零能耗建筑建模、设计与优化

  

安德里亚斯·阿斯埃涅提斯、威廉·奥布瑞恩主编的这本《零能耗建筑建模设计与优化》讨论了用于设计零能耗建筑的不同的设计过程和工具，这包括很基础的概念、设计策略和技术。通过4个不同的零(低)能耗建筑对这些过程和工具进行了评估。这4个不同的零能耗和低能耗建筑都是作者在从设计概念到运行的过程中密切参与的项目。从这些案例分析中所获得的高精度的性能数据与使用相应的设计工具获得的预测结果进行了比较。
本书是由北美与欧洲的学术界和建筑设计人员共同撰写，提供了有关零能耗建筑的广泛视角。本书为优选建筑的设计人员获得相应的理论背景和广泛的实践经验提供了有益的指导。

Andreas Athienitis博士，加拿大工程院院士，环境变化跨政府合作委员会(Intergovernmental Panelfor Climate Change，IPCC)的杰出作者，加拿大康卡迪亚大学(ConcordiaUniversity)建筑、土木与环境工程系教授，他同时是该校建筑物太阳能系统集成学会主席。Athienitis博士同时是加拿大NSERC智能零能耗建筑策略研究网络的科学主管(任期2011～2016年)和NSERC太阳能建筑研究网络的发起主管(任期2005～2010年)。他曾是靠前能源署(IEA)SHC任务40／EBC Annex52工作组(“面向零能耗太阳能建筑”)子课题的联合负责人。Athienitis博士在太阳能建筑与建筑能源系统领域发表了超过200篇论文，并出版了几本专著。
William O’Brien博士，加拿大卡尔顿大学(Carleton University)土木与环境工程系副教授。他是人与建筑相互影响实验室的首席研究员，此实验室有一支跨学科领域研究人员组成的研究团队，用以设计建筑并组建包含了人员因素的建筑控制系统。O’Brien博士发表了超过40篇论文。他曾是IEA SHC务40／EBC Annex52工作组(“面向零能耗太阳能建筑”)子课题的联合负责人，同时现在是lEA EBC Annex66工作组(“建筑物人员行为定义与仿真”)的联合负责人。

译者序
Chinese Edition Preface
中文版序
原书序
原书前言
原书致谢
主编和原书编辑简介
作者名单
第1章 概论
1.1 零能耗建筑的发展
1.1.1 零能耗建筑的概念
1.1.2 智能零能耗建筑的设计和建模问题
1.2 本书的内容
参考文献
第2章 作为集成能源系统的零能耗建筑的建模与设计
2.1 简介
2.1.1 被动式设计、能源效率、热动态性和舒适性
2.1.2 详细的频域墙体模型及传递函数
2.1.3 z传递函数法
2.1.4 详细的区域模型和建筑物传递函数
2.1.5 建筑物暂态响应分析
2.2 集成在零能耗建筑中的可再生能源产生系统/技术
2.2.1 作为零能耗建筑使能技术的BIPV
2.2.2 太阳能热系统
2.2.3 主动式DITES和板/辐射供暖/供冷系统
2.2.4 热泵系统――零能耗建筑中有前途的技术
2.2.5 零能耗建筑的CHP
参考文献
第3章 零能耗建筑中的舒适性考虑：理论与设计
3.1 简介
3.2 热舒适性
3.2.1 零能耗建筑中明确的热舒适目标
3.2.2 热舒适性原理
3.2.3 建筑热不舒适的长期评价
3.3 采光和视觉舒适
3.3.1 简介
3.3.2 适应亮度
3.3.3 基于照度的性能指标
3.3.4 基于亮度的性能指标
3.3.5 自然采光和用户行为
3.4 声学舒适
3.5 室内空气品质
3.6 小结
参考文献
第4章 零能耗建筑的设计过程与工具
4.1 简介
4.2 在零能耗建筑设计过程中集成建模工具
4.2.1 简介
4.2.2 实现零能耗建筑阶段的概述
4.2.3 工具
4.2.4 概念设计
4.2.5 深化设计
4.2.6 技术设计
4.2.7 集成设计过程和项目实施方法
4.2.8 本节小结
4.3 零能耗建筑设计工具、建模性和设计方法
4.3.1 简介
4.3.2 模型的精度
4.3.3 对于特定的建筑物系统和建筑物特性的模型精度
4.3.4 设计中使用的工具
4.3.5 未来的需求和结论
4.4 小结
参考文献
第5章 零能耗建筑的建筑性能优化
5.1 简介
5.1.1 什么是BPO
5.1.2 零能耗建筑设计中BPO的重要性
5.2 优化基础
5.2.1 BPO目标（单目标和多目标函数）
5.2.2 优化问题的定义
5.2.3 适用于BPS的优化算法回顾
5.2.4 BPS中优化算法的集成
5.2.5 BPO专家采访
5.3 优化的应用：成本优和近零能耗建筑
5.3.1 简介
5.3.2 案例研究：芬兰的单户住宅
5.3.3 本节小结
5.3.4 案例研究的后思考
5.4 优化的应用：一个舒适的零能耗住宅
5.4.1 建筑模型的描述
5.4.2 优化问题所采用的方法和陈述
5.4.3 结果讨论
5.4.4 后考虑
5.5 小结
参考文献
第6章 负荷匹配、电网交互和先进控制
6.1 简介
6.1.1 在每年能源平衡之外的考虑因素
6.1.2 有关L.M.GI的问题
6.2 L.M.GI表示器
6.2.1 简介
6.2.2 指示器分类
6.3 预测控制和负荷管理的策略
6.3.1 能源存储设备
6.3.2 建筑物预测控制
6.4 控制用模型的开发
6.4.1 建筑物部件：热传导
6.4.2 整体建筑的热模型
6.4.3 线性模型
6.5 小结
参考文献
第7章 零能耗建筑案例研究
7.1 简介
7.2 EcoTerra
7.2.1 coTerra的描述
7.2.2 设计过程
7.2.3 测试性能
7.2.4 再设计研究
7.2.5 结论和收获
7.3 Leaf House
7.3.1 Leaf House的主要特征
7.3.2 设计过程描述
7.3.3 建筑物设计的目的
7.3.4 热力站描述
7.3.5 监视数据
7.3.6 所使用模型的特点与局限
7.3.7 模型校验
7.3.8 再设计
7.3.9 结论和收获
7.4 NREL RSF
7.4.1 RSF介绍
7.4.2 关键的项目设计特征
7.4.3 设计原型概述
7.4.4 供选择的设计和操作
7.4.5 结论
7.5 ENERPOS
7.5.1 自然通风和吊扇
7.5.2 遮阳与采光
7.5.3 小气候措施
7.5.4 材料
7.5.5 人机工程学与室内设计
7.5.6 能源效率
7.5.7 可再生能源技术的整合
7.5.8 设计过程描述
7.5.9 监测系统
7.5.10 监测数据
7.5.11 ENERPOS测量模型预测的比较
7.5.12 热舒适性实验研究
7.5.13 学到的在热带气候下零能耗建筑将来设计的经验
7.6 小结
致谢
参考文献
第8章 结论、研究需求和未来工作
8.1 零能耗建筑建模、设计和仿真
8.2 未来方向与研究需求
附录 缩略语

5年前，在国际能源署（IEA）的建筑物与社区能耗第52子课题的“太阳能供热和供冷第40任务组”中近60位国际专家参与了“面向零能耗太阳能建筑（“T40 A52”）”研究任务，这些专家在加拿大蒙特利尔的康卡迪亚大学进行了第一次官方专家会议。与会的许多专家都惊讶于国际上对于零能耗建筑的不同的观点——这包括对于其定义、官方的建筑标准、商业和法律方面的要求和设计策略。在随后的5年中，有关专家在9个不同的地区举行了相关会议，同时也融入了当地的建筑设计文化，这为我们提供了对于零能耗建筑的更有价值的国际视角，也为我们提供了在一些零能耗建筑中进行会议的机会（有几个作为会议的地点的建筑将在本书中深入讨论）。    本书的目的是为零能耗建筑建模、设计与相关问题提供一个广泛的视角，同时也为设计人员和研究生提供对零能耗建筑的深入理解。本书由来自7个国家在工业界和学术研究界不同领域的22位作者所撰写。本书开始介绍了取得零能耗的建模基础、相关策略和技术，这包括了很多量化性能的方法。如同“T40 A52”研究任务所强调的，舒适性是零能耗建筑的基本方面，而不是补充方面，因而本书中有一章去论述了热舒适性、视觉舒适性、听觉舒适性和室内空气质量。随后的两章通过几个实例论述了零能耗建筑的设计、建模、仿真和优化。在“T40 A52”研究任务的早期就认识到零能耗建筑的研究必须包括与电网的交互影响，这是由于零能耗建筑的定义主要是强调能耗平衡。因而，通过一章内容对此进行了讨论。在本书的第二大部分中，详细论述了4个零能耗建筑的案例研究，同时与前面几章内容进行联系，包括能源性能、舒适性，设计意图与实际运行的关联，以及案例收获。最终论述了基于案例研究的原型再设计。Andreas Athienitis博士,注册工程师，加拿大工程院院士魁北克工业主席，康卡迪亚大学研究主席NSERC 智能零能耗建筑策略研究网络科学主任康卡迪亚零能耗建筑研究中心主任加拿大，蒙特利尔，康卡迪亚大学（Concordia University）William O’Brien博士加拿大，渥太华，卡尔顿大学（Carleton University）土木与环境工程系