基于Ecotect软件改善土楼的节能设计研究

王鹏 罗玉虎

引 言

本文研究的目的是在尊重土楼建筑风格的基础上，以弘扬民居建筑文化为目标，持与时俱进发展的态度对土楼建筑进行节能研究，对土楼采光等方面进行改造从而满足居民的日常生活需求，使其有个舒适的居住环境。保证土楼持续健康的发展，对土楼文化进行传承。本文以福建省厦门市土楼为研究对象，进行朝向、温度、室内舒适度、采光等模拟分析，依据PMV-PPD热评价体系进行分析，并提出相应优化建议，所得结论可为当地土楼节能设计策略研究提供理论依据。

土楼概况

2008年7月7日，在加拿大魁北克城舉行的第32届世界遗产大会上，46座福建土楼被正式列入《世界遗产名录》。福建土楼共有3000座，保存最完整，覆盖范围最广，数量最多，品种最丰富。土楼是解决人口增长与土地减少之间的矛盾的最佳方法，其具有以下独特性能：土楼外墙使用的是红壤土、砂石、竹片等材料，皆通过就地取材，用最平常的泥土和木材建造成坚不可摧的楼堡，其历经百年屹立不倒，坚固异常;废弃时归于自然，不造成污染，也极具当地特色，富有地域气息，对文脉和资源两方面的可持续发展都有重要意义。

软件模拟

软件选取

本文主要采用Autodesk Revit Architecture软件对福建土楼进行3D建模。将Revit建好的模型导入建筑环境模拟软件Ecotect中进行模拟分析。

逐时干球温度分析

对土楼进行逐时干球温度分析，可以得出厦门冬季温度基本在0 ℃以上，12月、1月温度最低，8月左右温度最高。

最佳朝向计算

利用Weather tool（气象工具）选取厦门地区的相对应的气象数据资料，通过此功能的应用可以迅速获得建筑的最佳朝向，不增加建设成本的同时尽可能提高其朝向的合理性，有助于后期深入分析时对土楼环境的优化。所谓最佳朝向就是考虑到过冷时间里得到的太阳辐射较多，过热时间里得到的太阳辐射较少，二者权衡折中的一个方向。经研究得出土楼的最佳朝向为170°，最差朝向为80°。

逐时直射温度分析

由于当地晴天比较多，特别是夏秋季节，这对利用太阳能十分有利。故为了保证资源利用率的最大化，在南向安装太阳能光电板。

室内舒适度评价及节能设计策略

室内舒适度评价

模拟期间冬季房间门窗均关闭，取室内风速为0 m/s。其中服装热阻通过调查当地居民冬季室内着装情况设定为1.7 clo;夏季房间门窗均开启，取室内风速为0.2 m/s，着装设定为0.5 clo。依据国际标准化组织ISO7730标准的规定值进行计算，新陈代谢率以人体坐姿、轻微活动设定为1.2 met。利用软件模拟所得的数据，室内温度、相对湿度、平均辐射温度、饱和水蒸气压力等，基于Matlab软件将对应参数输入计算得到夏冬季PMV、PPD值。土楼冬季预测热感觉投票PMV的均值为-0.91，预测不满意百分比PPD均值达25%;夏季预测热感觉投票PMV的均值为0.11，预测不满意百分比PPD均值却高达41%。结果表明：福建土楼冬季在无任何辅助采暖时，由于土楼墙体厚，人体仅感觉稍冷，故不满意率较低。而夏季整体舒适度提高，不满意率却上升，是由于土楼多位于农村且海拔较高，夜晚感觉偏凉需盖被子，而白天则感觉偏热需进行辅助散热。

节能设计策略

通过Ecotect软件模拟分析，土楼整体室内热环境情况较好，结合实际对上述存在的其他问题进行节能设计优化：

1.根据厦门地区最佳朝向，将主房设在夏季迎风面（南面），辅助用房设在背风面。为防止冬季冷风的侵袭，土楼开口不宜朝向冬季主导风向，且开口不宜过大。

2.窗墙比增大为40%，不仅可以提高室内的采光，也可增加土楼的室内舒适度。为防止冬季门窗的冷风渗透，可设置防寒门斗，在门上加防风条。加设防寒窗帘、门帘以及风幕，窗上加密封垫和插销。北侧设置防寒绿化，减少北向开窗，并增加门窗的气密性设计。

3.通过对土楼的采光模拟分析，发现土楼采光不足，32.19%的时间需要人工照明，而大多居民并没有节能的意识，故大多未选择节能灯进行照明。采用卤钨灯取代普通照明白炽灯（节电50%-60%），用自镇流单端荧光灯取代白炽灯（节电70%-80%），用直管型荧光灯取代白炽灯，对直管型荧光灯进行升级换代（节电70%-90%），同时大力推广高压钠灯、低压钠灯、二极管LED和金属卤化物灯等节能灯的使用。具体可根据经济情况来选用节能灯。

结束语

本文基于Ecotect软件对土楼进行模拟分析，摆脱了以往繁杂的数字输入与记录的过程，可以直观地对建筑信息模型进行节能分析及模拟计算，有针对性地提出节能设计策略，可满足土楼居民的正常使用，并有个舒适的居住环境，保证土楼持续健康地发展。

参考文献：

[1]赵西平，门进杰，史庆轩，刘加平.夯土墙在单调和反复水平荷载下的试验研究[J].世界地震工程，2006（02）：29-33.

[2]赵西平，刘元，刘加平.秦岭山地传统民居冬季热工能分析[J].太原理工大学学报，2006，37（5） ： 565-567.

[3]盛建荣.福建客家土楼建筑理念的初探[J].华中建筑，2015，33（07）：124-127.

[4]周维. 湿热地区农村夯土住宅节能设计研究[D].华中科技大学，2007.

第一作者：王鹏（1993—），男，汉族，硕士，陕西西安人，主要从事土木工程相关研究。E-mail：694298560@qq.com