基于Ecotect的楼体建筑节能优化设计

高欣怡

探索绿色节能建筑可持续发展的有效途径是根据建筑的地域化环境特征，基于科学的节能建模设计工具及节能分析方法形成切实可行的节能方案，以提升建筑能耗节约效率，保证建筑的科学合理性[1]。目前建筑能源消耗占我国总能源消耗的比重已超过30%，既有建筑由于设计、建设技术等问题存在建筑结构、外观节能不合理的现象，所以对既有建筑节能优化设计是建筑行业必须面对的问题。Ecotect Analysis软件是一款模拟建筑物综合性能并可协助使用者分析设计的软件，也称Ecotect软件。Ecotect软件的功能是针对光、风、声、热、日照、气象、可视度、环境等进行分析，方案制定之初，首先模仿建筑物的整体结构建模，在此基础上进行交互式递推模拟分析、性能预测及可视化模拟性能比较，形成建筑节能的最优方案。本文选择南宁市某既有楼体建筑为研究对象，通过Ecotect软件为其楼体围护进行节能优化设计，并构建改造设计后的楼体热环境，系统分析改造前后能源消耗、围护结构热不舒适度等参数，形成南宁市及周边地区类似建筑合理的节能优化设计方案参考。

1.楼体优化前热环境分析

1.1 既有建筑情况介绍

此楼体是位于南宁市的砖混结构既有建筑，楼体建成时间8年，总层高6层，高27m，占地面积约为700m2，室内建筑面积为18793m2，朝向为南北向，窗体为铝制窗框单层玻璃。南宁市位于广西壮族自治区南部，属亚热带季风气候，在每年春末冬初，日照时间相对较长，采光好，每年冬末春初，受强冷空气影响，常常出现连续低温、阴雨、寡照的天气，室内采光、温度、空气湿度都受到了很大的影响。在这段时间，室内温度低、阴冷，用户不得不采取使用电暖气、空调等措施来保证室内的舒适性，对能源的消耗量较大。

1.2 基于Ecotect建模分析

通过Ecotect软件为既有楼体建模，根据楼体结构等比例构建维护模型，输入楼体相应材质及南宁市环境参数，开启热工分析。

1.2.1 分析热不舒适度参数

舒适度可用来表示建筑物的热环境质量，是被动性区域性能的唯一衡量指标。图1是此既有建筑物室内人员的每月的热不舒适度情况结果。横坐标表示分析月份，纵坐标表示热不舒适度数值，热不舒适度值小于0表示对应冷感觉值，热不舒适度值大于0表示对应热感觉值。根据图1显示，11月至次年1月期间，楼体室内空间呈现冷的感觉较突出，表明在这几个月期间应进行节能优化。

图1 既有建筑物不舒适度情况

1.2.2 分析建筑能耗参数

既有建筑物能耗是其投入使用后在一定时间内耗费能源的合计值，其消耗来源包括空调、采暖、通风、照明、电气设备等。基于Ecotect软件进行模型建立，并计算出此既有建筑的能耗情况，具体结果如图2所示。其中横坐标表示分析月份，纵坐标表示既有建筑总能耗数值，由图可见建筑物在12月、1月和2月三个月能耗值较高，且通过数值大小可以看到这三个月取暖耗能量要大于夏季室内制冷耗能。所以在节能设计时应考虑这期间的保温节能。

图2 既有建筑物能耗情况

从以上分析可知，南宁市冬季室内能耗相比夏季要高，在室内不舒适感更加不理想，应着重考虑冬季的节能改造设计。

2.楼体优化后热环境分析

通过优化围护结构对既有建筑进行节能改造是较常见且效果明显的方案。通过对既有建筑围护结构增加节能隔热层，以降低整体围护结构导热系数，可有效阻止冬季的冷空气和夏季的热空气进入建筑室内，从而减少辅助设备干预而使室内保持舒适的温度，实现建筑节能。

既有建筑围护结构节能改造的方式很多，可主要归结为通过屋面改造法、窗体改造法和外墙改造法等三大主流的方式。根据此项目实际，计划选择外墙改造法、窗户改造法等方案进行比对，最终确定最优的节能改造方案。外墙改造法采取在建筑外墙侧分别安装玻璃纤维保温板和矿棉材料两种设计。而窗体改造法是将原有建筑的铝框单层玻璃设计改造为更加隔热保温的双层真空玻璃，外框选择铝合金材质。方案选定后需在Ecotect软件进行建模分析，查询并设置对应材料的U值，不同保温材料U值如表1所示。

表1 不同保温材料U值表

设置对应材料的U值计算得出对比分析结果如下图所示。

图4 能源消耗总量对比情况

根据计算数据可见，针对该案例，采用窗体改造法更换窗体材料得出的不舒适度和能源消耗总量模拟数据显示节能效果均是最明显的，所以优先选择改变窗户材料的节能设计方案。

3.楼体优化设计效果分析

通过Ecotect软件模拟分析，设计选择更换窗体材料的优化围护结构方法，得出最优节能设计效果。

3.1 能耗效果分析

本文案例中既有建筑经过优化后能耗降低很多，较明显体现差值的时间主要集中在冬夏两季，如图5所示。

图5 节能优化前后对比情况

3.2 热不舒适度效果分析

对比节能优化前后的既有建筑全年不舒适数据，优化后的总值有明显下降，舒适度提升明显，如下图6所示。

图6 节能优化前后热不舒适度效果图

4.结束语

本文通过利用Ecotect软件对南宁市某既有楼体建立模型，确定最优设计方案，并通过方案实施前后节能数据分析，形成结论。对比效果显示，采用改变窗户材料的节能设计方案，有效地增加了楼体的隔热系数，提升隔热效果明显，达到了节能设计预期。