豫西南农村住宅的舒适性模拟分析

2017-01-13郭阳

黄河水利职业技术学院学报 2016年2期

关键词：舒适性围护结构卧室

郭阳

（郑州科技学院土木建筑工程学院，河南郑州450064）

豫西南农村住宅的舒适性模拟分析

郭阳

（郑州科技学院土木建筑工程学院，河南郑州450064）

为了分析豫西南农村住宅外围护结构的变化对室内舒适性的影响，以河南省南阳市农村住宅为例，建立了南阳地区农村住宅的基本模型，以卧室为模拟对象，运用Autodesk Ecotect Analysis软件分析不同外围结构在自然通风状态下西侧卧室的室内逐时温度、逐时得失热、逐月不舒适度，提出了提高该区农村住宅室内舒适性的对策。

河南省南阳市；农村住宅；舒适性；Autodesk Ecotect Analysis软件；基本模型；模拟计算

0　引言

随着经济社会的不断发展，农民逐渐富裕起来，农村住宅更新换代的速度也不断加快［1］。但是，在农村住宅的建造过程中，由于缺少合理的规划和设计方案，存在外围护结构的传热系数较大等诸多问题，致使住宅室内冬冷夏热，舒适性较差［2］。

Autodesk Ecotect Analysis软件是一款功能全面的可持续设计及分析工具，包含应用广泛的仿真和分析功能，能够提高现有建筑和新建筑设计的性能。软件中的热环境分析是一种动态的负荷计算方法，具有计算速度快、操作简单等特点。该款软件提供了一系列的建筑环境分析功能，涵盖了室内温度、舒适度、得热、失热等诸多方面，通过对定量数据的分析，可以使设计人员对多种设计方案进行比较和优化，为农村住宅的舒适性设计提供一些参考和建议［3］。笔者运用Autodesk Ecotect Analysis软件，对河南省南阳地区的农村住宅进行模拟计算分析。

1　基本模型的建立

南阳地区的农村住宅基本建造方式如图1所示［4］。

大量研究表明，若外围护结构具有较好的保温和隔热性能，不仅能够减少冬季室内热量散失，也可阻止夏季室外热量过多进入室内［5］。因此，改善外围护结构的热工性能，对提高室内舒适性具有重要的意义［6］。

目前，南阳地区农村住宅外围护结构的常用构造形式如表1所示［7］，这些建筑材料的传热系数较大，已不满足农村居民对室内舒适性的要求，必须采取符合农村实际情况的有效措施来改善室内舒适性。表2是具有代表性的外围护结构的一些新构造形式和建筑材料［8］。

通过对南阳地区农村住宅的调查研究，本文拟选取4个相关的模型来分析外围护结构的变化对室内舒适性的影响，具体构造形式如表3所示。

表1　原有住宅外围护结构体系的相关参数T ab.1 Relative parameters of original residence external envelope structure system

表2　新农村住宅外围护结构体系的相关参数T ab.2 Relative parameters of new rural residence external envelope structure system

表3　不同模型外围护结构的构造形式T ab.3 Different model external envelope structure form s

南阳属于夏热冬冷地区，农村住宅设计要求兼顾夏季隔热和冬季保温两方面的要求。卧室和客厅不仅是农村居民活动时间较长的两个区域，也是对室内舒适度要求较高的主要功能房间。因此，本文主要设置房间内的人员数量及其活动状况、室内得热、渗透率以及热环境属性等作为分析的内扰动因子。

2　模拟计算分析

本文拟选取卧室作为模拟分析对象，分析A、B、C、D 4种方案在自然通风状态下西侧卧室的室内逐时温度、逐时得失热分析、逐月不舒适度等的变化。

2.1大寒日西侧卧室的室内逐时温度变化

图2　大寒日4种方案西侧卧室室内逐时温度对比分析Fig.2 Contrast analysis of the west bed room indoor hourly tem perature under four kinds of solutions in Great Cold day

在大寒日，4种方案下西侧卧室的室内逐时温度变化如图2所示。由图2可知，在大寒日，方案A的最低温度约为2℃；方案D的室内逐时温度是所有方案中最高的，最低温度为5.3℃，最高温度为7.3℃，且其室内温度波动情况比较平缓。这说明，经过综合改造后的外围护结构的保温性能最为理想。方案C与方案A相比，室内逐时温度值均提升约0.3℃。这说明，只改变外窗还不能使室内热环境有较大的改善。因此，方案C还有较大的改善空间。方案B与方案A相比，其改善效果较为明显，平均温度均上升约2℃，且温度波动情况较方案A平稳。这说明，加强外墙体的保温对改善室内热环境比较有利。

2.2大寒日西侧卧室的逐时得热／失热分析

图3　4种方案下西侧卧室逐时失热分析Fig.3 Analysis of west bedroom hourly heat losing under four kinds of solutions

在大寒日，4种方案下西侧卧室的室内逐时失热情况如图3所示。由围护结构失热（FABRIC）对比分析可知，方案A通过外围护结构所造成的热量散失是方案B的2倍以上。这说明，改善外墙的保温性可以有效减少室内热量的散失。通过对比方案C和方案A可知，改善外窗的热工性能可以提高室内热舒适性，但效果欠佳。方案D的室内保温效果最为理想，其室内热量损失约为方案A的1/4。这说明，对住宅的外围护结构进行综合改善后，室内舒适性得到了较大的改善。从太阳辐射得热（SOLAR）分析可知，改善外窗的热工性能所产生的影响较小。区域间的热传递（ZONAL）分析说明，屋顶和外墙的保温效果优于外窗。

2.3历史最热日西侧卧室的室内逐时温度变化

图4　4种方案下西侧卧室最热日室内逐时温度对比分析Fig.4 Contrast analysis of the west bedroom indoor hour ly temperature under four kinds of solutions in the hottest day

在自然通风状况下，4种方案历史最热日西侧卧室的室内逐时温度变化如图4所示。由图4可知，方案D在最热日的室内逐时温度情况最差，高出方案A约1.5℃以上；其次是方案B，在06：00～13：00时间段内，比方案A的室内温度值高出约1℃。方案C与方案A无较大差别。这主要原因是，改变外围护结构的传热性能后，在炎热夏季吸收较多的太阳辐射热后，提高了室内温度。

2.4历史最热日西侧卧室的室内逐时得热／失热分析

图5　4种方案下西侧卧室逐时失热分析Fig.5 Analysis of west bedroom hour ly heat losing under four kinds of solu tions

在自然通风状况下，4种方案历史最热日西侧卧室的室内逐时失热分析如图5所示。通过FABRIC分析可知，方案A、方案B相比，方案A通过外围护结构所获取的能量是方案B的3倍以上。这说明，改变外墙的传热系数能够显著改变室内得热情况。与方案A相比较，方案C稍有改善。这说明，改善外窗的热工性能可以提高室内热舒适性，但效果不是很明显。方案A与方案D相比较，方案D的室内得热值约为方案A的1／6。这说明，对住宅的外围护结构进行综合改善后，室内得热情况有较大的改变。ZONAL的比较分析说明了单改变其中一项，对室内制冷量的散失无较大效益，综合改变外围护结构的传热性能能够大幅度降低区域间的热传递。

2.5西侧卧室的逐月不舒适度分析