1. 軟件DeST 模擬
DeST（Designer’s Simulation Toolkit）的全稱是“建筑熱環(huán)境設(shè)計(jì)模擬工具包”，是清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系研制開發(fā)的面向各類建筑的能耗模擬、性能預(yù)測(cè)及評(píng)估并集成于AutoCADR14 上的輔助設(shè)計(jì)計(jì)算軟件。本文的模擬計(jì)算首先采用的是DeST 最新的2.0 商業(yè)建筑版。
建筑能耗模擬所需要的輸入計(jì)算參數(shù)主要包括建筑內(nèi)部熱擾參數(shù)、通風(fēng)空調(diào)作息表、室內(nèi)環(huán)境控制參數(shù)等。對(duì)該生態(tài)樓，這些計(jì)算參數(shù)的選取上基本上都參照“上海地區(qū)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行設(shè)置。在此基礎(chǔ)上，本文采用DeST 軟件對(duì)采用圍護(hù)結(jié)構(gòu)（主要包括外墻和屋面）保溫隔熱措施、節(jié)能窗，活動(dòng)外遮陽和夜間通風(fēng)等幾項(xiàng)節(jié)能措施后，生態(tài)樓的節(jié)能效果進(jìn)行了模擬分析，并與不采取節(jié)能措施的建筑能耗進(jìn)行對(duì)比。對(duì)應(yīng)四種不同的節(jié)能措施，可以分為以下多種計(jì)算模擬工況：
計(jì)算工況1*：不采用節(jié)能措施（對(duì)比基準(zhǔn)）
計(jì)算工況2：采用外遮陽
(*不采用節(jié)能措施的建筑即普通辦公建筑，外墻K=2.0 W/(m2·K)，屋面K=1.5 W/(m2·K)，外窗K＝6.4 W/(m2·K)，
外窗無遮陽設(shè)施。)
計(jì)算工況3：采用外遮陽，采用節(jié)能窗
計(jì)算工況4：采用外遮陽，采用節(jié)能窗，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能
計(jì)算工況5：采用外遮陽，采用節(jié)能窗，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能，夜間通風(fēng)
分析模擬計(jì)算結(jié)果可以看出采用不同的節(jié)能技術(shù)，產(chǎn)生的節(jié)能效果也不相同。由于該生態(tài)樓通透性很好，南向窗墻面積比高達(dá)0.59，坡屋面上設(shè)置150m2 大面積的天窗，造成全年的空調(diào)能耗巨大，遠(yuǎn)大于采暖能耗，而遮陽技術(shù)是降低夏季空調(diào)能耗最為直接和有效的措施，從模擬出的節(jié)能效果也反映了采用活動(dòng)外遮陽比單純提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)和窗戶的熱工性能等技術(shù)更為有效（工況2）。而且通過良好的自動(dòng)控制，采用活動(dòng)外遮陽可以在顯著降低空調(diào)能耗的同時(shí)，基本上不增加采暖能耗。在遮陽的基礎(chǔ)上，通過提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能和改善窗戶的熱工性能，可以進(jìn)一步降低該建筑能耗（工況3、4）。此外在夏季和過渡季節(jié)，通過合理的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，利用夜間通風(fēng)技術(shù)，可以有效的消除室內(nèi)的余熱，從而可以降低白天空調(diào)系統(tǒng)的制冷能耗（工況5）。計(jì)算結(jié)果還可以反映出，對(duì)上海地區(qū)的通透性辦公建筑，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)和窗戶的熱工性能主要有利于降低全年的采暖能耗，對(duì)空調(diào)能耗的減少作用不明顯；而采用活動(dòng)外遮陽和夜間通風(fēng)技術(shù)，能夠顯著的降低全年空調(diào)能耗，但采暖能耗會(huì)略有增加。綜上通過合理采用以上幾種節(jié)能技術(shù)措施以后，可使生態(tài)樓的總能耗指標(biāo)降低了68.9％，通過進(jìn)一步分析，活動(dòng)遮陽在其中占41.2％的節(jié)能比例，節(jié)能窗占18.3％，圍護(hù)結(jié)構(gòu)占24.5％，夜間通風(fēng)占16.1％。此外生態(tài)樓還采用了高能效比的空調(diào)系統(tǒng)，通過天窗可以節(jié)約一部分照明能耗，同時(shí)利用太陽能供熱水、采暖和制冷，如果考慮這幾項(xiàng)額外的節(jié)能因素，該生態(tài)樓完全可以達(dá)到節(jié)能3/4 的預(yù)期目標(biāo)。
2. 軟件TAS 模擬
TAS（TAS Building Designer）是英國(guó)EDSL 公司（Environmental Design Solutions
Ltd）研發(fā)的建筑熱環(huán)境分析軟件包，在歐洲被廣泛用于建筑能耗模擬、建筑環(huán)境優(yōu)化和熱舒適性分析。
TAS 模擬所需要的參數(shù)與采用DeST 模擬的相似。與DeST 模擬相比，TAS 的模擬
過程主要針對(duì)生態(tài)樓采用不同的環(huán)境控制策略的全年采暖和空調(diào)能耗，。根據(jù)環(huán)境控制的幾種不同方式，TAS 模擬工況分為：
計(jì)算工況1：完全空調(diào)模式（對(duì)比基準(zhǔn)）
計(jì)算工況2：自然通風(fēng)模式
計(jì)算工況3：提高窗戶的遮陽效果
計(jì)算工況4：自然通風(fēng)模式，提高窗戶的遮陽效果
計(jì)算工況5：自然通風(fēng)模式，縮小50％窗戶面積
其中以TAS 的計(jì)算工況1 作為基準(zhǔn)工況，此時(shí)生態(tài)樓已采用節(jié)能圍護(hù)結(jié)構(gòu)和節(jié)能窗。工況2 將生態(tài)樓劃分為不同區(qū)域，采用相應(yīng)的通風(fēng)控制策略，以程度的利用風(fēng)壓和熱壓自然通風(fēng)來降低室內(nèi)溫度，提高室內(nèi)舒適性，并降低建筑空調(diào)能耗。工況4 和工況5 是對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比計(jì)算。
與基準(zhǔn)計(jì)算工況1 的完全空調(diào)模式相比，其他工況的節(jié)能效果為：
與DeST 軟件相比，TAS 軟件的模擬結(jié)果同樣說明遮陽對(duì)降低生態(tài)樓空調(diào)能耗起到了最為顯著的作用，這主要是因?yàn)榇皯羰窍募究照{(diào)能耗的最為薄弱環(huán)節(jié)，大量的太陽輻射熱量通過窗戶進(jìn)行生態(tài)樓內(nèi)部，是造成空調(diào)能耗增加的主導(dǎo)因素，而采用遮陽技術(shù)（包括外遮陽和Sc 較小的節(jié)能窗）可以發(fā)射大部分的太陽輻射能，減少了太陽輻射得熱量。另外工況4 和工況5 的計(jì)算結(jié)果差距很小，說明減小建筑的窗墻比可以達(dá)到相同的節(jié)能效果，但鑒于大面積外窗更有利于減小照明負(fù)荷，并有利于自然通風(fēng)，還可以增加人的視覺舒適性，所以應(yīng)優(yōu)先選擇采用遮陽技術(shù)的大窗墻比設(shè)計(jì)方案。此外，TAS 模擬的冬季采暖能耗比DeST 的普遍偏小，分析原因是由于兩種軟件采用的上海地區(qū)氣象參數(shù)有所差異，室內(nèi)環(huán)境控制參數(shù)也稍有不同，具體結(jié)論還有賴于通過實(shí)驗(yàn)手段來進(jìn)行驗(yàn)證。
4 結(jié)論
綜上本文通過對(duì)上海生態(tài)辦公樓進(jìn)行節(jié)能措施介紹和能耗模擬分析，得出以下結(jié)論：
1、超低能耗是上海市生態(tài)辦公示范樓的一大亮點(diǎn)，它采用多種先進(jìn)的節(jié)能產(chǎn)品，集成了低能耗圍護(hù)結(jié)構(gòu)、高效節(jié)能窗、活動(dòng)外遮陽和自然通風(fēng)等多種節(jié)能技術(shù)，充分利用了太陽能資源，并采用熱濕獨(dú)立處理的新型空調(diào)系統(tǒng)，為推廣和應(yīng)用新型的節(jié)能技術(shù)和措施提供了科技平臺(tái)。
2、通過模擬軟件DeST 和TAS 對(duì)生態(tài)樓的全年采暖和空調(diào)能耗進(jìn)行計(jì)算和節(jié)能分析，結(jié)果說明通過各種節(jié)能措施的集成應(yīng)用，該生態(tài)樓的節(jié)能效果十分顯著，接下來的研究工作將通過現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
3、模擬分析結(jié)果說明，對(duì)上海地區(qū)大窗墻比的辦公類型建筑，活動(dòng)外遮陽比采用高性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和外窗可以更有效的降低空調(diào)能耗，因此，從節(jié)能角度應(yīng)優(yōu)先采用活動(dòng)外遮陽。
最后感謝英國(guó)WSP 公司為本文提供的TAS 軟件模擬計(jì)算結(jié)果，以及DeST 軟件的提供者清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系。
DeST（Designer’s Simulation Toolkit）的全稱是“建筑熱環(huán)境設(shè)計(jì)模擬工具包”，是清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系研制開發(fā)的面向各類建筑的能耗模擬、性能預(yù)測(cè)及評(píng)估并集成于AutoCADR14 上的輔助設(shè)計(jì)計(jì)算軟件。本文的模擬計(jì)算首先采用的是DeST 最新的2.0 商業(yè)建筑版。
建筑能耗模擬所需要的輸入計(jì)算參數(shù)主要包括建筑內(nèi)部熱擾參數(shù)、通風(fēng)空調(diào)作息表、室內(nèi)環(huán)境控制參數(shù)等。對(duì)該生態(tài)樓，這些計(jì)算參數(shù)的選取上基本上都參照“上海地區(qū)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行設(shè)置。在此基礎(chǔ)上，本文采用DeST 軟件對(duì)采用圍護(hù)結(jié)構(gòu)（主要包括外墻和屋面）保溫隔熱措施、節(jié)能窗，活動(dòng)外遮陽和夜間通風(fēng)等幾項(xiàng)節(jié)能措施后，生態(tài)樓的節(jié)能效果進(jìn)行了模擬分析，并與不采取節(jié)能措施的建筑能耗進(jìn)行對(duì)比。對(duì)應(yīng)四種不同的節(jié)能措施，可以分為以下多種計(jì)算模擬工況：
計(jì)算工況1*：不采用節(jié)能措施（對(duì)比基準(zhǔn)）
計(jì)算工況2：采用外遮陽
(*不采用節(jié)能措施的建筑即普通辦公建筑，外墻K=2.0 W/(m2·K)，屋面K=1.5 W/(m2·K)，外窗K＝6.4 W/(m2·K)，
外窗無遮陽設(shè)施。)
計(jì)算工況3：采用外遮陽，采用節(jié)能窗
計(jì)算工況4：采用外遮陽，采用節(jié)能窗，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能
計(jì)算工況5：采用外遮陽，采用節(jié)能窗，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能，夜間通風(fēng)
分析模擬計(jì)算結(jié)果可以看出采用不同的節(jié)能技術(shù)，產(chǎn)生的節(jié)能效果也不相同。由于該生態(tài)樓通透性很好，南向窗墻面積比高達(dá)0.59，坡屋面上設(shè)置150m2 大面積的天窗，造成全年的空調(diào)能耗巨大，遠(yuǎn)大于采暖能耗，而遮陽技術(shù)是降低夏季空調(diào)能耗最為直接和有效的措施，從模擬出的節(jié)能效果也反映了采用活動(dòng)外遮陽比單純提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)和窗戶的熱工性能等技術(shù)更為有效（工況2）。而且通過良好的自動(dòng)控制，采用活動(dòng)外遮陽可以在顯著降低空調(diào)能耗的同時(shí)，基本上不增加采暖能耗。在遮陽的基礎(chǔ)上，通過提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能和改善窗戶的熱工性能，可以進(jìn)一步降低該建筑能耗（工況3、4）。此外在夏季和過渡季節(jié)，通過合理的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，利用夜間通風(fēng)技術(shù)，可以有效的消除室內(nèi)的余熱，從而可以降低白天空調(diào)系統(tǒng)的制冷能耗（工況5）。計(jì)算結(jié)果還可以反映出，對(duì)上海地區(qū)的通透性辦公建筑，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)和窗戶的熱工性能主要有利于降低全年的采暖能耗，對(duì)空調(diào)能耗的減少作用不明顯；而采用活動(dòng)外遮陽和夜間通風(fēng)技術(shù)，能夠顯著的降低全年空調(diào)能耗，但采暖能耗會(huì)略有增加。綜上通過合理采用以上幾種節(jié)能技術(shù)措施以后，可使生態(tài)樓的總能耗指標(biāo)降低了68.9％，通過進(jìn)一步分析，活動(dòng)遮陽在其中占41.2％的節(jié)能比例，節(jié)能窗占18.3％，圍護(hù)結(jié)構(gòu)占24.5％，夜間通風(fēng)占16.1％。此外生態(tài)樓還采用了高能效比的空調(diào)系統(tǒng)，通過天窗可以節(jié)約一部分照明能耗，同時(shí)利用太陽能供熱水、采暖和制冷，如果考慮這幾項(xiàng)額外的節(jié)能因素，該生態(tài)樓完全可以達(dá)到節(jié)能3/4 的預(yù)期目標(biāo)。
2. 軟件TAS 模擬
TAS（TAS Building Designer）是英國(guó)EDSL 公司（Environmental Design Solutions
Ltd）研發(fā)的建筑熱環(huán)境分析軟件包，在歐洲被廣泛用于建筑能耗模擬、建筑環(huán)境優(yōu)化和熱舒適性分析。
TAS 模擬所需要的參數(shù)與采用DeST 模擬的相似。與DeST 模擬相比，TAS 的模擬
過程主要針對(duì)生態(tài)樓采用不同的環(huán)境控制策略的全年采暖和空調(diào)能耗，。根據(jù)環(huán)境控制的幾種不同方式，TAS 模擬工況分為：
計(jì)算工況1：完全空調(diào)模式（對(duì)比基準(zhǔn)）
計(jì)算工況2：自然通風(fēng)模式
計(jì)算工況3：提高窗戶的遮陽效果
計(jì)算工況4：自然通風(fēng)模式，提高窗戶的遮陽效果
計(jì)算工況5：自然通風(fēng)模式，縮小50％窗戶面積
其中以TAS 的計(jì)算工況1 作為基準(zhǔn)工況，此時(shí)生態(tài)樓已采用節(jié)能圍護(hù)結(jié)構(gòu)和節(jié)能窗。工況2 將生態(tài)樓劃分為不同區(qū)域，采用相應(yīng)的通風(fēng)控制策略，以程度的利用風(fēng)壓和熱壓自然通風(fēng)來降低室內(nèi)溫度，提高室內(nèi)舒適性，并降低建筑空調(diào)能耗。工況4 和工況5 是對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比計(jì)算。
與基準(zhǔn)計(jì)算工況1 的完全空調(diào)模式相比，其他工況的節(jié)能效果為：
與DeST 軟件相比，TAS 軟件的模擬結(jié)果同樣說明遮陽對(duì)降低生態(tài)樓空調(diào)能耗起到了最為顯著的作用，這主要是因?yàn)榇皯羰窍募究照{(diào)能耗的最為薄弱環(huán)節(jié)，大量的太陽輻射熱量通過窗戶進(jìn)行生態(tài)樓內(nèi)部，是造成空調(diào)能耗增加的主導(dǎo)因素，而采用遮陽技術(shù)（包括外遮陽和Sc 較小的節(jié)能窗）可以發(fā)射大部分的太陽輻射能，減少了太陽輻射得熱量。另外工況4 和工況5 的計(jì)算結(jié)果差距很小，說明減小建筑的窗墻比可以達(dá)到相同的節(jié)能效果，但鑒于大面積外窗更有利于減小照明負(fù)荷，并有利于自然通風(fēng)，還可以增加人的視覺舒適性，所以應(yīng)優(yōu)先選擇采用遮陽技術(shù)的大窗墻比設(shè)計(jì)方案。此外，TAS 模擬的冬季采暖能耗比DeST 的普遍偏小，分析原因是由于兩種軟件采用的上海地區(qū)氣象參數(shù)有所差異，室內(nèi)環(huán)境控制參數(shù)也稍有不同，具體結(jié)論還有賴于通過實(shí)驗(yàn)手段來進(jìn)行驗(yàn)證。
4 結(jié)論
綜上本文通過對(duì)上海生態(tài)辦公樓進(jìn)行節(jié)能措施介紹和能耗模擬分析，得出以下結(jié)論：
1、超低能耗是上海市生態(tài)辦公示范樓的一大亮點(diǎn)，它采用多種先進(jìn)的節(jié)能產(chǎn)品，集成了低能耗圍護(hù)結(jié)構(gòu)、高效節(jié)能窗、活動(dòng)外遮陽和自然通風(fēng)等多種節(jié)能技術(shù)，充分利用了太陽能資源，并采用熱濕獨(dú)立處理的新型空調(diào)系統(tǒng)，為推廣和應(yīng)用新型的節(jié)能技術(shù)和措施提供了科技平臺(tái)。
2、通過模擬軟件DeST 和TAS 對(duì)生態(tài)樓的全年采暖和空調(diào)能耗進(jìn)行計(jì)算和節(jié)能分析，結(jié)果說明通過各種節(jié)能措施的集成應(yīng)用，該生態(tài)樓的節(jié)能效果十分顯著，接下來的研究工作將通過現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
3、模擬分析結(jié)果說明，對(duì)上海地區(qū)大窗墻比的辦公類型建筑，活動(dòng)外遮陽比采用高性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和外窗可以更有效的降低空調(diào)能耗，因此，從節(jié)能角度應(yīng)優(yōu)先采用活動(dòng)外遮陽。
最后感謝英國(guó)WSP 公司為本文提供的TAS 軟件模擬計(jì)算結(jié)果，以及DeST 軟件的提供者清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系。