寒冷地区居住建筑体型设计参数与建筑节能的定量关系研究
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摘要
随着世界能源问题的日益严重，节能研究尤其是针对建筑节能的研究已成为全球各界共同关注的主题。目前，世界各国均对建筑节能进行了深入的研究，在建筑新材料、新工艺、新的建筑构件及构造方式、以及采用新能源等方面都有了很大的发展。但是缺少在考虑太阳辐射因素对能耗影响的情况下，对建筑的节能体型设计的研究。研究建筑体型设计参数与节能的定量关系，可以促进建筑节能设计理论的发展，能够在建筑方案阶段就很好的控制节能效果，将十分有利于整个节能设计工作的开展。
本文首先分析寒冷地区居住建筑体型设计的特点，提取出对建筑节能具有影响效果的建筑体型设计参数——平面形状、平面长度、宽度以及建筑高度，并选择天津市已建成的住宅进行调研，对得到的设计参数进行阈值确定。
其次，通过对目前主流能耗模拟软件的对比分析，确定选择DesignBuilder软件对居住建筑设计参数与能耗的关系进行模拟研究。并结合该软件的特点，对能耗模型的边界条件及模拟方法进行确定。
然后，分别以住宅平面形状、平面长度、平面宽度以及建筑高度为变量，进行能耗模拟实验。采用统计学的方法，对模拟结论进行回归分析及对相应的变量进行方差分析，得到建筑能耗随设计变量的变化趋势、各个变量对能耗的影响程度以及与能耗的定量关系式。
再则，综合之前得到的所有能耗模拟数据，得到表示平面长度、宽度、建筑高度与能耗关系的函数关系式，以达到最小能耗为条件，求出最有利节能的各设计参数的取值。并用窗墙比、围护结构传热系数对得到的体型进行约束。按照得到的定量关系式，开发“居住建筑节能体型优化设计系统”，用于对住宅设计方案进行节能效果判断。
最后，对天津市既有住宅进行现场能耗检测。并采用“居住建筑节能体型优化设计系统”进行节能效果对比，分析四种数据的差异性，验证建筑节能设计系统的可靠性。
With the worsening of the world's energy problems, the research on energyconservation especially on building energy efficiency has become a common subjectof concern in the world. At present, the building energy efficiency in-depth study onthe construction of new materials, new processes, new building components andconstruction methods, and the use of new energy has a lot of development. But thereis no study on energy-saving building design considering solar radiation factors whichimpacted on energy consumption. The study on the quantitive relationships betweenbuilding design parameters and building energy-saving, can promote the developmentof the theory of building energy-saving design，and can be a good control ofenergy-saving effect in architecture design will be very beneficial to the wholeenergy-saving design work.
For the first, this paper analyzes the characteristics of residential buildingsbodydesign in the cold regions, to extract the building body design parameters whichaffected building energy efficiency, such as shape of plane, flat length, flat width andbuilding height. Then the author took a research on residential buildings in Tianjin, todetermine the threshold of the design parameters.
Secondly, comparing and analysising of the main energy simulation softwarecurrently, the paper selected the DesignBuilder to study the relationship betweenresidential building design parameters and energy consumption through simulation.And according to the characteristics of the software, the author determined theboundary conditions and simulation methods of the energy consumption models.
Thirdly, with the residential flat shapes, flat length, flat width and building heightas the variables, energy simulation experiments were done. Using statistical methods,this paper used regression analysis to handle analog conclusions and analysisedvariance of the corresponding variable, to get the trend of building energyconsumption with the design variables, the impact of various variables on energyconsumption and the quantitative relationship between various variables and energyconsumption.
Furthermore, the author integrated all datas of energy simulation to get thefunctional relation sounds the relationship between plane length, width, height and thebuilding energy consumption. Then the values of design parameters which has the most favorable energy-efficient were found in order to achieve the minimum energycondition. And the building was adjusted using the values of window to wall and heattransfer coefficient of building envelope. In accordance with the quantitativerelationship, this study developed the residential building body energy efficiencyoptimization design system, for residential designenergy-saving effect of judgment.
Finally, the author tested the energy consumption of built residential buildings inTianjin, and obtained the buildings’ energy consumption using the residential buildingbody energy efficiency optimization design system. And this paper analysised the fourdatas to verify the reliability of the building energy-saving design system.
本文首先分析寒冷地区居住建筑体型设计的特点，提取出对建筑节能具有影响效果的建筑体型设计参数——平面形状、平面长度、宽度以及建筑高度，并选择天津市已建成的住宅进行调研，对得到的设计参数进行阈值确定。
其次，通过对目前主流能耗模拟软件的对比分析，确定选择DesignBuilder软件对居住建筑设计参数与能耗的关系进行模拟研究。并结合该软件的特点，对能耗模型的边界条件及模拟方法进行确定。
然后，分别以住宅平面形状、平面长度、平面宽度以及建筑高度为变量，进行能耗模拟实验。采用统计学的方法，对模拟结论进行回归分析及对相应的变量进行方差分析，得到建筑能耗随设计变量的变化趋势、各个变量对能耗的影响程度以及与能耗的定量关系式。
再则，综合之前得到的所有能耗模拟数据，得到表示平面长度、宽度、建筑高度与能耗关系的函数关系式，以达到最小能耗为条件，求出最有利节能的各设计参数的取值。并用窗墙比、围护结构传热系数对得到的体型进行约束。按照得到的定量关系式，开发“居住建筑节能体型优化设计系统”，用于对住宅设计方案进行节能效果判断。
最后，对天津市既有住宅进行现场能耗检测。并采用“居住建筑节能体型优化设计系统”进行节能效果对比，分析四种数据的差异性，验证建筑节能设计系统的可靠性。
With the worsening of the world's energy problems, the research on energyconservation especially on building energy efficiency has become a common subjectof concern in the world. At present, the building energy efficiency in-depth study onthe construction of new materials, new processes, new building components andconstruction methods, and the use of new energy has a lot of development. But thereis no study on energy-saving building design considering solar radiation factors whichimpacted on energy consumption. The study on the quantitive relationships betweenbuilding design parameters and building energy-saving, can promote the developmentof the theory of building energy-saving design，and can be a good control ofenergy-saving effect in architecture design will be very beneficial to the wholeenergy-saving design work.
For the first, this paper analyzes the characteristics of residential buildingsbodydesign in the cold regions, to extract the building body design parameters whichaffected building energy efficiency, such as shape of plane, flat length, flat width andbuilding height. Then the author took a research on residential buildings in Tianjin, todetermine the threshold of the design parameters.
Secondly, comparing and analysising of the main energy simulation softwarecurrently, the paper selected the DesignBuilder to study the relationship betweenresidential building design parameters and energy consumption through simulation.And according to the characteristics of the software, the author determined theboundary conditions and simulation methods of the energy consumption models.
Thirdly, with the residential flat shapes, flat length, flat width and building heightas the variables, energy simulation experiments were done. Using statistical methods,this paper used regression analysis to handle analog conclusions and analysisedvariance of the corresponding variable, to get the trend of building energyconsumption with the design variables, the impact of various variables on energyconsumption and the quantitative relationship between various variables and energyconsumption.
Furthermore, the author integrated all datas of energy simulation to get thefunctional relation sounds the relationship between plane length, width, height and thebuilding energy consumption. Then the values of design parameters which has the most favorable energy-efficient were found in order to achieve the minimum energycondition. And the building was adjusted using the values of window to wall and heattransfer coefficient of building envelope. In accordance with the quantitativerelationship, this study developed the residential building body energy efficiencyoptimization design system, for residential designenergy-saving effect of judgment.
Finally, the author tested the energy consumption of built residential buildings inTianjin, and obtained the buildings’ energy consumption using the residential buildingbody energy efficiency optimization design system. And this paper analysised the fourdatas to verify the reliability of the building energy-saving design system.
引文
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