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使用ArchiCAD进行能量分析

发布时间:2009年11月04日 13:40 来源:建筑信息模型(BIM)网
摘要:

使用ArchiCAD进行能量分析 可持续发展需要可持续建筑 建筑的设计、建造和维护对于环境和自然资源具有极其深远的影响。 •如今在美国至少有7600万栋住宅建筑和将近500万座商业建筑,所有这些建筑消 耗能量约

使用ArchiCAD 进行能量分析(Graphisoft白皮书)

可持续发展需要可持续建筑

建筑的设计、建造和维护对于环境和自然资源具有极其深远的影响。

• 如今在美国至少有7600 万栋住宅建筑和将近500 万座商业建筑,所有这些建筑消耗能量约占美国消耗总量的三分之一,其中耗电量约为国内总耗电量的三分之二,预计到2010 年时,还将新建3800 万座建筑。

• 建筑是造成大气污染主要来源,而大气污染是引起气候变化的主要因素。它们排放了约占大气中49%的二氧化硫,25%的氮氧化合物以及10%颗粒物质,这些物质是破坏城市空气质量的主要元凶。不仅如此,它排放出约占整个国家的35%的二氧化碳——这是引起气候变化的主要污染源。

• 典型建筑消耗掉比我们的需要更多的资源,并且产生了大量废物。奥斯汀市绿色建筑计划的前协调员Laurence Doxsey 说:“一个标准的木质结构房屋就要消耗1 英亩的树林,而它一般产生的建筑垃圾多达3 至7 吨”。除此之外,建筑在运营时消耗能量和水资源是巨大和昂贵的,并且导致较差的室内空气质量,从而引起一系列的健康问题。

可持续建筑是建筑设计、建造和维护的一种尝试,这在某种程度上将建筑所带来的环境影响最小化。可持续建筑最重要的一个特点就是高效利用能量,目的就是减少建筑整个生命周期内所消耗的能源。由于建筑的形状和方位对它的能量消耗起着决定性的作用,所以设计是十分关键的,因此建筑师应对自己设计所带来的环境问题高度负责。

在设计的最终阶段,往往要进行能耗计算,而再要解决这些问题是十分困难并且花费巨大。但如果建筑师在前期设计阶段时能够进行能耗分析,他们就可以获得宝贵的有关建筑能量问题的回馈,从而在应对这些问题时处于有利位置。为实现这个目标,建筑师需要一个数字化的建筑模型和一个确定能量效率的分析工具。

ArchiCAD 是Graphisoft 公司开发用于创建虚拟建筑模型的软件,利用这个软件,建筑师可以把自己的设计高效地创建出三维虚拟建筑模型。这份白皮书将详细地讲述ArchiCAD是如何支持能效设计的关键因素,以及如何更好地利用各种建筑能量分析软件来分析虚拟建筑的能量性能问题。

可持续建筑的标准

“如果建筑师在设计各种建筑形式时不能充分利用能源,那是不道德的行为。”面对这个挑战,建筑师需要转换想法:在设计过程中不仅仅只把美学要求作为现代生活方式的主导方式,还应将建筑的能效问题作为设计的核心。现在这种工具已经出现,建筑师要么主动地使用经济合理的设计分析工具,要么等待政府的强制推行。

政府当局早已认识到可持续建筑设计的重要性,于是逐步成立了各种相关组织,并且制定出高性能可持续建筑的标准。

美国绿色建筑委员会(USGBC)是一个国家性的可持续设计组织,它提出了一套自愿参与的LEED(Leadership in Energy and Environmental Design)绿色建筑评价系统,LEED现在已成为可持续性建筑的标准被广泛地接受。它包括五项主要内容:总图设计、室内环境质量、高效利用能源、材料和水资源,这套系统将评估建筑是否符合这些标准。如果一座建筑在系统评价中得到高的评级,那么开发商将会从政府甚至是鼓励绿色建筑的私人基金那里获得各种财政激励。更为重要的是,所有新建联邦建筑从一开始就必须获得LEED 的银质认证。

在欧盟,明年建筑能量性能计算将会统一标准。从2006 年1 月4 日,整个欧盟将会强制执行能量性能导则(Energy Performance Directive,EPD),它将会为整个欧盟提供一个统一的标准框架,而现状是一些国家零散地强制执行能量标准。它不仅规定了建筑能量性能计算需求最小值,还要求任何新建筑和重大创新都必须要获得能量认证。

所有这些因素使得业主越发意识到:由于采用了高能耗的建筑设计方案,他们不得不为此付出日益增加的维护费用,这将成为他们长期巨大的经济负担。这不简简单单是一个采用生态节能材料的问题。由于虚拟建筑里的丰富信息允许从最基本的的初步设计阶段引入能源环境评估,所以业主和设计师都把环保能源问题渗入到整个设计过程。

能量分析

复杂的能量模拟软件已经有二十多年的历史了,然而不幸的是,这些程序的使用不仅需要具备如何分析能量使用模式的相关复杂知识,还需要具备程序的特别知识。结果是付出必要的辛勤努力和经费后,只有专业人士才能做出能量模拟,也就是说只在设计最终阶段进行一次能量分析。然而,这意味着分析只是一种象征性的行为,对整个设计的能效影响微乎其微,它只能作为一种帮助建筑师和客户证实结果的检验工具,并且很少用作设计团队合作的设计工具。

现在建筑师拥有了一系列方便使用的工具,在整个设计过程都可以执行能量分析,能量分析不再是专业人士主导且花费巨大的过程,它只是另外一个考虑因素,来帮助建筑师利用软件工具结合虚拟建筑数据设计出绿色建筑,而不需要额外花费精力。

ArchiCAD 提供详尽可靠的设计信息和必要深度的建筑模型细节,所有的这些信息能直接被Green Building Studio、ArchiPHYSIK,或经由工业标准格式转换导入的软件(如ECOTECT)获取和使用,从而进行能量分析。这些专门为建筑师设计的工具可以从设计的起始阶段使用,帮助他们针对建筑物外围结构和材料创造出正确和符合法规的设计决策。

ArchiCAD还支持IFC标准,它为专业建筑性能模拟软件例如EnergyPlus和RIUSKA提供了链接。这些软件完全集成了建筑与暖通空调(HVAC)模拟程序,极大地提高了设计、规划和建造过程中对整个建筑性能模拟,开启了节约能源、节省造价以及提升室内环境质量的新途径。

结合上述工具,使用ArchiCAD 能给建筑师和能源专家带来很多好处。因为这些能量分析工具能直接结合ArchiCAD 中的虚拟建筑,从而在设计的任何时刻都能得到能量消耗信息反馈。随着深化过程中产生的设计变动,设计师不需要再繁琐地重新模拟建筑环境、手动调节建筑外形来保持更新,因为三维模型本质就是所有数据能够自动更新且即时可用。所以,没有虚拟建筑整个过程将变成痛苦而低效。

劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)的Vladimir Bazjanac 指出“以往在能模拟和分析时,设计师75%-80%的精力只是用于准备建筑几何输入;当最终方案出来时再进行模拟和分析时,设计已经变得面目全非了,而以往所做的模拟和分析已经过时,需要更新。”

然而我们使用ArchiCAD 后就可以对三维模型进行更新,并且利用能量模拟工具轻松地反复地进行分析,而无需顾虑设计变更的大小和频率。很明显,这将大量节约建筑师和客户的精力和成本,使得设计前期就考虑能量问题成为一个对于双方来说都是现实、负责、经济吸引人的选择。

“假若人们希望建筑几何信息直接输入到EnergyPlus,它别无选择,只能使用ArchiCAD创建出建筑信息模型。”Bazjanac又说:“EnergyPlus的几何代表了能量模拟和分析的‘视’(View)(即热量‘视’),它使用热量区域而不是将单独的房间作为基本集合定义元素。

ArchiCAD的 IFC2x2插件是唯一可以轻松地将房间或空间整合为热量区域的程序:可以在建筑‘树’(Tree)中创建出IfcZone,并且可以在‘树’中将单独的房间/空间拖放为IfcZone。如果没有这个工具,不得不重新绘制建筑以生成热量‘视’,这需要技巧以及与建筑规模和复杂程度成正比的大量时间。”

如果对这些具体的能量分析工具感兴趣的话请访问http://www.archicad.net.cn/company/datum/Energy.pdf

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