基于能耗模拟的寒冷地区高层办公建筑节能整合设计研究高层办公建筑是我国公共建筑中建设量最大的主要类型之一,寒冷地区高层办公建筑同时需要采暖和制冷,能耗强度高、节能潜力巨大。针对常规高层办公建筑节能设计中重后期技术措施叠加轻前期
方案
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设计的问题,本文以我国中东部寒冷地区高层办公建筑为例,从空间和形态等建筑本体节能设计要素入手展开研究,旨在探索符合建筑师操作逻辑的节能设计策略、节能整合设计
方法
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和工具。本文系统梳理了国内外能耗模拟典型模型的建立方式、参数列表和参数确定方法,指出我国目前还没有可靠的典型模型数据库,模型建立的依据不足,影响研究成果的可靠性。继而,基于案例调研,建立了我国寒冷地区高层办公建筑能耗模拟典型模型,典型模型包含点式和条式两种基本的类型,涵盖了我国中东部寒冷地区的四个主要城市——天津、济南、郑州和西安。在此基础上,从空间设计、表皮设计和构造设计三个方面模拟和分析了设计要素对寒冷地区高层办公建筑能耗的影响,论证了空间和表皮设计要素具备节能效果,并筛选了基于建筑学视角的节能设计关键要素。进而,将关键要素与我国公共建筑节能设计标准对比,提出体形系数与建筑能耗之间的关系值得进一步推敲;论文分析了标准中未涵盖或存在分歧的重要指标,包括空间和表皮设计变量以及外窗太阳得热系数(SHGC值),为标准的修订提供借鉴。在以上研究的基础上,论文提出一种针对建筑方案设计阶段,基于多变量试验设计方法来制定能耗模拟方案的建筑节能整合设计方法框架,通过节能设计关键要素的筛选、构造设计要素的分类组合,建立了简化的节能整合设计流程。应用该流程对天津地区点式和条式高层办公建筑进行了节能设计,印证了方法的可行性。研究通过对比寒冷地区4个不同城市的点式高层办公建筑节能优化方案,归纳了被动式低能耗建筑设计在寒冷地区不同城市的共性和差异。采用能耗模拟方法和试验设计方法的节能整合设计流程具备一定的复杂性,针对这些问题,论文以天津市为例,按照敏感度分析工具的思路,开发了高层办公建筑节能整合设计工具。让建筑师在方案设计阶段,能够快速预知设计方案的大致能耗结果,据此可以进一步调整优化设计方案的节能表现。最后,通过案例解析验证了工具的实用价值。本文提出的建筑节能整合设计方法框架和天津地区高层办公建筑节能整合设计工具,可以启发和指导寒冷地区高层办公建筑设计过程,达到构筑高性能建筑空间形态的目的。
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