基于能耗模擬的夏熱冬冷地區(qū)住宅節(jié)能設(shè)計(jì)

袁棪

摘 要：隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，人們不僅開始關(guān)注建筑節(jié)能問題，對室內(nèi)舒適度的要求也不斷提高。因此，在建筑建設(shè)過程中，要將室內(nèi)舒適度與建筑節(jié)能結(jié)合起來?；诖?，本文采用Ecotect能耗模擬軟件對鄭州市某住宅建筑設(shè)計(jì)節(jié)能方案的日照、光、熱環(huán)境進(jìn)行模擬，以熱舒適為前提、節(jié)能為目的，選擇最優(yōu)的節(jié)能方案。

關(guān)鍵詞：生態(tài)建筑;建筑節(jié)能;Ecotect

中圖分類號：TU241文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）01-0106-03

Abstract： With the continuous development of the construction industry， people not only began to pay attention to building energy conservation， but also to the requirements of indoor comfort. Therefore， in the process of building construction， indoor comfort should be combined with building energy saving. Based on this， this paper used Ecotect energy consumption simulation software to simulate the sunshine， light and thermal environment of a residential building design energy-saving scheme in Zhengzhou， and selected the optimal energy-saving scheme with thermal comfort as the premise and energy-saving as the purpose.

Keywords： ecological architecture;building energy conservation;Ecotect

自1973年發(fā)生世界性能源危機(jī)之后，各國開始紛紛關(guān)注建筑節(jié)能問題，并制定相關(guān)法律體系、管理體系和激勵政策，以對建筑進(jìn)行改造，促進(jìn)建筑節(jié)能。而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對室內(nèi)舒適度的要求不斷提高。因此，在建設(shè)過程中，要將室內(nèi)舒適度與建筑節(jié)能結(jié)合起來，以舒適度為前提，以節(jié)能為目的，通過采取合理的節(jié)能方案來同時滿足節(jié)能和舒適度的需求。

目前，現(xiàn)有文獻(xiàn)對建筑節(jié)能已有了一定的研究，如Martin、Reinhard以更新住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)和更換供熱系統(tǒng)為主要因素對德國既有住宅住戶的節(jié)能改造偏好進(jìn)行了調(diào)查分析[1];Alaa、Moncef研究沙特阿拉伯住宅建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化[2];Nopparat、Somsak對安裝百葉窗影響室內(nèi)熱舒適進(jìn)行了研究[3];唐天芬等對江門市既有居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能及使用狀態(tài)進(jìn)行研究，并對圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造提出建議[4];白魯建等對西安市春季居住建筑室內(nèi)人體熱舒適進(jìn)行研究分析[5]。本文采用Ecotect能耗模擬軟件對鄭州市某住宅建筑設(shè)計(jì)節(jié)能方案的日照、光、熱環(huán)境進(jìn)行模擬，深入分析不同節(jié)能方案的能源消耗、不舒適度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱、溫度分布和熱舒適度等，以熱舒適為前提、節(jié)能為目的，選擇最優(yōu)的節(jié)能方案。

1 工況概況

本項(xiàng)目位于河南省鄭州市，高層住宅16層，其標(biāo)準(zhǔn)層層高為2.8 m，頂層層高為2.9 m，建筑總高度為46.7 m，建筑總長度為39.78 m，總寬度為16.64 m，墻體厚度為240 mm。住宅南北向布置，樓梯間不采暖。

2 模型創(chuàng)建及分析

2.1 建立模型

在Ecotect中對幾何模型的創(chuàng)建有兩種方式：一是在軟件中直接建立模型;二是利用外部模型導(dǎo)入[6]。本文采用導(dǎo)入方式，將SketchUp創(chuàng)建的模型導(dǎo)入Ecotect軟件中進(jìn)行相應(yīng)的物理分析。

2.2 戶型的生態(tài)物理分析

2.2.1 戶型的采光分析。根據(jù)國家規(guī)范規(guī)定，以全陰天情況計(jì)算。主要針對臥室兩個窗戶的采光進(jìn)行分析并與規(guī)范對比，進(jìn)行采光評估，發(fā)現(xiàn)臥室玻璃透光率較好。

2.2.2 戶型的熱工分析。熱工分析是對室內(nèi)外各種擾動作用下的室內(nèi)熱環(huán)境的分析。由于室內(nèi)人員輻射熱量會對室內(nèi)熱環(huán)境產(chǎn)生一定影響，因此，在進(jìn)行戶型的熱工分析時，需要考慮室內(nèi)人員的輻射熱量等情況。

2.2.2.1 逐時得熱分析。通過分析冬天最冷日的逐時得熱和失熱情況可知，熱量損失較大。太陽輻射提供熱量使臥室內(nèi)部得熱穩(wěn)定，其中構(gòu)件導(dǎo)熱情況變化較為明顯?；诖耍梢灾攸c(diǎn)考慮墻體、門窗的隔熱保溫性。

2.2.2.2 溫度分布分析。通過分析臥室溫度變化曲線和室外溫度曲線圖（圖略），發(fā)現(xiàn)室內(nèi)外溫差相差較大，重點(diǎn)分析研究次臥室最冷日均值的溫度曲線，可發(fā)現(xiàn)在早上07：00，室外溫度最低約是-9 ℃，與室內(nèi)相差較大。綜上所述，在設(shè)計(jì)過程中需要設(shè)置保溫層，加強(qiáng)臥室的保溫性能。同時，需要將室內(nèi)的保溫結(jié)構(gòu)設(shè)置得厚一些。

2.2.2.3 月均逐時得熱分析。通過研究1月份到12月份主臥室一天24 h維護(hù)結(jié)構(gòu)的直接得失熱量情況可知，5月到9月臥室圍護(hù)結(jié)構(gòu)得到的熱量較多，一天中14：00—22：00得到的熱量較大，其中6月、7月14：00—22：00間得到的熱量最多，1月、12月03：00—23：00損失熱量最多。冬季有相當(dāng)一部分的太陽輻射落在圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面上，所以，可以通過平衡晝夜熱損失來減少空調(diào)、風(fēng)扇能耗。

2.2.2.4 被動通過分析發(fā)現(xiàn)，起居室和餐廳的視野較差，廚房和衛(wèi)生間視野稍差，其余房間視野都很好。因此，可以將起居室靠向陽臺的門設(shè)置為玻璃推拉門，以改善視野情況。

2.2.4 戶型的聲學(xué)分析。通過對建筑臥室內(nèi)的混響時間進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)座椅人員數(shù)量、建筑材料的吸聲情況等因素對混響時間的性能存在影響，若想臥室靜環(huán)境更佳，可采用吸聲材料來降低臥室噪聲污染。

2.2.5 戶型的日照分析。日照指的是太陽對建筑戶內(nèi)的照射時長，用時間來衡量。影響因素包括周邊主要是南面的其他建筑，以及建筑自身的遮擋。

2.2.5.1 臥室向陽面的日照分析。通過分析可知，本案例中向陽面的兩個臥室日照時間均滿足國家規(guī)范（2h）。但結(jié)合圖1和圖2可知，臥室向陽面的采光整體較好，但是戶型內(nèi)部的采光不是很好，尤其是過道、書房和起居室背陽面。因此，在裝修起居室和書房時，可使用陽光材料，被動式提高空間亮度。為提高過道的亮度，墻面選用反光材料，或者采用天井的設(shè)計(jì)手法等。

2.2.5.2 日照投影分析。選取標(biāo)準(zhǔn)層戶型，在冬至日（12月21日）計(jì)算日照投影（見圖3），本例冬至日沒有遮擋，投影日照合理，因此，整個建筑投影日照關(guān)系都是合理的。

3 建筑整體的生態(tài)物理分析優(yōu)化

利用Ecotect對所選案例建筑物進(jìn)行采光、日照等物理分析。通過對首層建筑的一個窗戶的采光率進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)此窗戶采光效果較差。為改善首層窗戶的采光效果，決定將首層窗戶窗臺高度從900 mm調(diào)整為1 200 mm，并采用透光效果較好的玻璃材質(zhì)。改進(jìn)后窗戶的采光效果更佳。對于采光稍差的地方，可將人工燈源布置得稍低一點(diǎn)，選擇功率較高的燈泡，或增加燈泡數(shù)量來改善首層建筑的采光照度。冬至日窗戶每一點(diǎn)的日照時間數(shù)整體滿足國家規(guī)定的日照時間數(shù)（2 h），可見，建筑窗戶的日照時間符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

采用Ecotect建筑光、熱環(huán)境模擬軟件對建筑室內(nèi)外光、熱環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得出如下結(jié)論。

①住宅樓內(nèi)的房間設(shè)計(jì)及玻璃材質(zhì)選取合理，自然采光系數(shù)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，且房間內(nèi)不會產(chǎn)生令人不適的眩光反應(yīng)。

②為了減少熱損耗，需要增強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)蓄熱性能。

③在建筑項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)階段，運(yùn)用光熱環(huán)境模擬分析軟件可以快速地呈現(xiàn)出人們所需了解的建筑光熱環(huán)境的性能、特征及實(shí)際效果，從而對方案進(jìn)行預(yù)測、判斷以及優(yōu)化。

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