1、林波荣 教授，院长助理 清华大学建筑学院 2018年4月3日 性能导向的绿色建筑设计优化 第14届国际绿色建筑与建筑节能大会，2018，珠海 2 2015年，我国新建绿色建筑项目占总新建建筑项目比例为28%， 基本达到世界平均水平。 我国绿色建筑面临从“量”到“质”转变的巨大需求 2030年中国碳排放达峰承诺 全世界 中国 市场需求 环境需求 客户需求 健康社区 做正确的事 客户需求 环境需求 市场需求 做正确的事 民用建筑能耗标准生效 从设计到运维可能的技术路径 3 绿色性能计算标准化 绿色建筑创新设计 绿色运维智慧化 绿色建筑设计中“聪明箭头气” 4 绿色建筑涉及定量化性能计算指标较多 52、 国际上性能模拟标准化进展调研 6 建筑能耗和热环 境模拟 建筑光环境模拟 IEA/SHC 子课题34（BESTEST）为能耗模拟软件建 立系统的测试和验证方法 ASHRAE/ANSI标准明确规定了评估建筑热环境模拟 的相关软件技术水平的测试流程（ASHRAE 2007） 在过去的20年里有很多利用室内照度实测值的验证 研究。特别是RADIANCE光线追踪法（Ward and Rubinstein 1988）已经得到系统的研究（Mardaljevic 1995， Reinhart and Walkenhorst 2001， Reinhart and Andersen 2006） IEA/SHC3、 子课题21(1999)/31(2004) 针对一部分软件进 行了系统测试（ Adeline 1.0/ Lighscape 3.2/ Relux Professional 2004 ） 然而对于天然采光软件却没有形成能耗模拟的一套标 准化的测试流程 建筑风环境模拟 日本AIJ （2005） 欧洲COST （2002） 存在的问题：现有标准规范不能满足绿色 建筑性能计算方法标准化与规范化的要求 发达国家绿色建筑相关标准/体系同样涉及了大量的建筑 绿色性能计算问题，大部分都已标准化，我国标准的相 关工作则有待体系化推进 7 分类/计算是否 标准化 LEEDDGNBCASBEEBREEAM 我国 绿4、标 室外风环境/Y/N 热岛/Y/N 自然通风/Y/N/Y/Y/N 天然采光/Y/Y/Y/N 日照/Y/Y 热舒适/Y/Y/Y/Y/N 能耗/Y/Y/Y/Y/N? 噪声/N/N 碳排放/N/Y/Y/Y/N? 生命周期评价/Y/Y/Y 3. 3.风环境模拟风环境模拟：不同网格设定：不同网格设定 Case A:网格设定70*75*20Case B:网格设定34*37*10 不同网格划分室外风场分布存在差异，室外平均风 速Case A为2.7m/s，Case B为2.3m/s，相差 14.8% 不同网格划分对建筑背风面绕流区的影响 对于建筑底部的风速计算结果影响较大 K-e 模型模型 U1 0 0.5、5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 -202468 79X33X36 59X24X27 38X16X18 U(m/s)U(m/s) z/bz/b 2. 2.光环境采光系数计算光环境采光系数计算 Case A:反射次数5Case B:反射次数2 Case A DA均值86.1%，Case B DA均 值66.7%，相差22.5% 参考标准 气候数据来源 模拟软件 计算指标 参数设定 计算域设定 网格划分 研究表明-绿色建筑相关性能计算不标准化会带 来30%200%的误差 8 1.供暖空调负荷预测差别 存在的问题：现有标准规范不能满足绿色 建筑性能计算方法标准化与规范化的要求 国家和地方提6、出了对绿色建筑星级划分的要求，涉及大 量的与建筑绿色性能计算相关的内容 这些性能计算的准确与否，直接关系到建筑星级/分数的 高低，进而影响绿色星级的判定，以及相关财政激励政 策和补贴的落实 对北京、上海、江苏等地获得绿色建筑评价标识项目的100多 个项目性能标准化进行了统计分析 其中室外风环境评价中，住宅项目应用模拟计算的占了80%， 公建项目中占了65%;室内光环境评价中，住宅项目应用模拟计 算的占41%了，公建项目中占了73%;热岛效应评价中，住宅项 目中应用模拟计算的占了16%;自然通风评价中，住宅项目56% 应用模拟计算方法，公建项目则为80%;能耗评价中，住宅项目 进行模拟计算的为47、4%，公建为64%。 9 存在的问题：现有标准规范不能满足绿色 建筑性能计算方法标准化与规范化的要求 一些省市（如北京）正在大力推进超低能耗绿色 建筑发展（奖励800-1000元/平米），但是里面 涉及公共建筑节能60%的要求也没有细化，事实 上是参照绿色建筑评价标准相同要求 10 工程建设行业标准民用建筑绿色性能计算标准 计划起止年限：2015.12017.12 报批年限：2017.12 主编单位：清华大学 林波荣 参编单位： 11 广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 GUANGDONG PROVINCIAL ACADEMY OF BUILDING RESEARCH GROUP Co.,L8、td. 12 主要参编人员 林波荣王清勤杨仕超孟庆林冯 雅周 辉燕 达 杨 柳郝 斌钱 华刘 京丁 勇燕 翔罗 涛 13 主要起草人员及审查人员 标准主要起草人员： 标准主要审查人员： 林波荣 王清勤 周辉 杨仕超 郝军 孟庆林 冯雅 钱华 燕达 季亮 郝斌 罗涛 杨柳 刘京 丁勇 燕翔 刘加根 高庆龙 王鹏 刘建华 李琼 彭渤 彭军芝 马扬 赵洋 闫国军 潘振 周浩 张德银 李紫微 罗智星 张滨 梁楠 余琼 李德英 栾景阳 曹永敏 潘毅群 龚延风 鲍宇清 刘刚 吴会军 许远超 王云新 李本强 14 2017.10.23在清华大学完成专家评审，10月底已完成标准报批稿提交 标准重点内容介绍 标9、准 框架 1.总则 2.术语 3.基本规定 4.场地室外物理环境 室外风环境 热岛强度 环境噪声 5.建筑节能与碳排放 建筑围护结构 建筑供暖通风空调季照明系统能耗 可再生能源 碳排放 6.室内环境质量 自然通风 气流组织、热湿环境与空气品质 室内光环境 室内声环境 15 重点内容|室外风环境模拟标准化 规范气象参数（附录） 湍流模型/边界条件 -首选标准k-模型或其修正模型 -高度方向上风速梯度分布 16 重点内容|室外风环境模拟标准化 计算域范围/物理建模范围 5H 5H 5H 10H 水平面示意 IN OUT 建模范围12H 5H H 垂直面示意 网格精度 -人行区高度（1.5m以下区域10、）网格不应少于3个 -网格过渡比不宜大于1.3 17 重点内容|热岛强度模拟标准化 太阳辐射 -考虑太阳直射和散射 -考虑各表面间多次反射辐射和长波辐射 下垫面参数 -材料物性和吸收率、反射率、渗透率，蒸发率 考虑植物水体等景观要素、建筑空调室 外机散热等长期人工热源的影响 下垫 面 道路 （沥 青） 混 凝 土 砖石 土壤 （黑 土） 沙 漠 草水 吸收 率 0.8- 0.95 0.6 5- 0.9 0.6- 0.8 0.65 -0.8 0.6- 0.96 0.5 5- 0.8 5 0.74 - 0.84 0.9- 0.97 下垫面及建筑表面吸收率 18 重点内容|室外环境噪声模拟标准化 计11、算域 -对目标建筑物有反射声影响的区域范围 内的建筑物 物理模型 -建筑物放置无地面环境中进行模拟，考 虑地形 网格精度 -水平声接收面距离地面高度为1.2m1.5m -建筑立面声接收面距建筑物应为1m -等大的正方格 -声接收面网格宜采用3m10m的正方形网格 -对有起伏的地形宜采取优化接收面网格，网格面可随 着地形过渡变化。 计算参数 -室外噪声源 -屏障的吸声与隔声 设置屏障前后垂直噪声分析 19 重点内容|建筑节能计算标准化 规范气象参数 -推荐建筑节能气象参数标准 JGJ/T 346 规范参考建筑与设计建筑计算条件 -采用同一版本计算软件和相同的典型气象 年数据 -体型、朝向、房间使12、用功能和系统划分应 一致 -室内参数设定、作息一致 -二者仅围护结构热工不同 20 重点内容|建筑节能计算标准化 规范计算工具 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1/12/13/14/15/16/17/18/19/110/1 11/1 12/1 kW 全年逐时空调负荷全年逐时空调负荷 热负荷（kW）冷负荷（kW） 可计算全年8760h逐时负荷 考虑围护结构热惰性 模型按建筑体型、朝向、房间使用功能和系统 划分简化 软件可计算10个及以上建筑分区 具有冷热源、风机和水泵的设备选型功能 具有冷热源、风机和水泵的部分负荷运行效率曲线功能 21 重点内容|建筑13、节能计算标准化 规范化室内参数及作息（附录C） （办公、商业、宾馆、教育、医疗卫生、交通、体育、观演、展览） 规定了各类功能建筑的空气调节和供暖系统运行时间、房间设定温度、照明功率密度值及 开关时间、房间人均占有的使用面积及在室率、人员新风量及新风机组运行时间表、电器 设备功率密度及使用率设置 22 重点内容|建筑节能计算标准化 规范建筑供暖通风空调参照系统和设计系统的系统形式和参数设置方法 -如对于居住建筑 23 重点内容|建筑节能计算标准化 规范冷热源、水泵参数设置、风系统设置 -针对不同冷源类型规定了能耗计算的方法，特别是直燃机 -输配系统的能耗计算方法以及参照系统输配系统的水泵选取原则14、 -针对不同系统的新风取值进行规定 -规定新风或空调系统或风机盘管送风耗功率和空调送风系统的能耗计算方法 规范通风系统能耗计算方法 规范照明能耗计算方法 24 重点内容|可再生能源 规范可再生能源（光热、光电）计算方法 -如第5.4.3条 太阳能光电计算 25 重点内容|碳排放计算 建筑碳排放计算包括建材生产及运输阶段碳排放量和建筑运行阶段碳排放量 建材生产阶段 碳排放量 原材料开采加工和 运输过程的碳排放 建材生产过程的直 接碳排放 相关能源消耗的碳 排放 建材运输阶段 碳排放量 建材用量 平均运输距离 单位重量运输距离 碳排放因子 建筑运行阶段 碳排放量 供暖空调通风、照 明、电梯、炊事和15、 生活热水等系统能 耗和对应能源种类 的碳排放因 排放因子应按项目 所在区域大电网排 放因子确定子 26 区域网络模拟方法 -建筑通风拓扑路径图 -通风洞口阻力模型及参数 -洞口压力边界条件； -洞口压力条件或风压系数； 重点内容|自然通风模拟标准化 27 计算流体力学方法 -通风口开口面积应按实际的可通风面积设置 -考虑室内隔断 -多尺度网格（网格过渡比不宜大于1.5） -湍流模型（标准k-模型及其修正模型） 重点内容|自然通风模拟标准化 28 计算流体力学方法 -计算域 -模型构建 -网格划分（网格过渡比不宜大于1.3） -湍流模型（标准k-模型及其修正模型） -热边界条件（三类热边界条件16、室内热扰） 重点内容|气流组织、热湿环境与空气品质 模拟对象为封闭空间且采用机械通风、空调供 暖系统时，计算域为该空间 有显著影响的计算域内物体，精细建模 29 计算方法 -采用光线追踪法计算时， 光线反射次数不应低于5次 重点内容|室内光环境 天空模型 -采光系数计算选用全阴天模型 -窗的不舒适眩光计算宜选择标准全阴天空 模型和全晴天空模型 面积S（m2）d（m）dq（m） 200.250.5dq1 20S500.51dq2 5011dq2 网格划分 -采光测量方法GB/T 5699 30 重点内容|室内光环境 物理模型 -包括周边建筑物、建筑各个功 能房间、建筑门窗（含窗台 高）、建筑物17、各类外挑构件 - 影响地下采光的主要地上建筑 物 -包含显著影响采光或遮阳的构 件 -建筑饰面材料的反射比和建筑 门窗的光学性能 -特殊采光构件如导光管、百叶 窗可简化为窗 分层拉丝式垂直绿化 特朗勃墙（透过率0.62） 聚碳酸酯外遮阳（透过率0.9） 阳光房（透过率0.62）南向反光板(反射率0.85）外延遮阳托盘 影响采光的构建解析 31 重点内容|室内声环境 规范室内声环境的计算原则 -室内噪声级预测分析 -围护结构类型和隔声性能计算 -轻质屋顶雨噪声隔声计算 -大空间混响时间计算 室内噪声声压级分布图 32 重点内容|性能计算专项报告（10个） 规范报告形式 -工程概况 -计算依据 -18、计算软件 -计算设定 -结果分析与结论 室外风环境 热岛强度 光污染 室外噪声 建筑节能 碳排放 自然通风 天然采光 室内噪声 33 技术路径2 34 绿色性能计算标准化 绿色建筑创新设计 绿色运维智慧化 实际建成后的遮阳设计 遮阳及采光模拟模型遮阳及采光模拟模型 遮阳及采光模拟辅助设计 中国建筑设计研究院新办公楼（5万平米） 自然通风模拟辅助设计自然通风模拟辅助设计 37 上海莘庄办公楼上海莘庄办公楼 （全国绿色建筑创新奖二等奖，（全国绿色建筑创新奖二等奖，2011） 建筑设计：张宏儒建筑设计：张宏儒 技术分析：李紫微，林波荣技术分析：李紫微，林波荣 天津塘沽新农村建设办公楼天津塘沽新农村建19、设办公楼 （中国建筑学会优秀设计一等奖，（中国建筑学会优秀设计一等奖，2012） 建筑设计：清城华筑建筑设计院建筑设计：清城华筑建筑设计院 技术支持：林波荣技术支持：林波荣 结合造型创意结合造型创意（“遮阳“遮阳生长的延续生长的延续”） 长度长度(m)(m)外遮阳系数外遮阳系数SDSD 方案一方案一 A A0.40.4东东南南西西北北 B B0.60.60.720.720.670.670.730.730.620.62 方案二方案二 A A0.350.35东东南南西西北北 B B0.500.500.720.720.660.660.720.720.610.61 方案三方案三 A A0.50.5东东20、南南西西北北 B B1.01.00.770.770.720.720.770.770.670.67 左图：无幕墙，左图：无幕墙，1439Wh/m2 1439Wh/m2 ；右图：有幕墙，；右图：有幕墙，1055Wh/m21055Wh/m2 遮阳系数：遮阳系数：0.73310.7331 材质方面采用丝网印刷， 遮阳效果上密下疏（上 面太阳辐射能大，下面相对少） 楼层和楼层玻璃之间打 开，促进通风，开口下 大上小 上区风压差大开口 150mm； 中部开口200-400mm 下部分风压差小开口 450mm 建筑设计：泛道国际建筑设计：泛道国际技术支持：林波荣技术支持：林波荣 38 清华大学南区食堂立面设21、计清华大学南区食堂立面设计 实际建成后的遮阳设计 遮阳及采光模拟模型 清华大学南区食堂清华大学南区食堂遮阳及采光模拟辅助设计遮阳及采光模拟辅助设计 6.3 5.8 5.3 5.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 平窗方案双水平遮阳方案鱼鳞式方案凹窗方案 眩光影响范围（m） 眩光范围 缩小21% 外遮阳形式差异眩光影响对比 双水平遮阳方案 鱼鳞式方案 凹窗方案 平窗方案 41 经本软件及方法优化后，本项目能耗降低经本软件及方法优化后，本项目能耗降低47.2%，其中，其中 围护结构负荷能耗围护结构负荷能耗及及新风渗风能耗新风渗风能耗部分优化效果最明显，部分优化效果最22、明显， 分别降低分别降低50.3%和和43.4%，且根据应用证明可知（或者，且根据应用证明可知（或者 根据项目实际操作者回复），相较于普通优化设计方法，根据项目实际操作者回复），相较于普通优化设计方法， 节约工作时间约节约工作时间约81.1%。 优化案例一：南方某绿色建筑办公楼 42 优化案例一：南方某绿色建筑办公楼 软件优化设计软件优化设计 建筑能耗历史趋势图 优化方案能耗组成图 能耗拆分对比图 5.807 kWh 5.339 kWh 1.817 kWh 3.3 kWh 2.401 kWh 3.85 kWh 3.8997kWh 4.3537kWh 总结与展望 绿色建筑规模化快速发展，其实意味着更高的绿色建筑规模化快速发展，其实意味着更高的 要求，是机遇，也是挑战要求，是机遇，也是挑战 要思考从量到质的转变，挖掘绿色建筑市场化要思考从量到质的转变，挖掘绿色建筑市场化 可持续发展的红利可持续发展的红利 提出了从提出了从设计到运维设计到运维的三条可能技术路径的三条可能技术路径 绿色建筑性能计算标准化绿色建筑性能计算标准化 绿色建筑设计方法创新绿色建筑设计方法创新 智慧化的绿色建筑运维方法智慧化的绿色建筑运维方法 携手共进，推动我国绿色建筑健康可持续发展携手共进，推动我国绿色建筑健康可持续发展 谢谢各位！ 44