基于Ecotect軟件改善土樓的節(jié)能設(shè)計(jì)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(fēng)格的基礎(chǔ)上，以弘揚(yáng)民居建筑文化為目標(biāo)，持與時(shí)俱進(jìn)發(fā)展的態(tài)度對(duì)土樓建筑進(jìn)行節(jié)能研究，對(duì)土樓采光等方面進(jìn)行改造從而滿足居民的日常生活需求，使其有個(gè)舒適的居住環(huán)境。保證土樓持續(xù)健康的發(fā)展，對(duì)土樓文化進(jìn)行傳承。本文以福建省廈門(mén)市土樓為研究對(duì)象，進(jìn)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(píng)價(jià)體系進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)優(yōu)化建議，所得結(jié)論可為當(dāng)?shù)赝翗枪?jié)能設(shè)計(jì)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(huì)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(zhǎng)與土地減少之間的矛盾的最佳方法，其具有以下獨(dú)特性能：土樓外墻使用的是紅壤土、砂石、竹片等材料，皆通過(guò)就地取材，用最平常的泥土和木材建造成堅(jiān)不可摧的樓堡，其歷經(jīng)百年屹立不倒，堅(jiān)固異常;廢棄時(shí)歸于自然，不造成污染，也極具當(dāng)?shù)靥厣挥械赜驓庀ⅲ瑢?duì)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(duì)福建土樓進(jìn)行3D建模。將Revit建好的模型導(dǎo)入建筑環(huán)境模擬軟件Ecotect中進(jìn)行模擬分析。

逐時(shí)干球溫度分析

對(duì)土樓進(jìn)行逐時(shí)干球溫度分析，可以得出廈門(mén)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(jì)算

利用Weather tool（氣象工具）選取廈門(mén)地區(qū)的相對(duì)應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)資料，通過(guò)此功能的應(yīng)用可以迅速獲得建筑的最佳朝向，不增加建設(shè)成本的同時(shí)盡可能提高其朝向的合理性，有助于后期深入分析時(shí)對(duì)土樓環(huán)境的優(yōu)化。所謂最佳朝向就是考慮到過(guò)冷時(shí)間里得到的太陽(yáng)輻射較多，過(guò)熱時(shí)間里得到的太陽(yáng)輻射較少，二者權(quán)衡折中的一個(gè)方向。經(jīng)研究得出土樓的最佳朝向?yàn)?70°，最差朝向?yàn)?0°。

逐時(shí)直射溫度分析

由于當(dāng)?shù)厍缣毂容^多，特別是夏秋季節(jié)，這對(duì)利用太陽(yáng)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(yáng)能光電板。

室內(nèi)舒適度評(píng)價(jià)及節(jié)能設(shè)計(jì)策略

室內(nèi)舒適度評(píng)價(jià)

模擬期間冬季房間門(mén)窗均關(guān)閉，取室內(nèi)風(fēng)速為0 m/s。其中服裝熱阻通過(guò)調(diào)查當(dāng)?shù)鼐用穸臼覂?nèi)著裝情況設(shè)定為1.7 clo;夏季房間門(mén)窗均開(kāi)啟，取室內(nèi)風(fēng)速為0.2 m/s，著裝設(shè)定為0.5 clo。依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO7730標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值進(jìn)行計(jì)算，新陳代謝率以人體坐姿、輕微活動(dòng)設(shè)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(duì)濕度、平均輻射溫度、飽和水蒸氣壓力等，基于Matlab軟件將對(duì)應(yīng)參數(shù)輸入計(jì)算得到夏冬季PMV、PPD值。土樓冬季預(yù)測(cè)熱感覺(jué)投票P(pán)MV的均值為-0.91，預(yù)測(cè)不滿意百分比PPD均值達(dá)25%;夏季預(yù)測(cè)熱感覺(jué)投票P(pán)MV的均值為0.11，預(yù)測(cè)不滿意百分比PPD均值卻高達(dá)41%。結(jié)果表明：福建土樓冬季在無(wú)任何輔助采暖時(shí)，由于土樓墻體厚，人體僅感覺(jué)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(jué)偏涼需蓋被子，而白天則感覺(jué)偏熱需進(jìn)行輔助散熱。

節(jié)能設(shè)計(jì)策略

通過(guò)Ecotect軟件模擬分析，土樓整體室內(nèi)熱環(huán)境情況較好，結(jié)合實(shí)際對(duì)上述存在的其他問(wèn)題進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化：

1.根據(jù)廈門(mén)地區(qū)最佳朝向，將主房設(shè)在夏季迎風(fēng)面（南面），輔助用房設(shè)在背風(fēng)面。為防止冬季冷風(fēng)的侵襲，土樓開(kāi)口不宜朝向冬季主導(dǎo)風(fēng)向，且開(kāi)口不宜過(guò)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(mén)窗的冷風(fēng)滲透，可設(shè)置防寒門(mén)斗，在門(mén)上加防風(fēng)條。加設(shè)防寒窗簾、門(mén)簾以及風(fēng)幕，窗上加密封墊和插銷(xiāo)。北側(cè)設(shè)置防寒綠化，減少北向開(kāi)窗，并增加門(mén)窗的氣密性設(shè)計(jì)。

3.通過(guò)對(duì)土樓的采光模擬分析，發(fā)現(xiàn)土樓采光不足，32.19%的時(shí)間需要人工照明，而大多居民并沒(méi)有節(jié)能的意識(shí)，故大多未選擇節(jié)能燈進(jìn)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(duì)直管型熒光燈進(jìn)行升級(jí)換代（節(jié)電70%-90%），同時(shí)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(jì)情況來(lái)選用節(jié)能燈。

結(jié)束語(yǔ)

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

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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(guān)研究。E-mail：694298560@qq.com