《零碳建筑技術概論》 課件 第12、13章 零碳建筑設計方法、典型零碳建筑案例

零碳建筑技術概論第十二章零碳建筑設計方法時間：2022.08CONTENTS目錄1.1基于計算機動態(tài)能耗模擬的零碳建筑設計方法1.2建筑能耗模擬計算機軟件對比與分析1.3建筑能耗動態(tài)模擬1.4建筑性能化設計步驟PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

3零碳建筑設計思路近零能耗零碳零碳建筑的設計，首先考慮建筑能效的提升，最大限度地減少能源的消耗。在建筑能效最大化利用之后，即對建筑能源消耗量壓縮到最少，考慮可再生能源替代，可再生能源替代化石能源，減少由于化石能源的使用造成的碳排放。4015基于計算機動態(tài)能耗模擬的零碳建筑設計方法61.1基于計算機動態(tài)能耗模擬的零碳建筑設計方法performanceorienteddesign性能化設計方法就是指以建筑室內(nèi)環(huán)境參數(shù)和能耗指標為性能目標，利用能耗模擬計算軟件，對設計方案進行逐步優(yōu)化，最終達到預定性能目標要求的設計過程。建筑能耗的研究方法實測和實驗模擬計算7對實際建筑在正常運行工況下直接測量。對實際建筑及其過程用功能相似的實物在實驗室進行測試。采用數(shù)學模型對實際建筑和系統(tǒng)的物理特性進行描述，運用數(shù)學運算進行模擬和分析。建筑能耗模擬計算方法準穩(wěn)態(tài)計算動態(tài)計算8簡化的準穩(wěn)態(tài)計算法的計算時間尺度相對較長，比如1個月或者1個季度。動態(tài)計算方法時間尺度較短，一般為1h或更短，需要逐時求解，一年就是8760小時。01基于動態(tài)能耗模擬的零碳建筑設計方法由于外擾全年逐時在變化，因此經(jīng)建筑物的圍護結(jié)構的傳熱是個不穩(wěn)定過程。圍護結(jié)構具有蓄熱作用，所以經(jīng)圍護結(jié)構得熱量與外擾之間存在衰減和延遲的關系。在得熱量形成冷負荷過程中，由于各圍護結(jié)構的內(nèi)表面和家具的蓄熱作用，冷負荷和得熱量并不相等，之間也存在相位差和幅度差。建筑的能耗不僅包括圍護結(jié)構的能耗，還包括建筑設備系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等的能耗，建筑與環(huán)境、設備系統(tǒng)之間，也存在動態(tài)作用。90210建筑能耗模擬計算機軟件對比與分析建筑全能耗分析軟件IESVETRNSYS11ESP-rDOE-2DeSTeQuestEnergyPlusTasTRNSYS

TRNSYS軟件開發(fā)背景12TRNSYS（TransientSystemSimulation，瞬態(tài)模擬系統(tǒng)）最早是由美國的威斯康星-麥迪遜大學太陽能實驗室研發(fā)的，后來在法國的建筑技術與科學研究中心（CSTB）、德國的太陽能技術研究中心（TRANSSOLAR）還有美國熱能研究中心（TESS）的共同努力下逐步完善的。TRNSYS

TRNSYS軟件構成13

TRNSYSSimulationStudioTRNBuildTRNEditTRNOPT調(diào)用模塊，搭建模擬平臺，用戶可以修改或者添加模塊輸入建筑模型進行最優(yōu)化模擬計算TRNExe形成終端用戶程序形成終端用戶程序TRNSYS

TRNSYS軟件特色14

特色一TRNSYS軟件最大的特色在于其具有模塊化結(jié)構。特色二TRNSYS軟件另一個主要特色是它立足于系統(tǒng)而不是建筑。TRNSYS

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優(yōu)勢TRNSYS具有十分強大的模擬控制器的功能，可以十分精確地模擬各種控制方式，在部分負荷的模擬中相對EnergyPlus等軟件有優(yōu)勢。TRNSYS具有許多以用戶為中心的功能，使它成為最靈活的模擬系統(tǒng)之一。TRNSYS在建筑負荷以及建筑熱性能的模擬上偏弱。它所建立的建筑模型比較簡單，很難完成比較復雜建筑的描述，如不能按照實際建筑外形建立物理模型、沒有建筑陰影的計算、處理自然通風和滲透通風等問題時通常需要借助其它軟件等。劣勢TRNSYS

TRNSYS軟件特點1603能進行3D建模。TRNSYS17與GoogleSketchUp有接口，能在SketchUp軟件中進行三維建模，并導入到TRNSYS17中。02與FLUENT、MATLAB等眾多軟件都有接口，可以很方便地完成調(diào)用，進行計算。01計算靈活，模塊化開放式結(jié)構，用戶可以根據(jù)需要任意建立連接，形成不同系統(tǒng)的計算程序；04TRNSYS軟件可以識別任何格式的氣象數(shù)據(jù)，甚至是最底層的TXT格式的氣象數(shù)據(jù)也可以識別。05TRNSYS可以調(diào)用其它的能耗模擬軟件的負荷計算結(jié)果，完成系統(tǒng)能耗的計算與優(yōu)化。TRNSYS

TRNSYS軟件特點1708輸出結(jié)果可在線輸出100多個系統(tǒng)變量，可形成Excel計算文件。07能形成終端用戶程序，為非TRNSYS用戶提供方便。06全面性。09TRNSYS軟件有專門的控制模塊庫，合理地選用模塊并進行組合可以得到任意的控制方案。10軟件模塊化設計，很方便進行系統(tǒng)搭接，對于復合式系統(tǒng)，當系統(tǒng)配置較為復雜時，軟件優(yōu)勢可以得到充分體現(xiàn)。DOE-2

DOE-2軟件開發(fā)背景18DOE-2是美國能源部和勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）研發(fā)的，它在1979年首次發(fā)布，是開發(fā)最早應用也最廣泛的模擬軟件之一，并作為計算核心衍生了一系列模擬軟件，如eQuest，VisualDOE等。DOE-2

DOE-2建筑能耗分析流程19負荷模擬系統(tǒng)模擬氣象數(shù)據(jù)文件用戶數(shù)據(jù)文件建筑材料數(shù)據(jù)庫圍護結(jié)構構造數(shù)據(jù)庫建筑描述預處理程序機房模擬經(jīng)濟分析ESP-r

ESP-r軟件開發(fā)背景20

ESP-r（EnergySimulationProgramforResearch）是由英國Strathcly大學能量系統(tǒng)研究組于20世紀70年代開發(fā)的，它是研究版建筑能耗模擬軟件，源代碼開放，可以免費使用，既可用于建筑也可用于設備系統(tǒng)能耗的動態(tài)模擬。ESP-r

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ESP-r軟件的劣勢在于其功能過于強大，對使用者專業(yè)性要求非常高，需要用戶對各個系統(tǒng)都有一定程度的了解，才能正確完成輸入?yún)?shù)的設置，影響了軟件使用推廣。劣勢IESVE

IESVE軟件開發(fā)背景22

IESVE（VirtualEnvironment，虛擬環(huán)境實驗室）是英國IES（IntegratedEnvironmentSolutions）公司研發(fā)的一款動態(tài)能耗模擬軟件，它是IES公司的旗艦產(chǎn)品。它以ESP-r為計算內(nèi)核。IESVE

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優(yōu)勢它提供了許多可獨立使用的模塊，這些模塊共享信息，提高了模擬的效率，節(jié)省了設計人員的時間。例如，輻射模塊Radiance的設置能夠?qū)⑷照盏男畔氲綗崮M中，并允許熱模擬中利用日光照度控制電燈的開啟，使設計人員能夠在同一系列模擬工具中對建筑物進行優(yōu)化，從而提高設計效率。主要是該軟件在建模上較弱，在模型的導入上也不方便快捷。IESVE功能過于強大，需要擁有經(jīng)驗的使用者才能熟練地操作它。與EnergyPlus或TRNSYS不同，這款軟件是一個封閉的系統(tǒng)，加入第三方模塊很困難。而且它不支持透明的保溫材料，相變材料，蒸發(fā)冷卻和其它一些以前不常見但現(xiàn)在應用卻越來越多的材料和系統(tǒng)，這些材料和系統(tǒng)有可能對零碳建筑設計有著非常重要的作用。劣勢DeSTDeST軟件開發(fā)背景24

DeST（Designer’sSimulationToolkit）是清華大學發(fā)的以AutoCAD為圖形界面的建筑能耗模擬軟件。DeST是我國第一款中文界面的能耗模擬軟件，填補了國產(chǎn)模擬軟件的空白，為國內(nèi)建筑設計、科研、教學工作提供了極大的方便。DeST已經(jīng)成為和Energyplus、DOE-2、TRNSYS等一樣的獲得國際認可的世界主流的建筑能耗模擬軟件，處于世界領先地位。DeST

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DeST與國際上其它建筑全能耗模擬軟件的最大區(qū)別是，它不需要在整個建筑和設備系統(tǒng)全部完成后才開始模擬，而能夠在不同的設計階段完成不同的模擬任務，實現(xiàn)“分階段設計”、“分階段模擬”。優(yōu)勢DeST

DeST軟件功能模塊26DeST功能模塊室溫計算空調(diào)系統(tǒng)方案空氣處理設備模擬冷凍站模擬經(jīng)濟性分析采光計算建筑陰影計算通風計算EnergyPlus27EnergyPlus軟件開發(fā)背景EnergyPlus是在美國能源部支持下，由美國勞倫斯伯克利國家實驗室、伊利諾伊大學、美國軍事建筑工程研究實驗室、俄克拉荷馬大學等單位在DOE-2和BLAST的基礎上，共同開發(fā)的一款建筑能耗逐時模擬引擎，被認為是用來替代DOE-2的新一代的建筑全能耗分析軟件。EnergyPlus

EnergyPlus軟件特點2803用CTF熱傳導傳遞函數(shù)法（conductiontransferfunctions）來計算墻體、屋頂、地板等圍護結(jié)構的瞬態(tài)傳熱。02采用集成同步的負荷/系統(tǒng)/設備的模擬方法。01代碼開放。04采用熱平衡法計算負荷。負荷計算時，用戶可以定義小于1小時的時間步長。05先進的窗戶傳熱的計算，可模擬可控遮陽裝置、可調(diào)光的電鉻玻璃等。EnergyPlus

EnergyPlus軟件特點2908天然采光的模擬包括室內(nèi)照度的計算、眩光的模擬和控制、人工照明的減少對負荷的影響等。07采用各向異性的天空模型對DOE-2的天然采光模型進行了改進，能更精確地模擬傾斜表面的天空散射強度。06對土壤傳熱的模擬采用三維有限差分土壤模型和簡化的解析方法。09采用基于人體活動量、室內(nèi)溫濕度等參數(shù)的熱舒適模型模擬熱舒適度。10采用環(huán)路可調(diào)整結(jié)構模擬空調(diào)系統(tǒng)，用戶可以模擬典型的系統(tǒng)，而無需修改源程序。EnergyPlus

3011可與一些常用的模擬軟件如TRNSYS、COMIS等進行鏈接。EnergyPlus模塊結(jié)構eQuest31eQuest軟件開發(fā)背景eQuest是在美國能源部和電力研究院的資助下，由美國勞倫斯伯克利國家實驗室和J.J.Hirsch及其聯(lián)盟共同開發(fā)的一款免費能耗模擬軟件。研發(fā)該軟件的目的就是讓逐時能耗模擬能夠為更多的普通設計人員更方便地使用。eQuest是在DOE-2基礎上開發(fā)的，是基于DOE-2的軟件中最為優(yōu)秀的一款。eQuest

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優(yōu)勢它是一款免費的軟件。適用建筑設計的各個階段，包括概念設計階段，對任何設計團隊（建筑師或者設備工程師）都適用。eQuest采用DOE-2.2+Wizards（向?qū)В?Graphics（圖形）模式。eQuest的計算核心是DOE-2的高級版本DOE-2.2。eQuest始終假設系統(tǒng)的控制處于最佳狀態(tài)，因而與實際有較大的差別，比如它無法判斷閥門是否堵塞，制動裝置是否失效，系統(tǒng)維護狀況等。劣勢TasTas軟件開發(fā)背景33

EDSL（EnviromentDesignSolutionLtd.）公司成立于1989年，總部位于英國倫敦。它開發(fā)的Tas（ThermalAnalysisSimulation）是一個綜合三維建模、采光分析、通風優(yōu)化、空調(diào)設備布置與優(yōu)化、能耗計算、CFD模擬、碳排放與經(jīng)濟性分析為一體的建筑能耗模擬軟件。TasTas軟件的構成34

建立三維模型設置參數(shù)，進行負荷計算負荷結(jié)果空調(diào)系統(tǒng)設計Tas管理器3DModellerBuildingSimulatorResultViewerSystemsTas

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優(yōu)勢具有交互式圖形用戶界面，可以建立3D建筑模型。它還允許將所需的組件（如圍護結(jié)構、內(nèi)部條件、天氣等）從本地應用中拖放到建筑模擬器中，這大大縮短了模擬準備時間。由于最短的模擬時間步長為1小時，因此模擬速度很快。雖然Tas不如EnergyPlus或TRNSYS全面，但在軟件復雜性和用戶界面之間做了很好地平衡，為了動態(tài)模擬的快速發(fā)展做了貢獻。。Tas不像其他一些模擬軟件比如EnergyPlus和TRNSYS等那么詳細。而且Tas也不是很開放，軟件進一步發(fā)展只能靠自身的研發(fā)團隊，并不能依靠第三方。所以它未來的發(fā)展受到限制。劣勢031.3建筑能耗動態(tài)模擬建筑能耗動態(tài)模擬建立建筑能耗動態(tài)模擬模型模型運行與結(jié)果分析36零碳建筑的設計需要考慮的因素37建筑保溫；建筑場所條件：太陽輻射、建筑朝向、主導方向、場地配置、建筑物遮擋等；建筑氣密性；建筑幾何尺寸；氣候條件：建筑所在地的氣候條件，同時需要考慮到建筑所在地未來氣候變化；零碳建筑的設計需要考慮的因素38人工照明；自然通風；可再生能源系統(tǒng)；天然采光；被動太陽得熱；內(nèi)部得熱；額外的供熱或者制冷；建筑能耗動態(tài)模擬39

動態(tài)能耗模擬方法有順序模擬法和同步模擬法兩種。氣象參數(shù)建筑描述HVAC系統(tǒng)資料機組資料建筑負荷計算機房模擬經(jīng)濟性分析經(jīng)濟性參數(shù)HVAC系統(tǒng)模擬建筑負荷計算氣象參數(shù)建筑描述HVAC系統(tǒng)資料機組資料經(jīng)濟性參數(shù)機房模擬經(jīng)濟性分析HVAC系統(tǒng)模擬順序模擬同步模擬一、建立建筑能耗動態(tài)模擬模型40按實際建筑物縮小比例建成的物理比例模型適用于研究建筑性能的某些方面。由于和實際建筑之間的尺寸差異，物理比例模型不太適合研究熱舒適性。另外，它需要使用真實材料構建，需要儀器系統(tǒng)來監(jiān)測和測試，人員不能親自進入，表述他們真實的感受。動態(tài)仿真模型克服了這些缺點，并且比物理比例模型具有更廣泛的應用范圍，可用于同時研究建筑行為的多個方面。1.動態(tài)模擬模型的優(yōu)勢2.創(chuàng)建一個動態(tài)模擬模型定義建筑的圍護結(jié)構設置建筑所在地和當?shù)貧庀筚Y料定義建筑使用模式設置供暖和制冷系統(tǒng)可再生能源系統(tǒng)主要步驟建立2D或3D建筑模型二、模型運行與結(jié)果分析1.模型的運行41

二、模型運行與結(jié)果分析模型的檢驗模型的校驗在模型的計算過程中調(diào)整物理參數(shù)使其與實驗或?qū)崪y數(shù)據(jù)盡可能接近的過程。通過校驗過程，可獲得較優(yōu)的參數(shù)值，使模型與實驗觀測結(jié)果更好地吻合。確定模型是否對零碳建筑的設計人員要模擬的建筑和系統(tǒng)進行了正確的描述，模型的模擬計算過程能否實現(xiàn)模擬的設計目標。422.模型的檢驗與校驗二、模型運行與結(jié)果分析02計算的準確性用于設計決策中模擬結(jié)果有效性。01433.模擬結(jié)果有效性分析0412.4建筑性能化設計步驟A零碳建筑設計的流程B降低建筑物本體能源需求的優(yōu)化D高能效照明設備的選擇44C高能效冷熱源設備的選擇E高能效動力設備的選擇F可再生能源的綜合利用ThankYou

謝謝

零碳建筑技術概論第十三章

典型零碳建筑案例

時間：2022.08CONTENTS目錄13.1天友零舍13.2中德天津大邱莊生態(tài)城門戶展示公園展廳項目PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

480113.1天友零舍建筑概況：

項目位于北京大興區(qū)半壁店村，由農(nóng)宅改造而成，總用地面積888.69㎡，改造后建筑面積402.34㎡，容積率0.45，建筑密度42%。49改建前改建后一、技術應用概述被動式節(jié)能技術體系高性能圍護體系可調(diào)節(jié)陽光房天然采光&自然通風良好的氣密性防熱橋設計主動式節(jié)能技術體系能源環(huán)境一體機能耗監(jiān)測與展示系統(tǒng)節(jié)能照明可再生能源利用太陽能光伏瓦彩色薄膜光伏系統(tǒng)太陽能熱水系統(tǒng)50二、高性能維護結(jié)構51部位做法傳熱系數(shù)W/(㎡·K)外墻改造360厚燒結(jié)磚（保留）+240厚擠塑聚苯板+120厚燒結(jié)磚（新加）0.12木結(jié)構15厚歐松板+200厚巖棉+15厚歐松板+90厚擠塑板0.13裝配式15厚歐松板+160厚巖棉+15厚歐松板+150厚擠塑板0.12屋面改造15厚歐松板+350厚擠塑聚苯板+40厚水泥砂漿0.09木結(jié)構15厚歐松板+350厚擠塑聚苯板+40厚水泥砂漿0.09裝配式15厚歐松板+160厚巖棉+15厚歐松板+200厚擠塑板0.10幕墻填充幕墻10厚竹鋼+150厚巖棉+30厚歐松板+10厚竹鋼0.30透明幕墻5mm透明玻璃+12Ar+5mm透明玻璃+0.15（真空）+5mm透明玻璃1.00外窗建筑用隔熱型材（5mm透明玻璃+12Ar+5mm透明玻璃+0.15（真空）+5mm透明玻璃0.78天窗威盧克斯電動開啟天窗1.00地面20厚水泥砂漿+40厚細石混凝土+250厚擠塑聚苯板+80厚細石混凝土0.13三、可調(diào)節(jié)陽光房52可調(diào)節(jié)陽光房

建筑南側(cè)設計可調(diào)節(jié)陽光房，夏季將陽光房外門窗打開實現(xiàn)自然通風，避免陽光房過熱，并利用陽光房的薄膜太陽能屋面作為建筑的固定外遮陽，冬季關閉陽光房外門窗，充分利用太陽能提高陽光房內(nèi)溫度，降低建筑供暖能耗。彩色薄膜光伏系統(tǒng)兼做外遮陽外門窗實現(xiàn)自然通風四、天然采光&自然通風

53熱壓風塔采光和通風天窗在坡屋頂?shù)谋眰?cè)開設天窗獲得自然光的同時降低夏季太陽得熱量，從而降低空調(diào)能耗，并將上屋面的樓梯間拔高變?yōu)闊釅猴L塔，采用天窗和熱壓塔進行自然通風。五、良好的氣密性54氣密層良好的氣密性

合理的建筑氣密區(qū)設置，并結(jié)合精細的外圍護結(jié)構氣密節(jié)點設計保證建筑氣密項小于每小時0.5次換氣。氣密性檢測現(xiàn)場55防熱橋設計

外墻、屋面、地面做防熱橋處理；

外門窗框采用PVC包裹玻璃纖維型材實現(xiàn)斷熱橋；斷橋處理六、防熱橋設計七、能源環(huán)控一體機應用56能源環(huán)控一體機應用

分區(qū)域設置高效熱回收型能源環(huán)控一體機實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的高效運行；七、能耗監(jiān)測與展示系統(tǒng)57能耗監(jiān)測與展示系統(tǒng)

建筑使用和能源生產(chǎn)和消耗的自動化和可視化，從而實現(xiàn)建筑設備系統(tǒng)的節(jié)能八、可再生能源應用58彩色薄膜光伏系統(tǒng)光伏瓦安裝數(shù)量為200片，裝機量為6kWp,主瓦總面積為70平米，配瓦總面積為172.5平米；彩色薄膜光伏采光頂安裝數(shù)量為14片，采用2塊組串，共7串；.9萬kWh。太陽能光伏瓦九、可再生能源應用59結(jié)合平屋面設置平板式太陽能熱水一體化系統(tǒng)解決廚房及衛(wèi)生間熱水需求系統(tǒng)整體考慮，搭配輔助熱源，專業(yè)軟件分析，系統(tǒng)高效可靠，人性化設計。0213.2中德天津大邱莊生態(tài)城門戶展示公園展廳項目60建筑概況：

項目位于中德天津大邱莊生