建筑節(jié)能并行設(shè)計研究(doc10)

1、.：.；建筑節(jié)能并行設(shè)計研討摘要：設(shè)計 HYPERLINK studa/ 方法的優(yōu)劣將 HYPERLINK 影響設(shè)計的效率，建筑節(jié)能并行設(shè)計可提高建筑節(jié)能設(shè)計的效率。本文在 HYPERLINK 分析建筑節(jié)能設(shè)計信息模型的根底上，提出建筑節(jié)能并行設(shè)計微循環(huán)模型，分析其設(shè)計過程的分解與修正，并提出適用于建筑節(jié)能并行設(shè)計的回溯搜索戰(zhàn)略。 關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能并行設(shè)計 搜索戰(zhàn)略 Abstract For the design, the method affects the efficiency. HYPERLINK The concurrent design will enhance the effici

2、ency of designing energy-efficiency buildings. On the basis of analyzing the information model of the energy-efficiency building, this paper puts forward the Micro-Design-Cycle of the energy-efficiency building, analyses its decomposition process and correction process, and establishes the recursive

3、 searching strategy for the concurrent design of the energy-efficiency building.Key words energy-efficiency building, concurrent design, searching strategy有關(guān) HYPERLINK bbs.studa/ 研討闡明：全球的能源耗費中，45%用于滿足建筑物的取暖、制冷和采光等要求，5%用于建筑物的建造過程。建筑設(shè)計方案能否滿足節(jié)能設(shè)計要求在很大程度上決議了其整個壽命周期內(nèi)能否到達建筑節(jié)能的目的，經(jīng)過設(shè)計降低建筑的能耗，可減少全球的能耗，有利于堅持

4、整個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。節(jié)能建筑的設(shè)計與評價密不可分，節(jié)能評價是實現(xiàn)建筑節(jié)能設(shè)計的必要手段，節(jié)能建筑的設(shè)計要求建筑設(shè)計人員在設(shè)計階段對所設(shè)計的建筑進展建筑能耗分析，以評價建筑方案能否節(jié)能。1 建筑節(jié)能設(shè)計方法現(xiàn)狀 HYPERLINK mind.studa/ 目前常用的建筑節(jié)能設(shè)計方法有兩種：按規(guī)定性目的設(shè)計和按性能性目的設(shè)計。按規(guī)定性目的設(shè)計是指建筑物體形特征和圍護構(gòu)造熱工性能等均按有關(guān)建筑節(jié)能規(guī)范進展設(shè)計。性能性目的由建筑熱環(huán)境質(zhì)量目的和能耗目的兩部分組成，按性能性目的設(shè)計是指在同時滿足建筑熱環(huán)境質(zhì)量目的和能耗目的的前提下，設(shè)計人員可自行確定建筑物體形特征和圍護構(gòu)造熱工性能等的詳細技術(shù)參數(shù)。按規(guī)

5、定性目的設(shè)計使設(shè)計人員擺脫了復(fù)雜的 HYPERLINK 計算分析，在保證工程設(shè)計的合理性和勝利方面有艱苦作用，但由于確定規(guī)定性目的主要思索普遍情況，而每一個工程都有其不同于普遍情況的特殊性，因此規(guī)定性目的對適用范圍內(nèi)的一個詳細工程往往不是最正確的，即按規(guī)定性目的很難進展優(yōu)化設(shè)計，同時按規(guī)定性目的設(shè)計容易妨礙新技術(shù)的 HYPERLINK soft.studa 運用和壓制設(shè)計人員的發(fā)明性。按性能性目的設(shè)計使建筑節(jié)能設(shè)計規(guī)范具有充分的靈敏性，為新技術(shù)的采用和詳細工程工程的最優(yōu)化發(fā)明了條件。其信息流如圖1所示，圖中各個設(shè)計信息對應(yīng)于建筑物體形特征設(shè)計、圍護構(gòu)造熱工性能等設(shè)計 HYPERLINK abr

6、oad.studa/ 內(nèi)容。按性能性目的設(shè)計需求對所設(shè)計建筑進展能耗分析，進而評價所設(shè)計的建筑能否節(jié)能，建筑能耗計算方法和節(jié)能評價方法的選擇成為這種設(shè)計方法的重要內(nèi)容。國內(nèi)對建筑節(jié)能評價的研討相對缺乏，目前建筑節(jié)能評價通常采用比較建筑能耗計算值和相關(guān)節(jié)能規(guī)范目的值的方法，建筑能耗計算值那么經(jīng)過相應(yīng)的能耗分析軟件獲得，假設(shè)評價結(jié)果闡明所設(shè)計的建筑并不節(jié)能，那么需求設(shè)計人員憑仗個人的設(shè)計閱歷對設(shè)計方案進展反復(fù)修正。國外已根本處理建筑節(jié)能設(shè)計規(guī)范靈敏性和建筑節(jié)能評價方法 HYPERLINK studa 問題，初步實現(xiàn)了建筑圍護構(gòu)造的節(jié)能平衡分析，但設(shè)計信息與評價信息之間缺乏溝通，尚未實現(xiàn)建筑設(shè)計過程

7、的動態(tài)評價和建筑設(shè)計的全局優(yōu)化?？梢?，按性能性目的進展建筑節(jié)能設(shè)計存在如下缺陷：(1)過于依賴能耗分析軟件。2過于依賴設(shè)計人員的設(shè)計閱歷。實踐上，目前得到權(quán)威構(gòu)造確認的能耗分析軟件數(shù)量不多且推行程度不大，就能耗分析軟件本身而言，仍存在提高運轉(zhuǎn)速度、改良人機界面等問題；而設(shè)計人員的閱歷需求長期積累。鑒于現(xiàn)有建筑節(jié)能設(shè)計方法的局限性，探求新的設(shè)計方法成為必然，本文擬采用并行設(shè)計思想，提出建筑節(jié)能并行設(shè)計方法，實現(xiàn)設(shè)計過程和評價過程的交叉、并行及協(xié)調(diào)，其信息流如圖2所示。2 建筑節(jié)能并行設(shè)計 HYPERLINK job.studa/ 實際根底2.1 建筑節(jié)能設(shè)計信息模型信息 HYPERLINK 科學

8、是以信息為研討對象、信息的運動 HYPERLINK 規(guī)律為研討內(nèi)容，把擴展人的信息功能作為研討目的的科學1,2。根據(jù)性質(zhì)來分類，信息可分為語法信息、語義信息和語用信息。語法信息指事物運動的形狀和方式；語義信息指事物運動形狀及形狀改動方式的含義；語用信息指事物形狀及形狀改動方式的成效。設(shè)計是為實現(xiàn)一定目的而尋求和選擇稱心的備選方案的活動，它反映出設(shè)計對象的形狀，因此建筑節(jié)能設(shè)計可看成一種語法信息，節(jié)能設(shè)計的過程就是信息的運動過程，信息運動規(guī)律可運用于設(shè)計過程中。信息科學研討的信息運動規(guī)律包括信息產(chǎn)生、信息提取、信息再生、信息施效等四類，其普通模型如圖3所示。在建筑節(jié)能并行設(shè)計中，設(shè)計對象是指節(jié)能

9、設(shè)計的對象，即建筑平臺；設(shè)計主體為設(shè)計人員和計算機軟、硬件系統(tǒng)；設(shè)計對象本身所包含的設(shè)計信息即為產(chǎn)生信息；信息提取過程是指設(shè)計主體從設(shè)計對象提取試探性設(shè)計所需信息的過程；信息處置過程是設(shè)計主體根據(jù)試探性設(shè)計信息進展節(jié)能評價的過程；設(shè)計主體根據(jù)設(shè)計目的和信息處置結(jié)果產(chǎn)生決策信息，這一過程即為信息再生過程；設(shè)計主體根據(jù)決策信息進展確定性設(shè)計的過程就是信息的施用過程；作用于設(shè)計對象確實定性設(shè)計信息即為受用信息。信息提取、信息處置、信息再生、信息施用由設(shè)計主體完成。2.2 并行設(shè)計實際并行設(shè)計屬于設(shè)計實際和方法學的范疇3,4,5，其本身也是設(shè)計實際和方法學的研討對象。并行設(shè)計強調(diào)產(chǎn)品開發(fā)各環(huán)節(jié)之間實現(xiàn)

10、最大程度的交叉、并行及協(xié)調(diào)，其本質(zhì)就是把傳統(tǒng)的“設(shè)計評價再設(shè)計的大循環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)槎啻蔚摹霸O(shè)計評價再設(shè)計小循環(huán)，以便盡能夠早地發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題。工程設(shè)計本質(zhì)上是順序性、交互性的，所謂“并行并不是指同時進展，而是指逐漸、交替地實現(xiàn)設(shè)計、工藝、管理等活動，在設(shè)計階段的每一步驟都最大能夠地思索到有關(guān)后續(xù)環(huán)節(jié)的約束，由此，并行設(shè)計所說的“并行化該當了解為經(jīng)過對產(chǎn)品設(shè)計對象和設(shè)計進程的精心分解，到達有效的協(xié)同實施開發(fā)周期中諸多子活動、子義務(wù)的目的。從信息科學角度看，設(shè)計過程可分成分析、綜合、評價三個過程組成，其通用模型如圖4所示。分析的作用是根據(jù)事物的功能需求，把客觀世界簡化為模型，把問題分解到可以處理的

11、程度；綜合的作用是把元素組合成一個能任務(wù)的整體，提供多個備選方案；評價的作用是檢驗設(shè)計方案能否能實現(xiàn)既定目的。分析和評價都需求接受評價產(chǎn)生的反響信息，設(shè)計者反復(fù)回到設(shè)計過程的起點，完善和改良設(shè)計方案，直到滿足設(shè)計的需求。設(shè)計過程從總體上來說是順序性的，但設(shè)計過程可分成多個階段，各階段包括假設(shè)干子義務(wù)，每個子義務(wù)分別任務(wù)于設(shè)計對象的不同方面。設(shè)計過程中不一定要等一切子義務(wù)完成后才開場后續(xù)設(shè)計活動，假設(shè)有與之相順應(yīng)的描畫設(shè)計對象的方式，使得提早進展的下游環(huán)節(jié)子義務(wù)依然有他們所需的完好信息，那就完全有能夠把子義務(wù)按其處置對象重新組成一些彼此相對獨立的任務(wù)循環(huán)，并使這些任務(wù)循環(huán)在一定程度上并行進展。

12、HYPERLINK book.studa/ 文獻3開發(fā)的微循環(huán)模型可以實現(xiàn)上述設(shè)計的并行要求，其根本思想是把工程設(shè)計過程分解成一系列的設(shè)計微循環(huán)過程，如圖5所示。在每個微循環(huán)中，根據(jù)知的信息內(nèi)容可以同時進展從概念設(shè)計到詳細設(shè)計中的一些或全部的活動環(huán)節(jié)。微循環(huán)模型是一種宏觀上并行、微觀上順序的機制。將設(shè)計對象分解成子對象，宏觀上并行的機制使得設(shè)計人員可以同時任務(wù)于設(shè)計對象的不同方面，從而縮短了整個設(shè)計周期；而微觀上順序的機制使得從概念設(shè)計到詳細設(shè)計的各個詳細活動環(huán)節(jié)依然有完好的信息而得以繼續(xù)進展。3 建筑節(jié)能并行設(shè)計過程3.1 建筑節(jié)能并行設(shè)計過程分解建筑節(jié)能并行設(shè)計的設(shè)計分解應(yīng)根據(jù)建筑節(jié)能設(shè)計

13、的普通規(guī)律來進展。綜合思索建筑節(jié)能評價的17個分項目的6，將建筑節(jié)能并行設(shè)計過程分解成如下四個步驟： 建筑所在地選擇。采暖度日數(shù)、空調(diào)度日數(shù)、采暖期太陽總輻射量、空調(diào)期太陽總輻射量等4個室外氣候特征固化于建筑所在地，在建筑節(jié)能并行設(shè)計中，當建筑所在地確定后，這4個參數(shù)即為常量，無需進展節(jié)能評價。 體型特征設(shè)計。體型特征設(shè)計的內(nèi)容包括：極限體型系數(shù)設(shè)計、體型完善系數(shù)設(shè)計、建筑朝向設(shè)計等。為方便用戶輸入，建筑節(jié)能并行設(shè)計軟件實現(xiàn)時可將3個體型特征的輸入轉(zhuǎn)換為輸入建筑長度、寬度、層高、層數(shù)和朝向。 窗墻比設(shè)計。窗墻比設(shè)計是指建筑前向、后向、左向、右向窗墻比的設(shè)計。建筑節(jié)能并行設(shè)計軟件實現(xiàn)時可將前向、

14、后向、左向、右向窗墻比的輸入分別轉(zhuǎn)化為窗戶寬度、高度和窗戶數(shù)量的輸入。 構(gòu)件類型設(shè)計。構(gòu)件類型設(shè)計的內(nèi)容包括：屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、熱惰性設(shè)計，外墻傳熱系數(shù)、熱惰性設(shè)計，窗戶傳熱系數(shù)、吸收系數(shù)設(shè)計。在設(shè)計分解根底上，建立并行設(shè)計微循環(huán)模型如圖6所示。3.2 建筑節(jié)能并行設(shè)計過程修正在建筑節(jié)能并行設(shè)計中，“設(shè)計評價再設(shè)計大循環(huán)被分解成多個“設(shè)計評價再設(shè)計小循環(huán)，各個小循環(huán)的設(shè)計通常不能一次性完成，而是需求根據(jù)節(jié)能評價結(jié)果修正設(shè)計，因此建筑節(jié)能并行設(shè)計過程是試探性的、循環(huán)的過程。小循環(huán)中，窗墻比設(shè)計修正和構(gòu)件類型設(shè)計修正相對復(fù)雜。為提高建筑節(jié)能并行設(shè)計效率，窗墻比設(shè)計修正應(yīng)處理東向、南向、西向、北向窗墻比

15、設(shè)計修正的次序 HYPERLINK studa 問題；構(gòu)件類型設(shè)計修正應(yīng)處理外窗、外墻、屋面設(shè)計修正的次序問題。本文根據(jù)建筑節(jié)能綜合目的隨窗墻比、構(gòu)件類型的變化率大小，分別對窗墻比設(shè)計和構(gòu)件類型設(shè)計的修正順序進展排序。 HYPERLINK 分析變化率采用的建筑模型主要參數(shù)如下：建筑面積1010m2，層高2.8m，外墻傳熱系數(shù)為1.54W/( m2K)，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.93 W/( m2K)，窗戶傳熱系數(shù)為3.1 W/( m2K)，窗墻比為0.35，通風次數(shù)為1次/h。能耗分析工具采用DeST軟件。建筑節(jié)能綜合目的耗電量隨窗墻比的變化如圖79所示。建筑全年耗電量隨窗墻比的變化率從大到小依次為西

16、向、東向、北向、南向；耗熱量隨窗墻比的變化以南向最為明顯；耗冷量隨窗墻比的變化南、北向相差不大。對于住宅建筑，東向、西向山墻通常不開窗或者所開窗屬于廚房等不控溫房間，窗墻比設(shè)計修正優(yōu)先修正南向窗墻比，然后是北向窗墻比，接著是西向、東向窗墻比。建筑節(jié)能綜合目的隨外墻和屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的變化如圖1012所示，耗熱量目的隨外墻傳熱系數(shù)的變化率較大；全年耗電量、耗冷量目的隨外墻傳熱系數(shù)和屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的變化率根本一致。思索窗戶是建筑圍護構(gòu)造中熱工性能最薄弱的環(huán)節(jié)，其傳熱系數(shù)通常遠大于外墻和屋面的傳熱系數(shù)，構(gòu)件類型設(shè)計修正時應(yīng)優(yōu)先修正窗戶的類型，其次修正外墻類型，最后修正屋面類型。4 建筑節(jié)能并行設(shè)計過程搜索

17、戰(zhàn)略yjy1微循環(huán)微循環(huán)由于對建筑節(jié)能并行設(shè)計過程進展了分解，小循環(huán)中建筑節(jié)能評價存在評價信息不完全7的情況，本文采用缺省參數(shù)替代不完全信息。設(shè)計過程中，試探性設(shè)計方案由實踐設(shè)計輸入?yún)?shù)和缺省參數(shù)組成。由于缺省參數(shù)的選取具有隨機性，假設(shè)沒有有效的搜索戰(zhàn)略，將會產(chǎn)生試探性設(shè)計方案組合爆炸，從而降低建筑節(jié)能并行設(shè)計的效率。常用的搜索戰(zhàn)略有盲目搜索和啟發(fā)式搜索兩類，盲目搜索包括回溯搜索、廣度優(yōu)先搜索、深度優(yōu)先搜索等。盲目搜索按預(yù)定控制戰(zhàn)略進展搜索，搜索過程中獲得的中間信息不用來改動控制戰(zhàn)略；啟發(fā)式搜索需求有與問題本身有關(guān)的信息。因此，盲目搜索不涉及語義、語用層次的信息，適宜于語法層次信息的搜索，而啟

18、發(fā)式搜索那么適宜于語義、語用層次的信息的搜索?；厮菟阉鲬?zhàn)略是一種試探性的搜索戰(zhàn)略，其根本思緒是：先選擇一個規(guī)那么，然后 HYPERLINK soft.studa 運用這個規(guī)那么；假設(shè)它不能求得解答或離解答越來越遠就舍棄這個規(guī)那么而另選一個規(guī)那么，經(jīng)過假設(shè)干次回溯，終究可以得到解答。衡量搜索戰(zhàn)略性能的準那么通常有三個： 完備性。即只需問題有解，在搜索戰(zhàn)略的控制下就一定能找到解。 盡量防止無用搜索。即加強搜索的目的性，盡量防止產(chǎn)生及調(diào)查無用的選項。 控制開銷小。即要求搜索戰(zhàn)略實現(xiàn)簡單，選擇及調(diào)度可用知識的開銷盡能夠小。本文擬采用回溯搜索戰(zhàn)略。為提高回溯搜索的效率，在分析建筑節(jié)能評價特點的根底上，提出以兩個極端情況作為回溯搜索的規(guī)那么，