸普及和認(rèn)同，在利用天然條件（如地理位置、風(fēng)向等）和人工手段建造良好的健康的居住環(huán)境的同時，盡最大可能減少或控制對自然環(huán)境的破壞。傳統(tǒng)的評估系統(tǒng)分析方法一般是根據(jù)已有的生態(tài)建筑的設(shè)計(jì)案例及技術(shù)，由專業(yè)人士運(yùn)用2D軟件手工輸入建筑設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行能量分析，才能檢驗(yàn)設(shè)計(jì)效果是否節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、綠色，工作量相當(dāng)大、工作程序相當(dāng)繁瑣。數(shù)字化、信息化、智能化的高速發(fā)展，以BIM為核心的多種軟件日漸完善，成為綠色建筑的能量評估的自動化、智能化分析。2. 建筑節(jié)能分析 BIM 技術(shù)優(yōu)勢BIM技術(shù)與綠色建筑在我國都屬于高速發(fā)展期，二者的結(jié)合將為建筑行業(yè)的節(jié)能分析（如能耗分析、采光分析等）帶來極大的優(yōu)勢。真實(shí)有效的BIM數(shù)據(jù)及豐富的構(gòu)建信息給各種各樣的綠色建筑分析軟件給予強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持，確保分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。目前包括Revit在內(nèi)的大多數(shù)BIM相關(guān)軟件皆具備將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出為各種分析軟件所專用的glxML格式。BIM的參數(shù)化、構(gòu)件庫等特征使得建筑設(shè)計(jì)以及后續(xù)流程針對各種分析結(jié)果，有較為及時及高效率的反饋。根據(jù)建筑的設(shè)計(jì)方案建立相應(yīng)的BIM模型，再通過對模型中數(shù)據(jù)導(dǎo)出為環(huán)境分析的格式，然后再導(dǎo)入專業(yè)建筑節(jié)能分析工具進(jìn)行模擬化分析，最后根據(jù)所分析的結(jié)果來調(diào)整設(shè)計(jì)方案，在很大程度上達(dá)到建筑綠色設(shè)計(jì)和評估的目的。基于BIM的日照分析流程如圖1-1所示：圖1-1 建筑日照BIM分析流程圖3.設(shè)計(jì)方案3.1項(xiàng)目概況本文以郴州市某住宅小區(qū)為研究對象，共有20幢樓，呈扇狀分布，研究樓幢在太陽光照射下陰影的變化、日照的窗照時間以及周圍建筑物的遮擋關(guān)系等，從建筑物的光照時長以確定太陽能的吸收情況。項(xiàng)目研究基本思路：通過BIM建模得到3號樓的三維模型，模擬太陽軌跡對該建筑模型的陰影，得到建筑物日照窗的太陽輻射分析報(bào)告和圖表，對模型的日照情況進(jìn)行具體的量化分析，就建筑窗體的日照情況提出設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。在3號樓建筑外架設(shè)可吸收太陽能的裝置設(shè)備，計(jì)算在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)吸收太陽輻射能轉(zhuǎn)化而成的電能，比較所產(chǎn)生的電能節(jié)能費(fèi)用與太陽能輻射吸收裝備的維護(hù)成本，并計(jì)算該設(shè)備收回成本的時間，從而進(jìn)行可行性分析。項(xiàng)目的情況如下表所示：項(xiàng)目名稱青園住宅小區(qū)1#-20#項(xiàng)目地址湖南省郴州市南嶺大道西側(cè)經(jīng)緯度北緯25046，東經(jīng)113002分析節(jié)氣大寒日（1月20日）分析有效日照時段8：0016：003.2單點(diǎn)分析通過選取單點(diǎn)分析，得到不同位置的日照情況，圖3-1是所選擇的日照分析點(diǎn)，將這些點(diǎn)的高度定為公寓一層窗臺的標(biāo)高，即1.35m，因該位置是被遮擋情況一般是最嚴(yán)重的，所以一層窗臺是分析日照的重點(diǎn)。本研究是選點(diǎn)是1#至20#的順序，共選出30個點(diǎn)，并得到這些點(diǎn)在大寒日所接受的日照時長和日照時間段，以此來確定重點(diǎn)分析的樓層。圖3-1 單點(diǎn)分析圖3.3等照時線與日照陰影輪廓分析標(biāo)準(zhǔn)的建筑日照陰影線范圍指滿足日照要求最小時數(shù)的陰影線交集與建筑物北向輪廓線圍合而成的范圍圖3-2 日照分析圖圖3-2展示的是在大寒日一天之內(nèi)的建筑陰影輪廓及等照時線圖。圖中不同的顏色所代表不同日照時長，計(jì)算標(biāo)高為1.350m，有效時間帶為上午8時至下午16時。顏色代表如圖3-3所示：圖3-3 顏色區(qū)塊所代表日照時長圖 3.4多點(diǎn)分析做了以上的單點(diǎn)分析及等照時線與日照陰影輪廓分析后，則要進(jìn)行的是對研究區(qū)域進(jìn)行整體的多點(diǎn)分析，用不同的顏色標(biāo)明不同的時長日照區(qū)域。通過圖3-4可知1#、2#、3#、4#及17#、18#相互樓幢間隔過近對彼此日照時間有一定影響，其他樓幢日照時長都比較合理。4. 節(jié)能計(jì)算通過對BIM模型進(jìn)行點(diǎn)面日照分析可以得出報(bào)告中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)說明了當(dāng)天該住宅小區(qū)各個立面所能接收太陽的時間，根據(jù)這些時間估算這些墻體一天內(nèi)吸收的太陽能。假如使用一些節(jié)能材料將太陽能轉(zhuǎn)化為電能或者熱能，可以達(dá)到節(jié)約能源的目的。本文將考慮太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化成電能，建立數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行分析。太陽能電池根據(jù)其所用材料的類別可分為硅太陽能電池、聚合物多層修飾電極型的、多元化合物薄膜、納米晶材料、有機(jī)太陽能電池，塑料太陽能電池，目前發(fā)展最成熟、運(yùn)用最普遍的是硅太陽能電池。而硅太陽能電池又分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池、非晶硅薄膜太陽能電池這三種類型。本文以多晶硅薄膜太陽能電池為實(shí)驗(yàn)假設(shè)設(shè)備，對青園住宅小區(qū)的太陽能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行分析。本文所做的數(shù)據(jù)模型分析是基于理想狀態(tài)的情況，所以在計(jì)算能量之前需做一定的假設(shè)條件：假設(shè)選擇240W的多晶硅太陽能電池板，轉(zhuǎn)換效率是18%，電池板尺寸是1650x991x40mm，橫截面面積為1650x991m=1.635,價格為每瓦3元，每塊即720元；假設(shè)青園住宅小區(qū)外立面和屋頂光照大于5小時的部位鋪設(shè)太陽能電池板，因北立面收到太陽照射的時間較短，不考慮在北面按照太陽能電池板；假設(shè)每一塊太陽能電池材料吸收太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率相同并保持穩(wěn)定；假設(shè)該模型每個立面的墻體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，質(zhì)量都沒有問題；模型每個立面的日照時間是取平均值用以估算得出的結(jié)果。假設(shè)全部成立，則可以進(jìn)行模型搭建，而模型搭建依托符號來分解，本文的公式符號說明如下：Q代表太陽能電池所產(chǎn)生的電能，S代表每個太陽能電池的橫截面面積，Ai表示每個有效的面積，ni表示每層每個面鋪設(shè)的太陽能電池板的數(shù)量，Ti表示每個太陽能電池板的日照時長，C表示太陽能電池板的成本，P代表所能節(jié)省的電費(fèi)。定義為如果A/B為整數(shù)時取該值，若不為整數(shù)時則取該整數(shù)部分+1作為結(jié)果。那么接下來可以進(jìn)行模型分析，將上述電池板均勻鋪設(shè)在墻體上，那么每層每個面可以鋪設(shè)的電池?cái)?shù)為，備注：i指的是每一個有效面積，i=1,2,，32。根據(jù)BIM模型分析出的日照時長為Ti及有效面積為Ai，以每個太陽能電池的屬性來建立模型，得出整個住宅小區(qū)轉(zhuǎn)化后的電能公式為i，其中，i指的是每一個有效面積，i=1,2,，32。由以上數(shù)據(jù)代入數(shù)學(xué)模型中可求出太陽能電池板吸收太陽能轉(zhuǎn)化為的電能是Q=240x18%x3600x=640600285.8KJ由計(jì)算得出結(jié)果，說明了太陽能電池可以節(jié)約六千多萬焦的電能，節(jié)省傳統(tǒng)能源消耗，達(dá)到了節(jié)能減排的目的，達(dá)到了綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)之一。5.結(jié)語本文通過Revit和青園住宅小區(qū)20幢樓對BIM模型進(jìn)行建立，模擬日照研究并分析，得出日照分析報(bào)告。根據(jù)立面等日照線對建筑物吸收的太陽能分析計(jì)算，算出太陽能電池板吸收太陽能轉(zhuǎn)化成電池而節(jié)省的電費(fèi)，發(fā)現(xiàn)在建筑立面使用太陽能電池能起到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的作用，為建筑節(jié)能的綠色評價與BIM應(yīng)用提供了全新設(shè)計(jì)模式，用實(shí)際案例驗(yàn)證了BIM為綠色建筑的發(fā)展作出的顯著貢獻(xiàn)?；诰G色建筑理念，筆者通過本文研究提出以下建議：（1） 在光照時間較長的區(qū)域種植喜陽植物，而光照時間較短的區(qū)域則種植喜陰植物，充分利用天然條件和植物的生理特點(diǎn)，減少園藝植物不必要的浪費(fèi)。（2） 在日照時間較長的夏季，考慮在建筑立面做好隔熱設(shè)備，而日照時間較短的冬季，做好保溫防寒的措施。參考文獻(xiàn)1 仇保興 . 復(fù)雜科學(xué)與城市的生態(tài)化、人性化改造 J，城市規(guī)