【正文】 布了《關(guān)于 進(jìn)一步推進(jìn)公共建筑節(jié)能工作的通知》。 其他國(guó)家： In LEED reference guide , the score of energy performance has been reweighted from to 10 points to 19 points. In EA Prerequisite 2: Minimum Energy Performance, and EA Credit 1 Optimised Energy Performance, a detailed whole building simulation was required to demonstrate the percentage of the energy saving. [1] 經(jīng)濟(jì) 因素 [2] 實(shí)施建筑節(jié)能具有正的外部性，即對(duì)建筑進(jìn)行節(jié)能改造或投資時(shí) ，建筑節(jié)能改造或投入的投資收益預(yù)期會(huì)小于節(jié)能所增加的投入，而節(jié)能增加的投入則必然小于社會(huì)獲得的綜合效益，從個(gè)人 角度來(lái)看或者從社會(huì)角度來(lái)看，建筑節(jié)能工作都會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì) 效益，比如建筑能耗的節(jié)約、環(huán)境質(zhì)量的改善，它還帶動(dòng)與節(jié)能相關(guān)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 人文背景 建筑是人大部分時(shí)間內(nèi)所存在的空間， 然而 建筑對(duì)于人類(lèi)的意義，早已不是一個(gè)簡(jiǎn)單的庇護(hù) 場(chǎng) 所。建筑節(jié)能，不僅是一種科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新概念，它也為人居提供了一個(gè)嶄新的 理念和更為科學(xué) 、友好 的生活 方式 ，而且住宅生態(tài)化本身也是一種必然的發(fā)展趨勢(shì) 。 采取節(jié) 能型的設(shè)備為人體提供相似甚至更舒適的居住環(huán)境，是建筑節(jié)能 對(duì) 公眾的 主要 吸引力 。現(xiàn)今許多房地產(chǎn)商應(yīng)用一些節(jié)能的新技術(shù)造的商品房，即使略高的價(jià)格仍受到廣泛好評(píng)也說(shuō)明了建筑南京大學(xué) 人居環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展 新生研討課論文 ~ 5 ~ 節(jié)能的群眾基礎(chǔ)。 計(jì)算機(jī)模擬是指建立研究對(duì)象的數(shù)學(xué)模型或描述模型并在計(jì)算機(jī)上加以體現(xiàn)和試驗(yàn) 提出背景 當(dāng)人們?cè)O(shè)計(jì)和構(gòu)造復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)，或研究自然界、人類(lèi)社會(huì)中漫長(zhǎng)的演變過(guò)程和不易重復(fù)試驗(yàn)的事物時(shí)，若對(duì)研究對(duì)象本身進(jìn)行試驗(yàn)，從時(shí)間、人力、物力等因素考慮要付出昂貴的代價(jià)，甚至不可能進(jìn)行。因此，需要制造一個(gè)模 型來(lái)進(jìn)行各種試驗(yàn)。 模型探索 為了對(duì)系統(tǒng)模擬，首先要確定或表達(dá)所要研究的系統(tǒng)。用數(shù)學(xué)模型能較方便地確定一個(gè)系統(tǒng)，全面地反映對(duì)系統(tǒng)的已有認(rèn)識(shí)或需要驗(yàn)證的假設(shè) ,但缺乏直觀性 ,也不便于進(jìn)行試驗(yàn)。在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步作出實(shí)物模型 ,它體現(xiàn)人們所要求的真實(shí)系統(tǒng)有關(guān)的性質(zhì) ,但在形式和規(guī)模上不必與真實(shí)系統(tǒng)完全一致。用實(shí)物模型試驗(yàn)比較直觀、可信，但仍不夠經(jīng)濟(jì)和方便。 可編程序的數(shù)字計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以后，因它具有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理能力，可把數(shù)學(xué)模型編制成計(jì)算機(jī)程序，提供新的、通用的試驗(yàn)方法 應(yīng)用領(lǐng)域 計(jì)算機(jī)模擬通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，幫助人們了解系統(tǒng)的性能 ,檢驗(yàn)預(yù)想的假設(shè) ,進(jìn)行系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)或評(píng)估，還可提供相當(dāng)逼真的環(huán)境，借以培養(yǎng)和訓(xùn)練人員。 當(dāng)今社會(huì)， 計(jì)算機(jī)模擬已成為工程研制、自然學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)問(wèn)題研究、教學(xué)訓(xùn)練活動(dòng)、軍事研究、組織管理等許多領(lǐng)域中的一個(gè)有力的工具。 的應(yīng)用背景 計(jì)算機(jī)能耗模擬技術(shù)是為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的。建筑師可以方便地在設(shè)計(jì)過(guò)程中的任何階段對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行節(jié)能評(píng)估。建筑師只要輸入方案模型，即可在軟件中完成對(duì)設(shè)計(jì)方案的熱工性能、天然光、人工照明、日照、和經(jīng)濟(jì)分析以及了 解建筑對(duì)環(huán)境的影響。這些分析結(jié)果可以幫助建筑師在設(shè)計(jì)階段時(shí)比較不同方案的優(yōu)劣，從而做出更加節(jié)能的選擇。 [3] 建筑能耗模擬可以應(yīng)用于兩種類(lèi)型的建筑：新建建筑和既有建筑。對(duì)于新建建筑，通過(guò)建筑能耗的模擬與分析對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較和優(yōu)化，使其符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析等；對(duì)于既有建筑，需要進(jìn)行建筑能耗的模擬和分析計(jì)算基準(zhǔn)能耗和節(jié)能改造方案的能耗等。 [4] 計(jì)算機(jī)模擬 的 基本原理 ①形成問(wèn)題，明確模擬的目的和要求。 南京大學(xué) 人居環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展 新生研討課論文 ~ 6 ~ ②盡可能收集和處理系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù) 。 ③形成數(shù)學(xué) 模型，找出組成系統(tǒng)的各個(gè)部件，并描述它們?cè)诟鲿r(shí)刻的狀態(tài)的有關(guān)變量（一般包括輸入變量、狀態(tài)變量和輸出變量）或參數(shù)；確定各部件之間相互作用和影響的規(guī)則，即這些描述變量之間的函數(shù)關(guān)系。選擇參數(shù)和變量的時(shí)候，還須考慮它們能否辨識(shí)或求解，以及模型最后是否適于根據(jù)真實(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。 ④根據(jù)收集的數(shù)據(jù)確定或估計(jì)模型中的參數(shù)，并選擇模型的初始狀態(tài)。 ⑤設(shè)計(jì)邏輯或信息的流程圖，直至編制出計(jì)算機(jī)程序。 ⑥程序驗(yàn)證 ,檢驗(yàn)程序與數(shù)學(xué)模型之間的一致性 ,以及輸入量的合理性。 ⑦進(jìn)行模擬試驗(yàn)，對(duì)給定的輸入在計(jì)算機(jī)上執(zhí) 行程序。 ⑧結(jié)果數(shù)據(jù)分析，收集和整理試驗(yàn)結(jié)果并作出解釋。必要時(shí)可改變輸入量或部分模型結(jié)構(gòu)，重新進(jìn)行試驗(yàn)。 ⑨模型確認(rèn)，檢驗(yàn)由模型所得的結(jié)果與真實(shí)系統(tǒng)的性能數(shù)據(jù)的一致性程度。 建模 的基本原理 [5] 用來(lái)模擬建筑能耗的數(shù)學(xué)模型由三個(gè)部分組成： (1)輸入變量，包括可控制的變量和無(wú)法控制的變量 (如天氣參數(shù) )(2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特性，即對(duì)于建筑系統(tǒng)的物理描述 (如建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱特性、空調(diào)系統(tǒng)的特性等 )(3)輸出變量，系統(tǒng)對(duì)于輸入變量的反應(yīng)，通常指能耗。在輸入變量和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特性這兩個(gè)部分確定之后，輸出變量 (能 耗 )就可以得以確定。 因應(yīng)用的對(duì)象和研究目的的不同，建筑能耗模擬的建模方法可以分為兩大類(lèi)：正向建模的方法 (forward modeling)和逆向建模 (inverse modeling)的方法 ?。前者用于新建建筑，后者用于既有建筑。 正向建模方法 (經(jīng)典方法 )：在輸入變量和系統(tǒng)機(jī)構(gòu)與特性確定后預(yù)測(cè)輸出變量 (能耗 )。這種建模方法從建筑系統(tǒng)和部件的物理描述開(kāi)始，例如，建筑幾何尺寸、地理位置、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱特性、設(shè)備類(lèi)型和運(yùn)行時(shí)間表、‘空調(diào)系統(tǒng)類(lèi)型、建筑運(yùn)行時(shí)間表、冷熱源設(shè)備等。建筑的峰值和平均能耗就可以用建立的模型 進(jìn)行預(yù)測(cè)和模擬。 逆向建模方法 (數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法 )：在輸入變量和輸出變量已知或經(jīng)過(guò)測(cè)量后已知時(shí)，估計(jì)建筑系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，建立建筑系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述。與正向建模方法不同，這種方法用已有的建筑能耗數(shù)據(jù)來(lái)建立模型。建筑能耗數(shù)據(jù)可以分為兩種類(lèi)型：設(shè)定型和非設(shè)定型。所謂設(shè)定型數(shù)據(jù)是指在預(yù)先設(shè)定或計(jì)劃好的實(shí)驗(yàn)工況下的建筑能耗數(shù)據(jù)；而非設(shè)定型數(shù)據(jù)則是指在建筑系統(tǒng)正常運(yùn)行狀況下獲得的建筑能耗數(shù)據(jù)。逆向建模方法所建立的模型往往比正向建模方法簡(jiǎn)單，而且對(duì)于系統(tǒng)性能的未來(lái)預(yù)測(cè)更 為準(zhǔn)確。 [6] 詳細(xì)的建筑能耗模擬軟件按 照系統(tǒng)模擬策略可分為兩類(lèi)：順序模擬和同步模擬 在順序模擬方法中，首先計(jì)算建筑全年冷熱負(fù)荷，然后計(jì)算二次空調(diào)設(shè)備的負(fù)荷和能耗，接著計(jì)算一級(jí)空調(diào)設(shè)備的負(fù)荷和能耗，最后進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。在順序模擬方法中，每一步的輸出結(jié)果是下一步的輸入?yún)?shù)。 順序模擬方法節(jié)約計(jì)算機(jī)內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間，但是建筑負(fù)荷、空調(diào)系統(tǒng)和集中式空調(diào)機(jī)組三者之間缺乏聯(lián)系；如果空調(diào)設(shè)備滿足不了建筑冷熱負(fù)荷的要求，就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。在同步模擬方法中，考慮了建筑負(fù)荷、空調(diào)系統(tǒng)和集中式空調(diào)機(jī)組之間的相互聯(lián)系。同步模擬方法與順序模擬方法不同，在每一時(shí)間段同時(shí)對(duì)建筑冷 熱負(fù)荷、空調(diào)設(shè)備和機(jī)組進(jìn)行模擬、計(jì)算。同步模擬法提高了模擬的準(zhǔn)確性，但需要更多的計(jì)算機(jī)內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間。 南京大學(xué) 人居環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展 新生研討課論文 ~ 7 ~ 具體 類(lèi)型和應(yīng)用 幾種常見(jiàn)軟件簡(jiǎn)介 DOE2 ： 采用傳遞函數(shù)法模擬計(jì)算建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)室外天氣的時(shí)變響應(yīng)和內(nèi)部負(fù)荷，通過(guò)圍護(hù)機(jī)構(gòu)的熱傳遞所形成的逐時(shí)冷、熱負(fù)荷采用反應(yīng)系數(shù)(response． factor)法計(jì)算；建筑內(nèi)部蓄熱材料對(duì)于瞬時(shí)負(fù)荷 (如太陽(yáng)輻射得熱、內(nèi)部負(fù)荷 )的響應(yīng)采用權(quán)系數(shù) (weighting factor)計(jì)算。 該軟件采用順序模擬法，由四個(gè)模塊 (Loads，Systems， Plant， Economics)組成，模塊之間沒(méi)有反饋?？諝鉁囟葯?quán)系數(shù)被用來(lái)計(jì)算 因系統(tǒng)設(shè)置和運(yùn)行而產(chǎn)生的室內(nèi)逐時(shí)溫度 。 DOE2的最新版本為 DOE2． 3。 DOE2． 3增加了由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和其他部件組成的制冷環(huán)路 (refrigeration loops)，因此具備對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)模擬的能力。 BLAST BLAST 是“局部相似性基本查詢(xún)工具” (Basic Local Alignment Search Tool)的 縮寫(xiě) ,是由美國(guó)國(guó)立生物技術(shù)信息中心（ NCBI）開(kāi)發(fā)的一 個(gè)基于序列相似性的數(shù)據(jù)庫(kù)搜索程序。 Blast 是一個(gè)序列相似性搜索的程序包，其中包含了很多個(gè)獨(dú)立的程序，這些程序是根據(jù)查詢(xún)的對(duì)象和數(shù)據(jù)庫(kù)的不同來(lái)定義的。比如說(shuō)查詢(xún)的序列為核酸，查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)亦為核酸序列數(shù)據(jù)庫(kù)，那么就應(yīng)該選擇 blast 程序。 Energy Plus： Energy Plus 是一個(gè)全新的軟件，它不僅吸收了DOEo2 和 BLAST 的優(yōu)點(diǎn)，并且具備很多新的功能。Energy Plus 被認(rèn)為是用來(lái)替代 DOE2的新一代的建筑能耗分析軟件。 Energy Plus于 2020年 4月正式發(fā)布 Energy Plus 是一個(gè)建筑能耗逐時(shí)模擬引擎，采用集成同步的負(fù)荷／系統(tǒng)／設(shè)備的模擬方法。在計(jì)算負(fù)南京大學(xué) 人居環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展 新生研討課論文 ~ 8 ~ 荷時(shí)，時(shí)間步長(zhǎng)可由用戶選擇，一般為 10 到 15 分鐘。在系統(tǒng)的模擬中，軟件會(huì)自動(dòng)設(shè)定更短的步長(zhǎng) (小至數(shù)秒，大至 1 小時(shí) )以便于更快地收斂。 Energy Plus 采用 CTF (Conduction Transfer Function)來(lái)計(jì)算墻體傳熱，采用熱平衡法計(jì)算負(fù)荷。CTF實(shí)質(zhì)上還是一種反應(yīng)系數(shù)，但它的計(jì)算更為精確，因?yàn)樗腔趬w的內(nèi)表面溫度，而不同于一般的基于室內(nèi)空氣溫度的反應(yīng)系數(shù)。在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)，程序從建筑 內(nèi)表面開(kāi)始計(jì)算對(duì)流、輻射和傳濕。由于程序計(jì)算墻體內(nèi)表面的溫度，可以模擬輻射式供熱與供冷系統(tǒng)，并對(duì)熱舒適進(jìn)行評(píng)估。區(qū)域之間的氣流交換可以通過(guò)定義流量和時(shí)間表來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的模擬，也可以通過(guò)程序鏈接的 COMS 模塊對(duì)自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)及煙囪效應(yīng)等引起的區(qū)域間的氣流和污染物的交換進(jìn)行詳細(xì)的模擬。窗戶的傳熱和多層玻璃的太陽(yáng)輻射得熱可以用 WINDOW5 計(jì)算。遮陽(yáng)裝置可以由用戶設(shè)定，根據(jù)室外溫度或太陽(yáng)入射角進(jìn)行控制。人工照明可以根據(jù)日光照明進(jìn)行調(diào)節(jié)。在 Energy Plus中采用各向異性的天空模型對(duì) DOE2的日光照明模型進(jìn) 行了改進(jìn)，以更為精確地模擬傾斜表面上的天空散射強(qiáng)度。 ESPr: ESPr 是由位于格拉斯哥的斯特拉思克萊德大學(xué)能源系統(tǒng)研究中心（ Energy System Research Unit）開(kāi)發(fā)的一款綜合建筑模擬分析軟件， ESPr 具有悠久的歷史和豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， Joe Clarke 教授及其同事早在 20 世紀(jì) 70 年代就著手于相關(guān)的研究和開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在 ESPr 在科研和工程領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛并得到了用戶的一致好評(píng)。其基本的分析方法為計(jì)算流體力學(xué)（ Computing Fluid Dynamic ，簡(jiǎn)稱(chēng) CFD ）中的有限容積法（ Finite Volume Method ），可以對(duì)建筑內(nèi)外空間的溫度場(chǎng)、空氣流場(chǎng)以及水蒸汽的分布進(jìn)行模擬，因此它不僅可以對(duì)建筑能耗進(jìn)行模擬，還可以對(duì)建筑的舒適度，采暖、通風(fēng)、制冷設(shè)備的容量及效率，氣流狀態(tài)等參量 做 出綜合的評(píng)估。除此之外，該軟件還集成了對(duì)新的可再生能源技術(shù) ( 如光伏系統(tǒng)、風(fēng)力系統(tǒng)等 ) 的分析手段。 功能： ESPr 是在歐洲應(yīng)用非常廣泛的建筑能耗模擬分析軟件。 Espr 采用了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)中常用的有限體積法，不需要對(duì)基本傳熱方程進(jìn)行線性化處理，相對(duì)于反 應(yīng)系數(shù)法來(lái)說(shuō)，其具有較高的靈活性和更寬廣的適用范圍，但同時(shí)對(duì)硬件要求也有一定程度的提高。 Espr 是一個(gè)集成化的模擬分析工具，除了可以模擬建筑中的聲、光、熱以及流體流動(dòng)等現(xiàn)象外，還可以對(duì)建筑能耗以及溫室氣體排放 做 出評(píng)估，其可模南京大學(xué) 人居環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展 新生研討課論文 ~ 9 ~ 擬的領(lǐng)域幾乎涵蓋了建筑物理及環(huán)境控制的各個(gè)方面。 Ecotect ECOTECT 是當(dāng)今市場(chǎng)上最全面最具創(chuàng)新的建筑分析軟件。它提供了友好的三維建模設(shè)計(jì)界面，并提供了用途廣泛的性能分析和仿真功能。 ECOTECT 與眾不同之處在于它完全可視化的物理計(jì)算過(guò)程回饋。使用 ECOTECT 作前期 的方案設(shè)計(jì)感覺(jué)就像最終確定方案一樣的精確。 ECOTECT 讓設(shè)計(jì)者在建筑形式確認(rèn)前就可以了解建筑的相關(guān)特性。您可以通過(guò)一份詳細(xì)的氣候分析資料計(jì)算出多種被動(dòng)設(shè)計(jì)方案的潛在使用效率，并優(yōu)化太陽(yáng)能系統(tǒng)，照明系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)。在逐步