基于Ecotect軟件改善土樓的節(jié)能設計研究

王鵬 羅玉虎

引 言

本文研究的目的是在尊重土樓建筑風格的基礎上，以弘揚民居建筑文化為目標，持與時俱進發(fā)展的態(tài)度對土樓建筑進行節(jié)能研究，對土樓采光等方面進行改造從而滿足居民的日常生活需求，使其有個舒適的居住環(huán)境。保證土樓持續(xù)健康的發(fā)展，對土樓文化進行傳承。本文以福建省廈門市土樓為研究對象，進行朝向、溫度、室內(nèi)舒適度、采光等模擬分析，依據(jù)PMV-PPD熱評價體系進行分析，并提出相應優(yōu)化建議，所得結論可為當?shù)赝翗枪?jié)能設計策略研究提供理論依據(jù)。

土樓概況

2008年7月7日，在加拿大魁北克城舉行的第32屆世界遺產(chǎn)大會上，46座福建土樓被正式列入《世界遺產(chǎn)名錄》。福建土樓共有3000座，保存最完整，覆蓋范圍最廣，數(shù)量最多，品種最豐富。土樓是解決人口增長與土地減少之間的矛盾的最佳方法，其具有以下獨特性能：土樓外墻使用的是紅壤土、砂石、竹片等材料，皆通過就地取材，用最平常的泥土和木材建造成堅不可摧的樓堡，其歷經(jīng)百年屹立不倒，堅固異常;廢棄時歸于自然，不造成污染，也極具當?shù)靥厣?，富有地域氣息，對文脈和資源兩方面的可持續(xù)發(fā)展都有重要意義。

軟件模擬

軟件選取

本文主要采用Autodesk Revit Architecture軟件對福建土樓進行3D建模。將Revit建好的模型導入建筑環(huán)境模擬軟件Ecotect中進行模擬分析。

逐時干球溫度分析

對土樓進行逐時干球溫度分析，可以得出廈門冬季溫度基本在0 ℃以上，12月、1月溫度最低，8月左右溫度最高。

最佳朝向計算

利用Weather tool（氣象工具）選取廈門地區(qū)的相對應的氣象數(shù)據(jù)資料，通過此功能的應用可以迅速獲得建筑的最佳朝向，不增加建設成本的同時盡可能提高其朝向的合理性，有助于后期深入分析時對土樓環(huán)境的優(yōu)化。所謂最佳朝向就是考慮到過冷時間里得到的太陽輻射較多，過熱時間里得到的太陽輻射較少，二者權衡折中的一個方向。經(jīng)研究得出土樓的最佳朝向為170°，最差朝向為80°。

逐時直射溫度分析

由于當?shù)厍缣毂容^多，特別是夏秋季節(jié)，這對利用太陽能十分有利。故為了保證資源利用率的最大化，在南向安裝太陽能光電板。

室內(nèi)舒適度評價及節(jié)能設計策略

室內(nèi)舒適度評價

模擬期間冬季房間門窗均關閉，取室內(nèi)風速為0 m/s。其中服裝熱阻通過調(diào)查當?shù)鼐用穸臼覂?nèi)著裝情況設定為1.7 clo;夏季房間門窗均開啟，取室內(nèi)風速為0.2 m/s，著裝設定為0.5 clo。依據(jù)國際標準化組織ISO7730標準的規(guī)定值進行計算，新陳代謝率以人體坐姿、輕微活動設定為1.2 met。利用軟件模擬所得的數(shù)據(jù)，室內(nèi)溫度、相對濕度、平均輻射溫度、飽和水蒸氣壓力等，基于Matlab軟件將對應參數(shù)輸入計算得到夏冬季PMV、PPD值。土樓冬季預測熱感覺投票PMV的均值為-0.91，預測不滿意百分比PPD均值達25%;夏季預測熱感覺投票PMV的均值為0.11，預測不滿意百分比PPD均值卻高達41%。結果表明：福建土樓冬季在無任何輔助采暖時，由于土樓墻體厚，人體僅感覺稍冷，故不滿意率較低。而夏季整體舒適度提高，不滿意率卻上升，是由于土樓多位于農(nóng)村且海拔較高，夜晚感覺偏涼需蓋被子，而白天則感覺偏熱需進行輔助散熱。

節(jié)能設計策略

通過Ecotect軟件模擬分析，土樓整體室內(nèi)熱環(huán)境情況較好，結合實際對上述存在的其他問題進行節(jié)能設計優(yōu)化：

1.根據(jù)廈門地區(qū)最佳朝向，將主房設在夏季迎風面（南面），輔助用房設在背風面。為防止冬季冷風的侵襲，土樓開口不宜朝向冬季主導風向，且開口不宜過大。

2.窗墻比增大為40%，不僅可以提高室內(nèi)的采光，也可增加土樓的室內(nèi)舒適度。為防止冬季門窗的冷風滲透，可設置防寒門斗，在門上加防風條。加設防寒窗簾、門簾以及風幕，窗上加密封墊和插銷。北側設置防寒綠化，減少北向開窗，并增加門窗的氣密性設計。

3.通過對土樓的采光模擬分析，發(fā)現(xiàn)土樓采光不足，32.19%的時間需要人工照明，而大多居民并沒有節(jié)能的意識，故大多未選擇節(jié)能燈進行照明。采用鹵鎢燈取代普通照明白熾燈（節(jié)電50%-60%），用自鎮(zhèn)流單端熒光燈取代白熾燈（節(jié)電70%-80%），用直管型熒光燈取代白熾燈，對直管型熒光燈進行升級換代（節(jié)電70%-90%），同時大力推廣高壓鈉燈、低壓鈉燈、二極管LED和金屬鹵化物燈等節(jié)能燈的使用。具體可根據(jù)經(jīng)濟情況來選用節(jié)能燈。

結束語

本文基于Ecotect軟件對土樓進行模擬分析，擺脫了以往繁雜的數(shù)字輸入與記錄的過程，可以直觀地對建筑信息模型進行節(jié)能分析及模擬計算，有針對性地提出節(jié)能設計策略，可滿足土樓居民的正常使用，并有個舒適的居住環(huán)境，保證土樓持續(xù)健康地發(fā)展。

參考文獻：

[1]趙西平，門進杰，史慶軒，劉加平.夯土墻在單調(diào)和反復水平荷載下的試驗研究[J].世界地震工程，2006（02）：29-33.

[2]趙西平，劉元，劉加平.秦嶺山地傳統(tǒng)民居冬季熱工能分析[J].太原理工大學學報，2006，37（5） ： 565-567.

[3]盛建榮.福建客家土樓建筑理念的初探[J].華中建筑，2015，33（07）：124-127.

[4]周維. 濕熱地區(qū)農(nóng)村夯土住宅節(jié)能設計研究[D].華中科技大學，2007.

第一作者：王鵬（1993—），男，漢族，碩士，陜西西安人，主要從事土木工程相關研究。E-mail：694298560@qq.com