建筑能耗与负荷

随着人类社会经过机械化、电气化、信息化等阶段的发展, 人们对于地球能源的获取已经到了无法为继的地步。然而伴随着社会经济水平的提高,人们对于居住舒适程度的要求呈现出逐步提高的局面。目前, 建筑的全生命周期贡献了全球四成左右的碳排放量,如果不改变当前的建筑用能现状,在不久的将来人类将持续地遭受天气的影响, 而这正是当前人类科技水平所无法应对的问题。因此, 减少建筑能源消耗势在必行, 并且已经到了刻不容缓的地步。
在关系到整个人类命运的紧要关头, 建筑能耗与负荷的革新与优化势在必行,建筑的能耗与负荷虽然发生在施工完成后的投入使用阶段, 但是该阶段的实际表现与状态却与设计阶段紧密相连。建筑能耗与负荷设计旨 在保证各类舒适度要求的基础上, 在各种主动和被动技术的整合应用下, 以外界环境、建筑物和使用者组成的整体为研究对象, 优化建筑负荷的能源利用结构,提升建筑能耗的效率,尽量减少不可再生能源的消耗。
建筑负荷是暖通空调专业十分关注的内容, 而建筑学对此概念十分陌生。其实,建筑负荷的大小完全是由建筑本体设计决定的, 也就是说, 对建筑负荷毫不知情的建筑师决定了建筑负荷的大小。这就不难理解为什么建筑节能发展那么多年,还是有令人不满意的地方。因此, 建筑能耗与负荷方面的研究要有机地融入建筑设计过程中,在建筑设计的各个阶段为设 计决策提供定量依据。建筑能耗与负荷的优化应提前到建筑设计阶段, 甚至前置到概念和方案设计阶段,而不是建筑设计方案已经定型后, 再反过来做个简单的验证, 因此这就需要建筑负荷和能耗的模拟计算具有时效性。本书在讲解原理的同时,也深入介绍了相关软件工具, 以方便读者的进阶学习。
本书内容不仅仅限于建筑物理和暖通空调领域, 而是根据相关知识点的贯穿,进行了一定程度的扩展, 读者在具体内容的理解方面如有困难, 可以参考给出的相关文献进行扩展阅读与学习。本书由罗智星和王海宁共 同完成,由杨柳教授和张宏教授主审。在本书的成书过程中, 仓玉洁、张艺莹、路逸晴、王佳昕、戴聪、王瑞、王玥、李虎、姜灿坤等多位硕士和 博士研究生协助完成了很多工作, 对此深表感谢。同时也衷心感谢知识产权出版社的张冰编辑对于本书如期出版的辛苦付出。

本书是国家“十三五”规划重点图书项目“绿色建筑模拟技术应用”之一。全书共分为6章，第1章绪论，第2章建筑负荷，第3章建筑能耗，第4章建筑节能设计，第5章建筑能耗与负荷模拟，第6章计算机辅助建筑节能设计实例分析。书中全面介绍了建筑能耗模拟的应用、相关标准、研究进展、基本原理、能耗模拟软件、能耗模拟方法（包括基本方法、校验模拟方法、联合模拟方法等）；并结合案例介绍了计算机辅助建筑节能设计的方法，涵盖了不同建筑类型、空调系统形式、气候区等，每个案例给出详细输入参数、建模方法和步骤、结果分析。

本书是国家“十三五”规划重点图书项目“绿色建筑模拟技术应用”之一。全书共分为6章，第1章绪论，第2章建筑负荷，第3章建筑能耗，第4章建筑节能设计，第5章建筑能耗与负荷模拟，第6章计算机辅助建筑节能设计实例分析。书中全面介绍了建筑能耗模拟的应用、相关标准、研究进展、基本原理、能耗模拟软件、能耗模拟方法（包括基本方法、校验模拟方法、联合模拟方法等）；并结合案例介绍了计算机辅助建筑节能设计的方法，涵盖了不同建筑类型、空调系统形式、气候区等，每个案例给出详细输入参数、建模方法和步骤、结果分析。

罗智星，博士，西安建筑科技大学建筑学院副教授，硕士生导师，绿色建筑评估研究中心副主任。主要研究方向：绿色建筑设计与建筑节能技术，建筑生命周期评价，建筑碳足迹、建筑生命周期能耗、碳排放与经济性综合评价、基于BIM的参数化建筑气候适应性设计。

王海宁，博士，东南大学建筑学院助理研究员。主要研究方向：绿色建筑设计与建筑节能，BIM技术研发与应用。

目 录
1 绪 论
1.1 能量与能源 
1.1.1 基本概念 
1.1.2 能量 
1.1.3 能源 
1.2 建筑能耗  
1.2.1 建筑能耗现状与趋势  
1.2.2 建筑能耗分类及表示方法  
1.3 建筑节能基本原理  
1.3.1 建筑负荷、建筑累计负荷与建筑能源消耗  
1.3.2 建筑节能的根本途径  
1.3.3 建筑节能设计 
2 建筑负荷  
2.1 热负荷与耗热量  
2.1.1 供暖建筑及内外设计计算温度 
2.1.2 热负荷  
2.2 冷负荷与耗冷量  
2.2.1 空调冷  (热)、湿负荷的性质与形成机理  
2.2.2 空调负荷计算  
2.2.3 空调湿负荷计算  
2.2.4 空调热负荷计算  
3 建筑能耗 
3.1 供暖通风与空气调节的能耗 
3.1.1 建筑供暖能耗 
3.1.2 建筑通风能耗  
3.1.3 建筑空气调节能耗  
3.2 建筑照明及其他用能系统的能耗 
3.2.1 建筑照明能耗  
3.2.2 其他用能系统能耗  
3.3 建筑能耗模拟原理与方法 
3.3.1 简化能耗估算方法  
3.3.2 正演模拟方法与模型  
3.3.3 逆向模拟方法 (数据驱动方法) 
4 建筑节能设计  
4.1 生物气候设计方法  
4.1.1 建筑与生物气候学  
4.1.2 生物气候分类  
4.1.3 建筑生物气候分析方法 
4.1.4 建筑与生物气候学设计  
4.1.5 生物气候学的具体设计策略 
4.2 被动式和主动式建筑节能设计  
4.2.1 被动式建筑节能设计  
4.2.2 主动式建筑节能设计 
4.3 净零能耗建筑设计  
4.3.1 净零能耗建筑概况  
4.3.2 净零能耗建筑能效指标  
4.3.3 净零能耗建筑设计方法  
4.4 建筑节能模拟计算原理与方法  
4.4.1 建筑围护结构节能率计算  
4.4.2 供暖和空调系统、通风系统及照明系统节能率计算  
5 建筑能耗与负荷模拟  
5.1 建筑能耗模拟系列软件  
5.1.1 入门知识  
5.1.2 用户界面  
5.1.3 工作流程  
5.2 建筑能耗模拟基本原理  
5.2.1 热负荷计算原理  
5.2.2 冷负荷计算原理  
5.3 建筑能耗模拟基本设置  
5.3.1 文件组织  
5.3.2 工程设置  
5.3.3 气象参数  
5.3.4 热工设置  
5.3.5 系统分区  
5.3.6 构造库  
5.4 暖通负荷模拟  
5.4.1 设计热负荷  
5.4.2 设计冷负荷  
5.4.3 全年负荷 
5.4.4 标注结果 
5.4.5 典年气象 
5.5 建筑能耗模拟 
5.5.1 入门知识 
5.5.2 工作流程 
5.5.3 用户界面  
5.5.4 设置管理  
5.5.5 能耗计算  
6 计算机辅助建筑节能设计实例分析  
6.1 概述  
6.2 “栖居2.0” 
6.2.1 项目简介  
6.2.2 设计过程  
6.2.3 各方案性能比较  
6.3 西安建筑科技大学绿色建筑示范中心项目  
6.3.1 项目简介  
6.3.2 主要节能技术及其节能效果  
6.3.3 总结  
6.4 沈阳孔雀城学园里住宅项目  
6.4.1 项目简介  
6.4.2 围护结构做法简要说明  
6.4.3 窗墙比  
6.4.4 能耗与负荷计算结论  
6.5 江苏恩华移动医疗科研基地项目  
6.5.1 项目简介  
6.5.2 围护结构做法简要说明  
6.5.3 窗墙比  
6.5.4 能耗与负荷计算结论  
6.6 国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心项目 
6.6.1 项目简介  
6.6.2 围护结构做法简要说明  
6.6.3 窗墙比  
6.6.4 能耗与负荷计算结论 
参 考 文 献 
附录A  建筑供暖和空调系统模拟计算运行参数 
附录B 不同气候区新建建筑平均能耗指标  
附录C 室外空气计算温度简化方法  
附录D 夏季太阳总辐射照度  
附录E 建筑分类及参数计算  
附录F 建筑围护结构热工性能权衡判断  

本书是国家“十三五”规划重点图书项目“绿色建筑模拟技术应用”之一。全书共分为6章，第1章绪论，第2章建筑负荷，第3章建筑能耗，第4章建筑节能设计，第5章建筑能耗与负荷模拟，第6章计算机辅助建筑节能设计实例分析。书中全面介绍了建筑能耗模拟的应用、相关标准、研究进展、基本原理、能耗模拟软件、能耗模拟方法（包括基本方法、校验模拟方法、联合模拟方法等）；并结合案例介绍了计算机辅助建筑节能设计的方法，涵盖了不同建筑类型、空调系统形式、气候区等，每个案例给出详细输入参数、建模方法和步骤、结果分析。

罗智星，博士，西安建筑科技大学建筑学院副教授，硕士生导师，绿色建筑评估研究中心副主任。主要研究方向：绿色建筑设计与建筑节能技术，建筑生命周期评价，建筑碳足迹、建筑生命周期能耗、碳排放与经济性综合评价、基于BIM的参数化建筑气候适应性设计。

王海宁，博士，东南大学建筑学院助理研究员。主要研究方向：绿色建筑设计与建筑节能，BIM技术研发与应用。