5年前,在國際能源署(IEA)的建筑物與社區(qū)能耗第52子課題的“太陽能供熱和供冷第40任務(wù)組”中近60位國際專家參與了“面向零能耗太陽能建筑(“T40 A52”)”研究任務(wù),這些專家在加拿大蒙特利爾的康卡迪亞大學(xué)進(jìn)行了第一次官方專家會(huì)議。與會(huì)的許多專家都驚訝于國際上對(duì)于零能耗建筑的不同的觀點(diǎn)——這包括對(duì)于其定義、官方的建筑標(biāo)準(zhǔn)、商業(yè)和法律方面的要求和設(shè)計(jì)策略。在隨后的5年中,有關(guān)專家在9個(gè)不同的地區(qū)舉行了相關(guān)會(huì)議,同時(shí)也融入了當(dāng)?shù)氐慕ㄖO(shè)計(jì)文化,這為我們提供了對(duì)于零能耗建筑的更有價(jià)值的國際視角,也為我們提供了在一些零能耗建筑中進(jìn)行會(huì)議的機(jī)會(huì)(有幾個(gè)作為會(huì)議的地點(diǎn)的建筑將在本書中深入討論)。
本書的目的是為零能耗建筑建模、設(shè)計(jì)與相關(guān)問題提供一個(gè)廣泛的視角,同時(shí)也為設(shè)計(jì)人員和研究生提供對(duì)零能耗建筑的深入理解。本書由來自7個(gè)國家在工業(yè)界和學(xué)術(shù)研究界不同領(lǐng)域的22位作者所撰寫。本書開始介紹了取得零能耗的建模基礎(chǔ)、相關(guān)策略和技術(shù),這包括了很多量化性能的方法。如同“T40 A52”研究任務(wù)所強(qiáng)調(diào)的,舒適性是零能耗建筑的基本方面,而不是補(bǔ)充方面,因而本書中有一章去論述了熱舒適性、視覺舒適性、聽覺舒適性和室內(nèi)空氣質(zhì)量。隨后的兩章通過幾個(gè)實(shí)例論述了零能耗建筑的設(shè)計(jì)、建模、仿真和優(yōu)化。在“T40 A52”研究任務(wù)的早期就認(rèn)識(shí)到零能耗建筑的研究必須包括與電網(wǎng)的交互影響,這是由于零能耗建筑的定義主要是強(qiáng)調(diào)能耗平衡。因而,通過一章內(nèi)容對(duì)此進(jìn)行了討論。在本書的第二大部分中,詳細(xì)論述了4個(gè)零能耗建筑的案例研究,同時(shí)與前面幾章內(nèi)容進(jìn)行聯(lián)系,包括能源性能、舒適性,設(shè)計(jì)意圖與實(shí)際運(yùn)行的關(guān)聯(lián),以及案例收獲。最終論述了基于案例研究的原型再設(shè)計(jì)。
Andreas Athienitis博士,注冊(cè)工程師,加拿大工程院院士
魁北克工業(yè)主席,康卡迪亞大學(xué)研究主席
NSERC智能零能耗建筑策略研究網(wǎng)絡(luò)科學(xué)主任
康卡迪亞零能耗建筑研究中心主任
加拿大,蒙特利爾,康卡迪亞大學(xué)(Concordia University)
William O’Brien博士
加拿大,渥太華,卡爾頓大學(xué)(Carleton University)
土木與環(huán)境工程系
譯者序
Chinese Edition Preface
中文版序
原書序
原書前言
原書致謝
主編和原書編輯簡介
作者名單
第1章 概論1
1.1零能耗建筑的發(fā)展1
1.1.1零能耗建筑的概念2
1.1.2智能零能耗建筑的設(shè)計(jì)和建模問題3
1.2本書的內(nèi)容4
參考文獻(xiàn)6
第2章 作為集成能源系統(tǒng)的零能耗建筑的建模與設(shè)計(jì)7
2.1簡介7
2.1.1被動(dòng)式設(shè)計(jì)、能源效率、熱動(dòng)態(tài)性和舒適性8
2.1.2詳細(xì)的頻域墻體模型及傳遞函數(shù)13
2.1.3 z傳遞函數(shù)法16
2.1.4詳細(xì)的區(qū)域模型和建筑物傳遞函數(shù)20
2.1.5建筑物暫態(tài)響應(yīng)分析26
2.2集成在零能耗建筑中的可再生能源產(chǎn)生系統(tǒng)/技術(shù)27
2.2.1作為零能耗建筑使能技術(shù)的BIPV 28
2.2.2太陽能熱系統(tǒng)36
2.2.3主動(dòng)式DITES和板/輻射供暖/供冷系統(tǒng)44
2.2.4熱泵系統(tǒng)——零能耗建筑中有前途的技術(shù)50
2.2.5零能耗建筑的CHP 52
參考文獻(xiàn)53
第3章 零能耗建筑中的舒適性考慮:理論與設(shè)計(jì)60
3.1簡介60
3.2熱舒適性61
3.2.1零能耗建筑中明確的熱舒適目標(biāo)61
3.2.2熱舒適性原理62
3.2.3建筑熱不舒適的長期評(píng)價(jià)70
3.3采光和視覺舒適73
3.3.1簡介73
3.3.2適應(yīng)亮度75
3.3.3基于照度的性能指標(biāo)75
3.3.4基于亮度的性能指標(biāo)76
3.3.5自然采光和用戶行為77
3.4聲學(xué)舒適78
3.5室內(nèi)空氣品質(zhì)79
3.6小結(jié)80
參考文獻(xiàn)80
第4章 零能耗建筑的設(shè)計(jì)過程與工具86
4.1簡介86
4.2在零能耗建筑設(shè)計(jì)過程中集成建模工具87
4.2.1簡介87
4.2.2實(shí)現(xiàn)零能耗建筑階段的概述87
4.2.3工具89
4.2.4概念設(shè)計(jì)90
4.2.5深化設(shè)計(jì)96
4.2.6技術(shù)設(shè)計(jì)100
4.2.7集成設(shè)計(jì)過程和項(xiàng)目實(shí)施方法104
4.2.8本節(jié)小結(jié)106
4.3零能耗建筑設(shè)計(jì)工具、建模精確性和設(shè)計(jì)方法106
4.3.1簡介106
4.3.2模型的精度107
4.3.3對(duì)于特定的建筑物系統(tǒng)和建筑物特性的模型精度113
4.3.4設(shè)計(jì)中使用的工具127
4.3.5未來的需求和結(jié)論133
4.4小結(jié)134
參考文獻(xiàn)135
第5章 零能耗建筑的建筑性能優(yōu)化143
5.1簡介143
5.1.1什么是BPO 144
5.1.2零能耗建筑設(shè)計(jì)中BPO的重要性144
5.2優(yōu)化基礎(chǔ)146
5.2.1 BPO目標(biāo)(單目標(biāo)和多目標(biāo)函數(shù))146
5.2.2優(yōu)化問題的定義147
5.2.3適用于BPS的優(yōu)化算法回顧148
5.2.4 BPS中優(yōu)化算法的集成150
5.2.5 BPO專家采訪151
5.3優(yōu)化的應(yīng)用:成本最優(yōu)和近零能耗建筑153
5.3.1簡介153
5.3.2案例研究:芬蘭的單戶住宅154
5.3.3本節(jié)小結(jié)155
5.3.4案例研究的最后思考158
5.4優(yōu)化的應(yīng)用:一個(gè)舒適的零能耗住宅159
5.4.1建筑模型的描述159
5.4.2優(yōu)化問題所采用的方法和陳述160
5.4.3結(jié)果討論162
5.4.4最后考慮165
5.5小結(jié)165
參考文獻(xiàn)166
第6章 負(fù)荷匹配、電網(wǎng)交互和先進(jìn)控制170
6.1簡介170
6.1.1在每年能源平衡之外的考慮因素170
6.1.2有關(guān)LMGI的問題170
6.2 LMGI表示器175
6.2.1簡介175
6.2.2指示器分類177
6.3預(yù)測控制和負(fù)荷管理的策略180
6.3.1能源存儲(chǔ)設(shè)備180
6.3.2建筑物預(yù)測控制181
6.4控制用模型的開發(fā)186
6.4.1建筑物部件:熱傳導(dǎo)186
6.4.2整體建筑的熱模型187
6.4.3線性模型187
6.5小結(jié)193
參考文獻(xiàn)194
第7章 零能耗建筑案例研究199
7.1簡介199
7.2 coTerra200
7.2.1 coTerra的描述201
7.2.2設(shè)計(jì)過程208
7.2.3測試性能212
7.2.4再設(shè)計(jì)研究215
7.2.5結(jié)論和收獲220
7.3 Leaf House 222
7.3.1 Leaf House的主要特征222
7.3.2設(shè)計(jì)過程描述225
7.3.3建筑物設(shè)計(jì)的目的225
7.3.4熱力站描述226
7.3.5監(jiān)視數(shù)據(jù)229
7.3.6所使用模型的特點(diǎn)與局限231
7.3.7模型校驗(yàn)232
7.3.8再設(shè)計(jì)236
7.3.9結(jié)論和收獲238
7.4 NREL RSF239
7.4.1 RSF介紹240
7.4.2關(guān)鍵的項(xiàng)目設(shè)計(jì)特征241
7.4.3設(shè)計(jì)原型概述253
7.4.4供選擇的設(shè)計(jì)和操作263
7.4.5結(jié)論264
7.5 ENERPOS 265
7.5.1自然通風(fēng)和吊扇267
7.5.2遮陽與采光267
7.5.3小氣候措施267
7.5.4材料267
7.5.5人機(jī)工程學(xué)與室內(nèi)設(shè)計(jì)268
7.5.6能源效率268
7.5.7可再生能源技術(shù)的整合269
7.5.8設(shè)計(jì)過程描述270
7.5.9監(jiān)測系統(tǒng)273
7.5.10監(jiān)測數(shù)據(jù)273
7.5.11 ENERPOS測量模型預(yù)測的比較273
7.5.12熱舒適性實(shí)驗(yàn)研究278
7.5.13學(xué)到的在熱帶氣候下零能耗建筑將來設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)280
7.6小結(jié)281
致謝282
參考文獻(xiàn)283
第8章 結(jié)論、研究需求和未來工作288
8.1零能耗建筑建模、設(shè)計(jì)和仿真288
8.2未來方向與研究需求 289
附錄 縮略語291