CN110390726A - 零能耗建筑的分析系统及其运作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种零能耗建筑的分析系统，包括一模型建构模块、一模型分析模块、一性能分析模块以及一太阳能模块。本发明的零能耗建筑的分析系统的运作方法包括：(1)输入复数个相关参数并建构一建筑模型；(2)将此建筑模型的数据上传云端进行性能分析，产生一能源使用强度值(Energy Usage Intensity,EUI)以及一优化性能百分比值；(3)持续调整参数及导入再生能源的使用，直到优化性能百分比值达到一期望值。

Description

零能耗建筑的分析系统及其运作方法
技术领域
本发明公开了一种建筑整合设计分析系统及其运作方法，尤指一种整合设计并分析出符合零能耗建筑定义的零能耗建筑的分析系统及其运作方法。
背景技术
随着地球的暖化，全球的气候环境严重变迁，使得极端气候频繁发生，严重威胁到地球上的生态环境与人类的生活。因此，近年来许多国家与国际组织订定了许多环保与节能的规范，希望藉由这些规范的效力，能使环境保护得以落实，并能缓解地球暖化与极端气候的发生。
有鉴于此，在建筑设计的领域上，绿能建筑便成为一种新兴的设计理念，藉由低耗能、低排放与低污染，绿能建筑得以落实环境保护的诉求，为维持地球的用续发展提供一大助力。其中，零能耗建筑(Net Zero Energy Buildings,NZEB)更是一种更高标准的设计理想，并且已成为许多建筑师与学者现今所努力的方向。
然而，现有的建筑设计工具，并不具备有足够便利的分析处理系统，已知的设计工具中，往往无法整合建筑设计细节的三维呈现、建筑的性能以及能源使用的分析，建筑设计师一旦设计了建筑的架构后，通常需要再对此建筑进行额外的分析或模拟，无法藉由分析模拟与设计的循环达到绿能建筑设计的最优化，尤有甚者，现今的建筑设计工具无法对能源的利用进行管理，对于零能耗建筑(Net Zero Energy Buildings,NZEB)理想的实现更是备显困难。
发明内容
为解决先前技术中所提及的课题，本发明提供了一种零能耗建筑的分析系统，包括：一模型建构模块，包括：一输入模块，包括复数个第一参数输入模块、复数个第二参数输入模块以及复数个第三参数输入模块；一接收模块，与输入模块连接，接收模块接收复数个第一参数输入模块产生的复数个第一参数、复数个第二参数输入模块产生的复数个第二参数以及复数个第三参数输入模块产生的复数个第三参数；一运算模块，与接收模块连接；一显示模块，与运算模块连接，此显示模块包括一视觉显示器；以及一第一资料传输模块，分别与运算模块以及复数个第三参数输入模块连接；一模型分析模块，与模型建构模块连接，此模型分析模块包括:一第二资料传输模块，与第一资料传输模块连接；一云端处理器，与第二资料传输模块连接；一性能分析模块，与模型分析模块连接，此性能分析模块包括一预设值；以及一太阳能模块。
本发明更提供一种零能耗建筑的分析系统的运作方法，包括：
S1.使用一模型建构模块建构一建筑模型，包括：
m1.输入复数个建筑物参数；
m2.输入一地理位置参数，并获取一气象模拟数据；
m3.产生此建筑模型的一建筑模型数据；
m4.显示此建筑模型的一三维立体建筑模型，接着执行步骤S2；
S2.使用一模型分析模块分析所述建筑模型，包括：
a1.将建筑模型数据上传至一云端处理器；
a2.对此建筑模型数据产生一能耗分析数据，包括一能源使用强度值；以及
a3.对此建筑模型数据产生一能耗分析图，接着执行步骤S3；
S3.使用一性能分析模块分析所述建筑模型，对能源使用强度值与一预设值进行运算，产生一优化性能百分比值；以及
S4.执行步骤S3后，使用一太阳能模块，对此建筑模型数据产生一太阳能数据，并再次执行S3。
以上对本发明的简述，目的在于对本发明的数种面向和技术特征作一基本说明。发明简述并非对本发明的详细表述，因此其目的不在特别列举本发明的关键性或重要元件，也不是用来界定本发明的范围，仅为以简明的方式呈现本发明的数种概念而已。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明的实施例零能耗建筑的分析系统的结构示意图；
图2为本发明的实施例零能耗建筑的分析系统的运作方法流程结构示意图；
图3为本发明的另一实施例零能耗建筑的分析系统的运作方法流程结构示意图。
附图标号说明：
100 模型建构模块
200 输入模块
201 第一参数输入模块
202 第二参数输入模块
203 第三参数输入模块
300 接收模块
301 第一参数
302 第二参数
303 第三参数
400 运算模块
500 显示模块
501 视觉显示器
600 第一资料传输模块
700 模型分析模块
701 第二资料传输模块
702 云端处理器
703 气象模拟模块
704 历史数据库
800 性能分析模块
801 预设值
900 太阳能模块
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果所述特定姿态发生改变时，则所述方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参照图1，图1是本发明的实施例零能耗建筑的分析系统的结构示意图。由图1中可见，本发明的零能耗建筑的分析系统包括：一模型建构模块100，包括：一输入模块200，包括复数个第一参数输入模块201、复数个第二参数输入模块202以及复数个第三参数输入模块203；一接收模块300，与输入模块200连接，接收模块300接收复数个第一参数输入模块201产生的复数个第一参数301、复数个第二参数输入模块202产生的复数个第二参数302以及复数个第三参数输入模块203产生的复数个第三参数303；一运算模块400，与接收模块300连接；一显示模块500，与运算模块400连接，此显示模块500包括一视觉显示器501；以及一第一资料传输模块600，分别与运算模块400以及复数个第三参数输入模块203连接；一模型分析模块700，与模型建构模块100连接，模型分析模块700包括:一第二资料传输模块701，与第一资料传输模块600连接；一云端处理器702，与第二资料传输模块701连接；一性能分析模块800，与模型分析模块700连接，性能分析模块800包括一预设值801；以及一太阳能模块900。
本发明的一实施例中，一使用者透过一输入装置，例如一个人计算机在输入模块200的复数个第一参数输入模块201中输入复数个第一参数301、在复数个第二参数输入模块202中输入复数个第二参数302，以及在复数个第三参数输入模块203中输入复数个第三参数303；本实施例中第一参数输入模块201是用来输入复数个建筑几合资讯的参数的组合，例如：配置、形状、座向等；第二参数输入模块202是用来输入复数个建筑非几何信息的参数的组合，例如：空间类型、墙壁构造、热传导性能、主动设备的选择(空调设备、照明设备等)、开窗率、运行的规划等；第三参数输入模块203是用来输入地域资料与气象资料，例如：经纬度、环境特性、温度、湿度、太阳的路径、风玫图(wind rose plot)等。
当接收模块300接收到复数个第一参数输入模块201产生的复数个第一参数301、复数个第二参数输入模块202产生的复数个第二参数302以及复数个第三参数输入模块203产生的复数个第三参数303后，运算模块400将产生一三维的建筑物模型，纪录建筑物的几何空间关系、地理信息、建筑元件的数量和相关的几何或非几何性质。本发明的最佳实施例中，运算模块400是由欧特克股份有限公司(Autodesk,Inc.)开发的建筑信息模型系统(Building Information Modeling,BIM)Revit所组成，并整合到绿色建筑工作室(GreenBuilding Studio,GBS)的界面下操作。在某些实施例中，模型建构模块100包括一显示模块500，与运算模块400连接，此显示模块500更包括一视觉显示器501，借以显示运算模块400所产生的三维立体建筑模型以及绿色建筑工作室的操作界面。
本实施例中，模型建构模块100更包括一第一资料传输模块600，分别与运算模块400以及复数个第三参数输入模块203连接。第一资料传输模块600具有将运算模块400所产生的资料对外传输的功能，较佳的，第一资料传输模块600针对运算模块400所产生的资料进行转换运算，并产生一gbXML(Green Building Extensible Markup Language)格式资料，并将此gbXML格式资料对外传输。
本发明的另一实施例中，零能耗建筑的分析系统包括一模型分析模块700，与模型建构模块100连接，模型分析模块700包括一第二资料传输模块701，与第一资料传输模块600连接，当第一资料传输模块600将运算模块400所产生的资料转换成gbXML格式后，便将此资料传输至第二资料传输模块701以供模型分析模块700使用。模型分析模块700亦包括一云端处理器702，与第二资料传输模块701连接。云端处理器702针对第二资料传输模块701接收的资料进行多种分析运算，例如：能源消耗计算、建筑散热性能运算、建筑热负荷分析、气流特性分析、声学特性分析、建筑日照与采光分析、视觉感受分析、建筑性能分析、碳排放计算等。在某些实施例中，云端处理器702更包括一能耗仿真运算模块与一使用者界面，较佳的，能耗仿真运算模块包括一DOE-2仿真引擎，使用者界面为欧特克股份有限公司(Autodesk,Inc.)开发的绿色建筑工作室(Green Building Studio,GBS)界面，云端处理器702将分析结果转为并产生一可视化分析图与一模拟数值呈现，其中可视化分析图呈现的方式可为仿真的视觉图形、各式数值分析表、统计图表、分布图等。
本发明的一实施例中，模型分析模块700更包括一气象模拟模块703，与第二资料传输模块701及一气象站的一历史数据库704连接，其中气象模拟模块获取历史数据库的一历史数据并产生所述复数个第三参数303之一，第二资料传输模块701将复数个第三参数303的一传送至接收模块300。当使用者在第三参数输入模块203中输入了建筑物的经纬度后，第一资料传输模块600将此地域信息藉由第二资料传输模块701传送至模型分析模块700中，模型分析模块700中的气象模拟模块703根据此地域信息，在气象站的历史数据库704中搜寻并接收此地域典型气象年(Typical Meteorological Year,TMY)的历史天气资料，并对此历史数据进行仿真运算，产生一代表性天气资料作为第三参数303之一，第二资料传输模块701将此第三参数303的一传送至接收模块300后，运算模块400进行后续的建模，且模型分析模块700再次进行加入了天气信息的分析运算，并以可视化分析图的形式呈现(风玫图、热点分布图等)。
本发明的实施例零能耗建筑的分析系统更包括一性能分析模块800，与模型分析模块700连接，性能分析模块800更包括一预设值801；以及一太阳能模块900，与模型分析模块700连接。此外，云端处理器702产生的模拟数值包括一能源使用强度值(Energy UsageIntensity,EUI)，性能分析模块800计算能源使用强度值相对预设值801的一优化性能百分比值。其中，能源使用强度值的定义为建筑物的年耗能量除以建筑总楼地板面积，并仅计入营运阶段一年的用电量，其单位为kWh/m2*y，kWh为功率单位千瓦，m2为长度单位平方公分，y则代表年。本发明的预设值801为本建筑物在初步设计阶段中所选定的初始方案的能源使用强度值，此预设值801的选定是经由与同类型建筑物的平均值及极值进行比较后所选定的最合理值，以作为后续循环设计并优化的优化性能百分比值的比较依据。
本发明的一实施例中，太阳能模块900更包括一外部太阳能源数据库与一欧特克的太阳能板分析模块(Autodesk Solar Analysis for Revit)，此太阳能板分析模块可考虑在建筑物上加入不同覆盖率的太阳能板后的能源产出，亦能根据建筑物所在位置的经纬度信息，在外部太阳能源数据库中寻找邻近区域的适合的太阳能源，再导回模型分析模块700中进行能源使用强度值(Energy Usage Intensity,EUI)与优化性能百分比值的运算。
请参照图2，图2是本发明的实施例零能耗建筑的分析系统的运作方法流程图。由图2中可见，本发明的零能耗建筑的分析系统的运作方法的步骤S1「使用一模型建构模块建构一建筑模型」包括：输入复数个建筑物参数，使用者输入多个建筑几合资讯的参数以及建筑非几合资讯的参数，并输入一地理位置参数，获取一气象模拟数据；接着产生此建筑模型的一建筑模型数据并显示此建筑模型的一三维立体建筑模型，接着执行步骤S2。
由图2中可见，本发明的零能耗建筑的分析系统的运作方法的步骤S2「使用一模型分析模块分析所述建筑模型」包括：将步骤S1中产生的建筑模型数据上传至一云端处理器702，对此建筑模型数据产生一能耗分析数据，包括一能源使用强度值；以及对此建筑模型数据产生一能耗分析图，接着执行步骤S3。本发明的零能耗建筑的分析系统的运作方法的步骤S3包括：使用一性能分析模块800分析S1中产生的建筑模型，对能源使用强度值与一预设值进行运算，产生一优化性能百分比值。最后，本发明的零能耗建筑的分析系统的运作方法的步骤S4包括：执行步骤S3后，使用一太阳能模块900，对此建筑模型数据产生一太阳能数据，并再次执行步骤S3。
接着请参照图3，图3是本发明的另一实施例零能耗建筑的分析系统的运作方法流程图。本实施例中，执行步骤S3后，更执行一设计策略，包括：调整步骤m1中的复数个建筑物参数(例如：墙壁的构造参数、开窗率或主动设备的选择等)并再次进行步骤m3-S3，对本次的设计参数进行建筑模型建构与分析，当分析出的优化性能百分比值未达到期望值时，便重复进行步骤D1「调整步骤m1中的复数个建筑物参数并再次进行步骤S2-S3，对本次的设计参数进行建筑模型建构与分析」，直到分析出的优化性能百分比值大于或等于期望值，便完成了零能耗建筑的最佳设计。其中期望值为节能分析的循环设计中，在每个阶段所设定的节能优化标的，本发明的一实施例中，在初步设计阶段(Schematic Design,SD)设定的期望值为21％的优化性能百分比值，在细部设计阶段(Design Development,DD)设定的期望值为30％的优化性能百分比值。
以上列举的实施例仅为提供本发明的零能耗建筑的分析系统的运作方法一简明的阐述，使用者亦可任意将以上实施例的步骤充新排列组合进行，本发明的零能耗建筑的分析系统的运作方法不以此为限。
本发明的零能耗建筑的分析系统及其运作方法提供了建筑师一种便利的分析处理系统，不但能对建筑的设计细节进行三维的呈现，更可直接将所建构的模型上传并进行性能以及能源使用的分析，轻易地达成分析模拟与设计的循环。藉由再生能源以及最优化参数的导入，本发明更提供了一种相当系统化并具有指标性的绿能建筑设计的最优化决策方法。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种零能耗建筑的分析系统，其特征在于，包括：
一模型建构模块，包括：
一输入模块，包括复数个第一参数输入模块、复数个第二参数输入模块以及复数个第三参数输入模块；
一接收模块，与所述输入模块连接，所述接收模块接收所述复数个第一参数输入模块产生的复数个第一参数、所述复数个第二参数输入模块产生的复数个第二参数以及所述复数个第三参数输入模块产生的复数个第三参数；
一运算模块，与所述接收模块连接；
一显示模块，与所述运算模块连接，所述显示模块包括一视觉显示器；
一第一资料传输模块，分别与所述运算模块以及所述复数个第三参数输入模块连接；
一模型分析模块，与所述模型建构模块连接，所述模型分析模块包括：
一第二资料传输模块，与所述第一资料传输模块连接；
一云端处理器，与所述第二资料传输模块连接；
一性能分析模块，与所述模型分析模块连接，所述性能分析模块包括：
一预设值；以及
一太阳能模块。
2.如权利要求1所述的零能耗建筑的分析系统，其特征在于，所述云端处理器更包括一能耗仿真运算模块与一使用者界面。
3.如权利要求1所述的零能耗建筑的分析系统，其特征在于，所述视觉显示器显示一三维立体建筑模型。
4.如权利要求1所述的零能耗建筑的分析系统，其特征在于，所述第一资料传输模块产生一gbXML格式资料，并将所述gbXML格式资料传输至所述第二资料传输模块。
5.如权利要求1所述的零能耗建筑的分析系统，其特征在于，所述云端处理器更产生一可视化分析图与一模拟数值。
6.如权利要求5所述的零能耗建筑的分析系统，其特征在于，所述模拟数值包括一能源使用强度值，所述性能分析模块计算所述能源使用强度值相对所述预设值的一优化性能百分比值。
7.如权利要求1所述的零能耗建筑的分析系统，其特征在于，所述模型分析模块更包括一气象模拟模块，与所述第二资料传输模块及一气象站的一历史数据库连接，其中所述气象模拟模块获取所述历史数据库的一历史数据并产生所述复数个第三参数之一，所述第二资料传输模块将所述复数个第三参数之一传送至所述接收模块。
8.如权利要求1所述的零能耗建筑的分析系统，其特征在于，所述太阳能模块更包括一外部太阳能源数据库与一欧特克的太阳能板分析模块。
9.一种零能耗建筑的分析系统的运作方法，其特征在于，包括：
S1.使用一模型建构模块建构一建筑模型，包括：
m1.输入复数个建筑物参数；
m2.输入一地理位置参数，并获取一气象模拟数据；
m3.产生所述建筑模型的一建筑模型数据；
m4.显示所述建筑模型的一三维立体建筑模型，接着执行步骤S2；
S2.使用一模型分析模块分析所述建筑模型，包括：
a1.将所述建筑模型数据上传至一云端处理器；
a2.对所述建筑模型数据产生一能耗分析数据，包括一能源使用强度值；以及
a3.对所述建筑模型数据产生一能耗分析图，接着执行步骤S3；
S3.使用一性能分析模块分析所述建筑模型，对所述能源使用强度值与一预设值进行运算，产生一优化性能百分比值；以及
S4.执行所述步骤S3后，使用一太阳能模块，对所述建筑模型数据产生一太阳能数据，并再次执行S3。
10.如权利要求9所述的零能耗建筑的分析系统的运作方法，其特征在于，其中执行所述步骤S3后，更执行一设计策略，包括：
D1.调整步骤m1中的所述复数个建筑物参数，并再次进行步骤m3-S3；以及
D2.重复进行步骤D1直到所述优化性能百分比值大于或等于一期望值。
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