第八章熱環境分析室外熱環境也稱為室外氣候，是指作用在建筑外圍護結構上的一切熱、濕物理因素的總稱，是影響室內熱環境的首要因素。只有掌握影響室內熱環境的室外氣候因素方面的知識，才能針對各地氣候的不同特點，采取適宜的建筑設計方法和技術手段，以改善室內的熱環境。室內熱環境的品質直接影響人們的工作、學習和生活，甚至人體的健康。營造相對舒適的室內熱環境是建筑熱工學的主要研究目的之一。因此，首先要了解室內熱環境的概念、人體與周圍環境的熱交換以及室內熱環境舒適度的評價方法。8.1室內外熱環境8.1.1室內熱環境室內熱環境主要是由室內氣溫、濕度、氣流及壁面熱輻射等因素綜合而成的室內微氣候。各種室內微氣候的不同組合，形成不同的室內熱環境。在一般的民用建筑和冷加工車間內，只有人體新陳代謝，生活、生產設備及照明燈具散發的熱量和水分，室內氣候主要決定與室外熱環境。因此需要通過建筑維護結構優化室內外熱濕狀態對室內環境的作用。熱舒適是指人們對所處室內氣候環境滿意程度的感受，人體的冷熱感覺不僅取決于室內氣候，還與人體本身的條件（健康狀況、種族、性別、年齡、體形等）、活動量、衣著狀況等諸多因素有關。人體感到熱舒適的必要條件是人體內產生的熱量與向環境散發的熱量相等。人體與周圍環境的換熱方式有對流、輻射、蒸發三種。據研究，當達到熱平衡狀態時，對流換熱約占總散熱的25%~30%，輻射散熱量占45%~50%，呼吸和無感覺蒸發散熱量占25%~30%時，人體才能達到熱舒適狀態，能達到這種適宜比例的環境便是人體熱舒適的充分條件。室內熱環境的影響因素室外氣候因素建筑物當地的氣候因素通過建筑物的圍護結構、外門窗及各類開口，直接影響室內的氣候條件。為了獲得良好的室內熱環境，必須了解當地主要氣候因素的概況及變化規律，以此作為建筑設計的依據。熱環境設備因素指以改善室內熱環境為主要功能的設備，例如用于冬季采暖的電器熱器，用于夏季制冷、增風、去濕的空調、電扇、空氣去濕氣等。通過這些設備可以有效的改善室內的熱環境，增加人體的舒適感。其他設備因素在一般的民用建筑中，還有燈具、電視機、冰箱等家用電器，這些設備在使用中也會向室內散發熱量。例如，在小空間使用白熾燈，在炎熱的夏日會增加人體的熱感；相比之下，采用節能型的燈具，感覺就不一樣了。另外，在住宅中，廚房對環境有很大的影響。目前我國城市家庭廚房所用的以固體和氣體燃料為主，在燃燒過程中熱、廢棄和水蒸氣，如通風不良將對室內空間的衛生狀況和熱環境產生不利的影響。人體活動的因素人體也是“發電器”。例如，在會堂、體育管、候車室等人群集聚場所，夏天就容易感覺過熱，在這種地方往往由于自然通風不暢，人體呼出的水蒸氣會對環境的濕度和衛生狀況產生不良影響。8.1.2室外熱環境也稱室外氣候，一個地區的室外氣候是在許多因素綜合作用下形成的。與建筑密切相關的有：太陽輻射、氣溫、濕度、風、降水等。8.1.3我國建筑熱工設計分區‘建筑熱環境設計主要涉及到冬季保溫和夏季隔熱以及為維持室內相對舒適的熱環境所需消耗的采暖和制冷能耗，我們用累年最冷月（即1月份）和最熱月（即7月份）平均溫度作為分區的主要指標，累年日平均氣溫≤5℃和≥25℃的天數作為輔助指標，我國《民用建筑熱工設計規范》GB50176—93將全國劃分為5個區，如圖8-1所示。嚴寒地區：指累年最冷月平均溫度低于或等于-10℃的地區。主要包括內蒙古和東北北部、新疆北部地區、西藏和青海北部地區。這一地區的建筑必須充分滿足冬季保溫要求，加強建筑物的防寒措施，一般可不考慮夏季防熱。寒冷地區：指累年最冷月平均溫度在0~-10℃的地區。主要包括華北地區、新疆和西藏南部地區及東北南部地區。這一地區建筑應滿足冬季保溫要求，部分地區兼顧夏季防熱。夏熱冬冷地區：指累年最冷月平均溫度在0~10℃，最熱月平均溫度25~30℃的地區。主要包括長江中下游地區，及嶺南以北黃河以南的地區。這一地區的建筑必須滿足夏季防熱要求，適當兼顧冬季保溫。夏熱冬暖地區：指累年最冷月平均溫度10℃以上，最熱月平均溫度25~29℃的地區。包括嶺南以南及南部沿海地區。這一地區必須充分滿足夏季防熱要求，一般不考慮冬季保溫。溫和地區：指累年最冷月平均溫度為0~13℃，最熱月平均溫度18~25℃的地區。主要包括云南、貴州西部及四川南部地區。這一地區，部分地區的建筑考慮冬季保暖，一般可不考慮夏季防熱。8.1.4建筑的傳熱室內熱環境受室外環境的影響，他們之間的熱量交換是通過圍護結構完成的。當室內溫度高于室外溫度，熱量會通過圍護結構從室內傳到室外，即建筑失熱；反之，當室外溫度高于室內，熱量就會通過圍護結構傳向室內，即建筑得熱。維護結構的傳熱過程就是一個吸熱—導熱—放熱的過程，因此，維護結構起到了一個傳遞熱量的作用，其材料導熱系數的大小直接關系到導熱傳熱量。材料或物質的導熱系數受到多種因素的影響，主要分為以下幾方面：材質由于不同材料的組成成分或者結構的不同，其導熱性能也就不一樣，導熱系數就有不同的差異。如礦棉、泡沫塑料等材料的導熱系數就比較小，而磚砌體、鋼筋混凝土的導熱系數就比較大，金屬材料的導熱系數就會更大了。材料干密度干密度反應了材料的密實程度，材料越密實干密度越大，材料內部的空隙越小，其導熱性能也越強，反之亦然。材料含濕量8.2Ecotect與熱環境分析EcotectAnalysis2010在熱環境分析方面提供了逐時溫度分析、逐時得失熱量分析、逐月能耗分析、逐月不舒適度分析、溫度分布分析、逐月逐時得熱分析、被動組分得熱分析、被動適應指數分析、溫度得熱對比分析、PMV-PPD、輻射溫度與室內風速分析等豐富的分析功能與手段。通過解讀這些模擬結果，可以有效地幫助建筑師改進建筑方案的熱工性能，選擇有效的技術手段提高建筑的相關性能。在使用EcotectAnalysis進行熱工分析方面有一下幾個方面會對模擬結果產生重大的影響，因此需要十分注意，這些也是本章重點講解的內容：模型——在進行熱工分析時，EcotectAnalysis對模型的要求比采光等分析要高的多，必須確定空間封閉、相鄰空間的材質可選項不沖突、物體間的繼承關系正確、熱量區域開關是否正確。在模擬分析形體復雜的建筑，軟件無法建?；蛘吣Ｐ偷腻e誤解決不了時要恰當的簡化模型，根據經驗簡化。材質的設置——EcotectAnalysis的熱環境分析采用了準入法，這種方法和國內熱工規范采用的諧波反應法不同，因此相關的物理參數計算成為了難點。同時EcotectAnalysis只能自動計算部分物理參數，比如延遲時間必須手工計算；而且在構造中有空氣層時自動計算的物理參數不正確。這些問題的必須采用其他方法人工解決。熱環境設置——室內熱環境設計條件、系統設置等方面關系到建筑“內擾”的情況，同樣會對EcotectAnalysis的熱環境模擬結果產生巨大的影響。氣象數據——氣象數據關系到熱環境模擬的“外擾”的情況。一般情況下會選擇使用由科學家制作完成的典型氣象數據，但很多情況下也可以根據設計需要由建筑師定制氣象數據。一般情況下，解決好了以上四個要點，EcotectAnalysis的熱環境分析就可有效地控制誤差，再通過設計師正確的解讀模擬結果，就可以達到使用EcotectAnalysis輔助建筑熱環境設計的目的。準入法簡介從某種意義上來說，建筑熱環境分析就是求解室內外各種擾動作用下的室內熱環境參數，其中外擾動主要是指室外的各種氣候影響因素，包括了室外氣溫、濕度、太陽輻射強度等內容，外擾主要作用于建筑的圍護結構之上，并通過各種不同的傳熱方式影響室內熱環境；內擾主要是指室內的設備、人員等影響因素，可以直接影響室內熱環境。在EcotectAnalysis中，對于外擾的描述主要來源于逐時氣象數據，對于內擾的描述則主要來源于用戶的相關設定，其包括了室內人數、設備發熱量及運行時間表等。室內熱環境的另外一項影響因素是圍護結構及其熱工性能，不同的負荷計算方法對于圍護結構及其熱工性能有著不同的計算和描述方式。相對于其他常用的負荷計算方法來說，EcotectAnalysis中使用的CIBSE準入法在這一點上有著很大的不同。8.2.1傳熱處理與其他的負荷計算方法有所不同的是，準入法中包括了兩個計算狀態，即平均狀態和波動狀態。如圖8-2所示，這里使用了兩個節點網絡圖來分別示意平均狀態和波動狀態，圖中左側為平均狀態示意圖，右側為波動狀態示意圖。平均狀態在平均狀態中或者說穩態中，區域內部這一側有兩個節點，一個是空氣溫度節點〒a,另一個事環境溫度節點〒eo，在準入法中，環境溫度同時考慮了房間表面輻射和對流換熱影響，其數值介于室內氣溫和平均表面溫度之間，大概是1/3〒a+2/3〒m,其中〒m是房間表面平均溫度。這樣做可能是因為準入法最初主要用于計算熱負荷，在熱水供暖系統中，綜合考慮輻射和對流換熱將比空氣溫度更實用。EcotectAnalysis中計算所得的區域溫度均為均為環境溫度，這與EnergyPlus等軟件是不同的，所以不建議直接比較它們的室內溫度計算結果。如前所述，〒e和〒s之間的傳熱同時考慮了對流和輻射換熱，∑AU表示外墻傳導，rCpv是一項重要的內容，并且有可能比∑AU還要大。準入法的計算節點示意圖空氣溫度節點上的得熱合負荷：Qpa是平均設備負荷，Qsa是通過玻璃窗進入的平均太陽得熱，Qia是內部對流得熱。環境溫度節點上的得熱和負荷：Qαu是通過圍護結構的吸收太陽輻射得熱，Qie是分配到環境溫度節點的內部得熱，Qse是通過玻璃窗進入的太陽輻射負荷。波動狀態波動狀態模型也可以用類似于穩態的三節點網絡來表示，但其中的能量流和波動溫度之間在準入關聯上存在相位差，因此波動狀態中節點之間的傳熱過程采用了相對較為復雜的處理方式，首先其假定外擾以24h為周期做正弦變化，對于各種不同擾波動的響應則是分別由相應的衰減系數（DecrementFactor,無量綱）、準入系數（Admittance）和表面系數（SurfaceFactor,無量綱）決定的，同時這些系數都有對應的時間提前/延遲量。衰減系數（DecrementFactor）——周期熱作用下室外溫度每波動一度通過圍護結構的熱流率與穩態下的熱流率（或U值）的比值。衰減系數描述了圍護結構消減外部周期性熱流的程度。圍護結構的熱質量越大，衰減系數越小。準入系數（Admittance）——環境溫度每波動一度，圍護結構內表面與環境溫度節點之間的熱流率。它的單位與Ｕ值相同，其數值主要由圍護結構內層的熱物理屬性決定。對于較薄的結構，它的數值接近Ｕ值，而對于厚度超過200mm的結構，準入系數的數值接近于一個常數。表面系數（SurfaceFactor）——其主要用于描述室內表面與環境溫度節點之間的輻射換熱特性，在EcotectAnalysis中沒有出現表面系數這一參數，筆者猜測其可能對準入法中環境溫度節點與室內表面的輻射換熱模型進行了一定程度的簡化。在EcotectAnalysis的材質管理器中，隨便選取一種外墻查看其屬性，我們就可以看到衰減系數（ThermalDecrement即為DecrementFactor）、準入系數（Admittance）等一系列準入法所特有的參數。延遲時間（ThermalLag）雖不是準入法特有參數，但它也同樣在其中起著重要作用，在準入法的計算過程中，延遲時間是與衰減系數關聯使用的。在準入法中，透明材料的延遲時間和衰減系數將分別為輔助太陽得熱系數（AlternatingSolarGainFactor）和折射率（RefractiveIndex）所代替，因此在EcotectAnalysis中我們也可以看到同樣的變化。對于用戶自定義的材料，EcotectAnalysis可以根據各構造層的基本熱工數據自動計算上述參數，當然用戶也可以根據相關資料直接輸入上述參數。8.2.2計算流程圖8-3描述了準入法的計算流程，我們可以看到其在計算過程中對平均部分和波動部分是分開進行處理的，但處理過程基本相同：首先計算的是內部得熱和直接太陽得熱，這些得熱的平均部分和波動部分隨后要被劃分為對流和輻射兩種類型。參照圖8-2我們可以發現上述得熱都被指定到空氣溫度或環境溫度節點上，添加到環境溫度節點上的得熱比例是固定的，包含了2/3的輻射得熱，1/3的對流得熱。從準入法的計算流程圖中，我們可以發現圍護結構傳導得熱通常被直接添加到環境溫度節點。雖然準入法使用熱平衡方案求解負荷，不過其可以預先計算逐時傳導得熱的主要部分，這是因為在準入法中，這部分得熱可以通過解析正弦擾動下的傳導熱流進行求解。在得熱的不同部分都被添加到環境溫度節點和空氣節點后，就可以通過求解逐時熱平衡方程找出負荷的平均部分和波動部分。上述過程可以通過單向實現，不需要進行反復的循環求解未知溫度。將求得的平均負荷和波動負荷進行綜合處理即可得到24h逐時負荷。有關準入法的更多相關內容，感興趣的讀者可以參考CIBSE出版的指導手冊（CIBSEGuide）。準入法計算流程圖8.2.3EcotectAnalysis中的準入相關參數在EcotectAnalysis的材質管理器中，隨便選取一種外墻查看其屬性，我們就可以看到衰減系數（ThermalDecrement即為DecrementFactor）、準入系數（Admittance）等一系列準入法所特有的參數。延遲時間（ThermalLag）雖不是準入法特有參數，但它也同樣在其中起著重要作用，在準入法的計算過程中，延遲時間是與衰減系數關聯使用的。在準入法中，透明材料的延遲時間和衰減系數將分別為輔助太陽得熱系數（AlternatingSolarGainFactor）和折射率（RefractiveIndex）所代替，因此在EcotectAnalysis中我們也可以看到同樣的變化。對于用戶自定義的材料，EcotectAnalysis可以根據各構造層的基本熱工數據自動計算上述參數，當然用戶也可以根據相關資料直接輸入上述參數。在案例中我們利用ecoMat材質熱物理參數計算工具來計算材質熱物理參數，相比較ECOTECT更精確。8.3案例分析8.3.1填寫項目基本信息對于一個EcotectAnalysis分析項目，最先做的就是在“項目頁面”填寫相關的項目信息。養成這習慣，有助于自己和別人對項目的了解，同時導向相應表格時也會自動添加相關信息。啟動EcotectAnalysis2011軟件，打開光盤中自帶的“8-熱環境分析.eco”文件，如圖8-4所示。點擊頁面選擇器中的PROJECT(項目信息頁面)，在表格內填入相關信息，并在“WeatherDataFile”后面的表格中點擊按鈕，選擇廈門的氣象數據。載入氣象數據后“SiteLocation”對話框自動顯示了地點坐標與時區。在“SiteSpecifics”中填入建筑的方向，其數值表示向北偏移多少度，例如0.0就表示建筑朝向正北，本例的建筑是-93.68°。在“LocalTerrain(本地地形)”中選擇合適的地理地形，此處選擇Urban(城市)。最終結果如圖8-5所示。8.3.2設置材質庫此時進入項目施工設計階段，需要對模型進行圍護結構的構造設置，那么點擊主工具欄中按鈕，開啟模型檢查器，對每個構件逐一賦予材質。【注意】如果在EcotectAnalysis模型建立前就已經設計完成了圍護結構的構造，那么可以在建模之前就把材質庫設置完成，以方便建模時創建一個構件，就修改一個構件的材質。這樣做的好處是可以在模型復雜的情況下有條理的賦予建筑構件材質，不至于錯賦、漏賦，避免加大檢查的工作量。如果建模之前不能確定圍護結構的構造或者使用的是導入的模型時，就需要后賦材質。設置玻璃幕墻材質點擊屏幕上方主工具欄上的按鈕，開啟ElementsinCurrentModel(材質管理器)對話框，如圖8-6所示。雙擊Model(模型)選項卡Windows，選擇窗戶類型下的鋁框雙層LOW-E玻璃材質，并將材質的VisibleTransmittance(透明度)修改成0.47，如圖8-7所示。點擊ApplyChanges,完成幕墻材質參數的修改。設置外墻材質這里介紹一種自己創建材質的方法，雙擊Model(模型)選項卡Walls,在Properties(屬性)選項卡下材質名稱欄中輸入“exterior_wall”,在說明欄中輸入“200mm砼小型砌塊，內外10mm抹灰”。在“BuildingElement”選項欄選擇“Wall”，點擊AddNewElement(添加新材質)，在彈出的對話框中選擇Transp.，結果如圖8-8所示。點擊Layers(構造層)按鈕，進入構造層選項卡。在該層的左上角是可以選擇的材料，其中包含了各材料的密度、比熱容、導熱系數等內容。但是這些材料都是英文命名，我們很難準確找到需要的材料。因此，在編輯構造層時，建議大家從本書“附表1：常用建筑材料的熱工指標”中查找需要的材料，填入構造層設置欄中。點擊LayerName(構造層名稱)下輸入材料名稱“10mm水泥砂漿”，并在Width(厚度)、Density(密度)、Sp.Heat(比熱)與Conduct(導熱系數)下填入相應的數值，在Type(類型)下選擇代表材料的填充樣式，如圖8-9所示。在構造設置面板下單擊鼠標右鍵，選擇InsertLayer（插入層），插入兩層，如圖8-10所示。用同樣的方法修改中間層材質的各項參數，結果如圖8-11所示。點擊EcotectAnalysis構造層選項卡中的按鈕，自動完成構造物理屬性參數的計算，在彈出的對話框中（U值、準入系數、衰減系數、寬度等參數已經更新。但延遲時間等數據還沒有更新計算，因此您需要手工輸入這些參數）單擊OK，如圖8-12所示。應用ecoMat軟件來計算材質熱物理參數安裝光盤ECOTTECT插件文件夾里的“ecoMatSetup”，完成后運行程序，輸入內外表面傳熱阻，如圖8-13所示。啟動ECOTECT，打開材質管理器，到構造層選項卡，在構造層列表中，用右鍵菜單選擇CopyAllLayers（復制所有層），如圖8-14所示。在ecomat程序中，點擊calculate，ecomat自動給出熱物理參數，包括U值，準入系數，熱衰減，延遲時間，如圖8-15所示。在ECOTECT中的材質管理器手工輸入上述計算數據，單擊ApplyChanges，完成外墻材質的設置，如圖8-16所示。模型材質和庫材質將模型材質添加到材質庫中，在Model下選中“exterior_wall”材質，點擊面板下方AddtoGlobalLibrary(添加到全局庫)，完成模型材質的入庫，點擊Library,在Windows下方剛剛創建的材質已經到了材質庫中，如圖8-17所示。我們也可以將創建好的材質保存到電腦上供以后調用，在“Library”按鈕下，選中“exterior_wall”材質，點擊Library旁邊的三角形，選擇SaveLibrary,輸入要保存材質的名稱，確定保存的路徑即可，如圖8-18所示。同樣的，如果我們要調用已經保存的庫，也可以通過“Library”按鈕下點擊SelectLibrary(選擇庫)命令，選擇以前保存的LIB格式的文件—AddtoModel(添加到模型)，或者在庫選項卡下點擊“Library”按鈕，在下拉菜單中選擇“LoadLibraryintoModel”（加載庫到模型）命令，這樣在當前模型中就可以運用添加進來的材質了。8.3.3賦予材質選中一面外窗，單擊屏幕右側按鈕，進入SelecttionInformation面板，點擊PriMaterial(優先材質)下拉菜單中的SelectMatchingObject(選擇相同的物體)，在視圖中選擇了所有的幕墻玻璃，如圖6-19所示。單擊屏幕右側按鈕,進入MaterialAssignments(材質指定面板)，在“WINDOW”下選中剛剛修改的材質即可，如圖8-20所示。用同樣的方式給外墻賦予材質。模型中其他構件（樓板）可以選擇系統中自帶的材質。8.3.4區域屬性設置區域屬性主要包括了區域中的系統類型、人數、設備發熱量以及活動（運行）時間表等內容，主要設置都在區域管理器中。區域屬性的設定可以根據實際情況自由設定，也可以根據《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005(以下簡稱“標準”)設定相關內容，此部分內容可以在“標準”的附錄B中找到。區域分類在主工具欄中點擊按鈕，打開區域管理對話框，如圖8-21所示。根據《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005，公共建筑主要分為以下區域類別，如圖8-22所示。選擇要設置的區域：本案例中選擇25層辦公區域做模擬，其他的走廊和衛生間等區域單獨劃分為一個區域“其他區域”。在GeneralSetting(一般設置)選項欄中依次設置SHADOWANDREFLECTIONSETTINGS(陰影設置)、INTERNALDESIGNCONDITIONS(室內設計條件)、OCCUPANCYANDOPERATION(人員與運行)：DisplayShadows前面的可以控制當前區域模型在VISUALISE(可視化)視圖下陰影的顯影，點擊ShadowColor可修改在3DEDITOR(3D編輯)狀況下陰影的顏色，突出顯示特定建筑的日照陰影，這一功能在前面的日照遮擋章節已經講過。室內設計條件的設置室內設計條件包括了Clothing(衣著量)、Humidity(相對濕度)、AirSpeed(風速)與LightingLevel(室內照度)。一般情況下可以用默認的設置，如果針對這方面參數進行對比研究可以按照需要修改參數。前三個量是在計算室內舒適度時需要用到的物理參數。室內照度是做高級采光分析時用到的物理參數【注意】該案例按照默認設置即可。人員與運行的設置人員與運行包括了Occupancy(人員情況)、InternalGains(室內得熱情況)、InfiltrationRate(滲透率)的設置，此處的設置將影響建筑的能耗、不舒適度、內部得熱能分析的結果。按照“標準”中規定，根據“標準”的附錄B表B.0.6-1不同類型房間人均占有的使用面積，如表8-1.表8-1：高檔辦公室人均占有使用面積8m2，具體設置如下：選中區域“辦公室01”，在Occupancy(人員情況)欄的設定人數的選項中點擊,在下拉選項直接選擇Office–Crowded(8m2ea.)，如圖8-23所示。另外一種方法是在下拉菜單中選擇Custom...,彈出如圖8-24所示的對話框，點擊“Yes”按鈕，軟件開始計算模型的體積。體積計算完成后，在彈出的對話框中輸入8，點擊“OK”按鈕，如圖8-25所示?！癝edentaty-70W(靜坐-70W)”的下拉菜單是根據人體的活動量設置人體的散熱量，一般在辦公室中人體的散熱量基本設成70W。“NoSchedule(無時間表)”的下拉菜單是設置人員情況的時間表，此時還不存在時間表。點擊按鈕，設置時間表。根據“標準”的附錄B表B.0.6-2房間人員逐時在室率來設定時間表，如表8-2所示。表8-2：在SchedualEditor(時間表編輯)對話框中，“ScheduleName(時間表名稱)”選項中填入“人員”，點擊按鈕，添加到時間表列表中。點擊色塊中的“StandardWeekday(標準工作日)”設置工作日的人員在室率，既可以拖動曲線節點設定百分率，也可在“Value(數值)”選項中填入百分率。日期列表的顏色對應著色塊的內容，即默認情況下365天全部都是StandardWeekday。用鼠標滑動選擇所有的周末日期，點擊藍色塊，由于“標準”中規定周末人員在室率都為0，因此不用設置藍色塊的逐時人員在室率，可以直接點擊按鈕，將周末的日期設置為藍色。點擊按鈕，保存設置，如圖8-26所示，關閉對話框?；氐絽^域設置對話框，在時間表下拉菜單中選擇“人員”時間表?！稗k公室01”區域的人員設置的最終結果如圖8-27所示。室內得熱情況的設置室內得熱情況主要是設置由于燈具與小型電器產熱而帶給建筑的SensibleGain(顯熱得熱)和LatentGain(潛熱得熱)。顯熱得熱和潛熱得熱的計算：根據對中外科學文獻的研究，顯熱得熱和潛熱得熱的總數可以按室內燈具與小型電器銘牌功率的33%計算。一般情況下可以按照“標準”附錄B給出的照明功率密度值與電器設備功率密度值，如表8-3，表8-4所示。表8.3：表8.4：對于與高檔辦公室照明功率密度值是18W/m2，電器設備功率密度值是13W/m2，其總和就是31W/m2，顯熱得熱和潛熱得熱的總數約為總和的1/3即為10W/m2。而顯熱得熱與潛熱得熱的比例根據計算溫度與濕度不同也有很大差別，一般情況下可以設定比例為70%與30%，因此，在“SensibleGain(顯熱得熱)”與“LatentGain(潛熱得熱)”下分別為7W/m2與3W/m2。我們再舉例，房間類型為“其他”時，“其他”的照明功率密度值是11W/m2，電器設備功率密度值是5W/m2，則其總和就是16W/m2，顯熱得熱和潛熱得熱的總數約為總和的1/3即約為5W/m2。按照一般情況顯熱得熱和潛熱得熱的比例是70%與30%，則在“SensibleGain(顯熱得熱)”與“LatentGain(潛熱得熱)”下分別約為5*70%和5*30%，即約為3W/m2和1W/m2。在計算其他類型的建筑時，讀者可以按照以上算法，根據“標準”中提供的照明功率密度值與電器設備功率密度值確定顯熱得熱和潛熱得熱的值。室內得熱的時間表，可以根據“標準”附錄B表B.0.7-2電器設備逐時使用率來設定，如表8.5所示，將該時間表命名為“設備”。表8.5：此部分設置的結果如圖8-28所示室內得熱情況的最終設置如圖8-29所示。滲透率的設置滲透率的設置主要包括了AirChangeRate(換氣率)與WindSensitivity(環境附加換氣率)與時間表。分別點擊兩欄的按鈕，可以選擇預設的數值。在本項目中，由于氣密性好，按如圖8-30設置。【提示】如果不設置時間表(NoSchedule)，軟件默認365天每天每時都100%計算相應的設置值。【提示】用同樣的方法將其他辦公室的區域屬性設置好(也可以將全部的辦公區域都選上，再設置他們的區域屬性，這樣更加方便快捷。)熱環境屬性的設置在ThermalProperties(熱環境屬性)選項卡里主要包括了HEATING,VENTILATION&AIRCONDITIONING(暖通空調)、UKPARTL-SBEMPROFILE（此項內容本書不涉及）、HOURSOFOPERATION(運行時間)等三項：在Typeofsystem(系統類型)下拉菜單中包括了None(無系統)、NaturalVentilation(自然通風)、Mixed-ModeSystem(混合模式系統)、FullAirConditioning(全空調系統)、HeatingOnly(僅采暖)、CoolingOnly(僅制冷)等六個選項。ComfortBand(舒適溫度區間)是設定舒適溫度的上限與下限。HOURSOFOPERATION(運行時間)可以按照“標準”附錄B中的表B.0.3設置，如表8.6所示。表8.6：在本節里暖通空調項的系統類型(Typeofsystem)設置全空調系統(FullAirConditioning)，如圖8-31所示。單擊OK，完成區域設置，保存文件為“8-A-熱環境分析.eco”。8.3.5模擬計算的假設條件在上面設置的圍護結構的材質，是建筑構造設計中使用的材質。該構造的傳熱系數與“標準”要求的限制相比，見表8.7。從表中可以看出，同“標準”要求的傳熱系數相比屋頂和外窗要低于標準的要求，而外墻則比標準高，因此需要做性能化模擬分析以確定該建筑的能耗是否達標。為了做更深入的比較，假定有C情況。表8.7：【說明】本例建筑處于廈門，屬于夏熱冬暖地區。按照標準要求，需要首先計算建筑的體形系數和各方向的窗墻比，再根據標準確定圍護結構限值。由于本例為一層建筑，體系系數必然很大，因此權衡計算做了適當簡化，沒有按照標準要求修改參照建筑外表面積。根據表8.7的傳熱系數，筆者修改了相應的材質，創建了“8-B-熱環境分析.eco”、“8-C-熱環境分析.eco”兩個文件，有興趣的讀者也可自己創建?！咎崾尽吭贓cotectAnalysis中進行對比研究時，最好將不同的情況單獨保存成一個文件，而不是在同一文件上修改，因為軟件不能保證數據殘存造成的結果誤差8.4能耗模擬分析狹義的說建筑能耗是指維持建筑功能和建筑物在運行過程中所消耗的能量，包括了照明、采暖、空調、電梯、熱水供應、烹調、家用電器以及辦公設備等的能耗。而在公共建筑中，占最大比例的能耗就是采暖與空調的能耗。因此模擬分析采暖空調的能耗即是評價建筑節能設計質量的指標，也可以為暖通空調專業的設計提供參考依據。EcotectAnalysis可以模擬分析建筑整體與各個區域的逐月采暖空調的能耗與全年采暖/制冷的最大負荷。這些數據通過柱狀圖與數據列表的形式呈現。請注意軟件中的MaxHeating/CoolingLoad(最大負荷)是功率的范疇，單位是W；MONTHLYHEATING/COOLINGLOADS(逐月采暖空調能耗)是能量的范疇，單位是Wh。8.4.1模擬操作打開光盤文件“8-A-熱環境分析.eco”、“8-B-熱環境分析.eco”、“8-C-熱環境分析.eco”。點擊頁面選擇器中的ANALYSIS(分析頁面)，進入分析視圖，選擇進入ThermalAnalysis(熱環境分析)選項卡，如圖8-32所示。在ThermalCalculation(熱環境計算)下拉菜單中選擇MonthlyLoads/Discomfort(逐月能耗/不舒適度)，勾選Inter-ZonalGains(區域間得熱)與SolarRadiation(太陽輻射)，其余部分可以默認設置，如圖8-33所示。點擊開始計算。計算結果如圖8-34、8-35、8-36所示。8-A-能耗分析8-B-能耗分析8-C-能耗分析【注意】在計算過程中，可能會彈出警告對話框如圖8-37所示，主要原因是在相鄰區域重合面的材質不一樣導致的，在這種情況下可以點擊主工具欄下的按鈕，在彈出的屬性面板下點擊FixingLinks(校正關聯)，勾選Automaticallyfitalternatematerialsforadjacentsurfaces(自動校正相鄰表面的可選材質)，如圖8-38所示。8.4.2結果分析EcotectAnalysis的逐月能耗分析非常直觀，柱狀圖中的顏色與區域的顏色相對應，這樣就可以很直觀的看出每個區域的能耗情況與在整個建筑中所占得比例，也可以看出逐月能耗的對比。在數據列表里有詳細的采暖空調逐月能耗數據，但是數據量很大，在做分析時需要借助其他軟件，比如MicrosoftExcel。右鍵單擊如圖8-39所示的空白處，選擇Copytoclipboard(復制到剪切板)，分別將A、B、C三種情況的能耗數據復制到新建的MicrosoftExcel文檔中，結果如圖8-40所示。應用Excel圖表分析模擬結果，如圖8-41、圖8-42、圖8-43，并保存文檔為“能耗模擬分析”。全年總能耗對比圖逐月能耗對比圖最大采暖、制冷負荷對比圖從圖8-41的全年總能耗可以看出，A、B、C三種情況下的全年總能耗呈現遞增的狀態，A情況下的能耗最小，由此可以看出維護結構的構造設計對節能起到了很大的作用。從圖8-42可以看出全年中A情況的能耗比B情況的能耗低；B情況的能耗比C情況的能耗低，造成這種情況的主要原因是當前模型中，外窗在維護結構中所占的比例是最大的，所以外窗的傳熱系數的好壞是室內熱環境分析的關鍵，B和C情況的外窗，其傳熱系數都大于A，這就造成了冬天沒辦法更好的保存住室內暖氣的供熱，夏天室外炎熱的天氣也會通過外窗輕易的影響室內，從而構成能耗的增加。從圖8-43可以看出，該層建筑在冬天供暖（MaxHeating）所占的能耗值比較大，而在夏天制冷（MaxCooling）所占的能耗值比較小，因為廈門位于夏熱冬暖地區，這一地區夏天比較炎熱冬季比較暖和，所以空調制冷的能耗遠遠高于取暖的能耗。8.5逐時得熱/失熱分析逐時得熱/失熱的分析包含了與建筑能耗相關得熱和失熱的逐時數據，通過模擬分析這些數據，可以研究圍護結構的保溫隔熱性能，同被動組分得熱分析結合起來分，更可以從宏觀與微觀兩個方面來了解建筑的相關熱工性能。8.5.1操作模擬繼續運用上節中三種情況的模型：“8-A-熱環境分析.eco”、“8-B-熱環境分析.eco”、“8-C-熱環境分析.eco”。在ThermalCalculation(熱工計算)的下拉菜單中選擇HourlyHeatGains/Losses(逐時得熱/失熱)，由于廈門冬暖夏熱的氣候特征，夏天的能耗比冬天的能耗要大的多，這里我們模擬最熱一天的得失熱情況，點擊，在下拉菜單中選擇HottestDay(Peak)(最熱天)，如圖8-44所示。點擊Calculate，結果如圖8-45、圖8-46、圖8-47所示。A情況得/失熱分析8.5.2結果分析在逐時得熱分析圖中，包含了逐時的HVAVLoad(采暖空調負荷)、Conduction(圍護結構導熱的得失熱)、Sol-Air(綜合溫度產生的熱量)、DirectSolar(太陽直射輻射得熱)、Ventilation(冷風滲透得失熱)、Internal(內部人員與設備得熱)、Inter-Zonal(區域間得失熱)等7項內容。在數據列表中，Conduction與Sol-Air合并成為了圍護結構得失熱(FABRIC)，與其他5項共6項內容。和能耗分析操作步驟一樣，將數據結果復制到Excel，表格數據如圖8-48所示。應用Excel圖表分析模擬結果，如圖8-49，并保存文檔為“逐時得熱失熱分析”。從HVAC(空調系統負荷)來看，其結果與能耗模擬說明了相同的問題。從FABRIC(圍護結構的熱傳導)的結果來看，A情況的圍護結構熱傳導小，這說明在圍護結構主要是玻璃幕墻，屋頂的傳熱系數變化不大的情況下，幕墻的熱工性能對維護結構的熱傳導影響最大。之所以產生SOLAR(太陽輻射得熱)如此的模擬結果，是因為A外窗材質的“DoubleGlazed_LowE_TimberFrame”性能要優與B，B和C在外窗材質性能一樣的情況下，B的外墻性能高于C。VENT.(風滲透得失熱)在三種情況下得到的能量相等，由于分析的是最熱天的情況，風滲透都是帶來熱量，如果是冬天，則會帶走熱量。INTERN(內擾得熱)的結果是人員、燈具、小型設備散熱的共同結果，因為在這一方面，三種情況的設置完全相同，所以結果也是一致的。ZONAL(區域間的熱傳遞)的結果說明內墻的保溫隔熱性能比較好，相互間的影響不大。8.6逐月不舒適度分析如果一個區域沒有空調系統，而區域中又設置有人員，EcotectAnalysis就根據相關的舒適溫度計算逐月的不舒適度。這一指標也反映了建筑熱環境質量。8.6.1操作模擬依次打開“8-A-熱環境分析.eco”、“8-B-熱環境分析.eco”、“8-C-熱環境分析.eco”文件。將三個文件中辦公室區域中的熱環境屬性設置如圖8-50所示。進入Analysis(分析)頁面，在ThermalCalculation(熱工計算)中選擇MonthlyLoads/Discomfort(逐月能耗/不舒適度)進行分析，其他選項如圖8-51所示。點擊Calculate，計算結果如圖8-52、8-53、8-54所示，并保存文件“8-A-熱環境分析-Discomfort.eco”、“8-B-熱環境分析-Discomfort.eco”、“8-C-熱環境分析-Discomfort.eco”。在ComfortData(舒適度數據)欄里有兩個下拉菜單——舒適度的算法與要計算的數據，可以根據需要選擇。舒適度的算法FlatComfortBands(區域舒適段的舒適溫度)：根據每個區域設定的舒適溫度計算逐月的不舒適度；ThermalNeutrality(熱中性的舒適溫度)：是指一般來說大多數人感覺既不冷也不熱的溫度。這個溫度隨年平均溫度與季節性波動而變化，其計算公式為：Tn=17.8+0.31Tave。根據這個公式可以算出舒適溫度，由此可以計算出逐月的不舒適度。Adaptive:FreeRun(自由運行的自適應舒適溫度)：由于增添衣物、活動量的變化甚至是否開窗都會影響人們的熱舒適溫度。因此科學家通過大量的調查研究通過回歸分析的方法得到了一個無采暖空調系統的建筑的自適應舒適溫度的計算公式：Tc=11.9+0.534Tave。根據這個公式可以算出舒適溫度，由此可以計算出逐月的不舒適度。Adaptive:Average(所有建筑平均的自適應舒適溫度)：與Adaptive:FreeRun一樣，科學家給出了對不論有或無采暖空調系統的建筑都適用的平均的自適應舒適溫度的計算公式。根據這個公式可以算出舒適溫度，由此可以計算出逐月的不舒適度。要計算的數據DegreeHours(度小時)：計算所有不舒適溫度與舒適溫度的限制相減的值的總和。這比單純統計達不到舒適溫度的時間總和要更能說明不舒適的程度。PercentageofTime(時間百分數)：每個月達不到舒適溫度的時間的總和與該月總共的小時數的百分比。TotalHours(總時間)：每個月達不到舒適溫度的時間的總和。結果分析在不舒適度分析圖中，包括了TooHot和TooCool兩個圖示，根據室內在沒有設置空調系統且室內有人活動的前提下計算出過熱和過冷的一個不舒適度值。同時也可以計算出每個月達不到舒適度的總時間及所占的百分比。將數據復制到Execl中，結果如圖8-55所示。應用Excel圖表分析模擬結果，如圖8-56、8-57、8-58、8-59所示，并保存文檔為“不舒適度分析”。不舒適度分析的結果基本與能耗分析的結果相似，都說明了保溫性能好的圍護結構在冬天對室內起到了保溫的作用，但夏季具有一定的劣勢，這時候就需要采用一些技術策略改善室內的環境，然后通過EcotectAnaiysis模擬分析這些設備是否對室內的環境起到了改善的作用。逐時溫度分析逐時溫度分析可以模擬每一個區域在某天內的逐時溫度變化，包括室外溫度、太陽輻射、風速、所選區域內的溫度等數據。操作模擬依次打開文件“8-A-熱環境分析-Discomfort.eco”、“8-B-熱環境分析-Discomfort.eco”、“8-C-熱環境分析-Discomfort.eco”。進入Analysis(分析)頁面，在ThermalCalculation(熱工計算)中選擇HourlyTemperatureProfile(逐時溫度分析)，在HighlightZone(高亮區域)下選擇要模擬的區域，使該區域室內溫度高亮顯示，本例中選擇“辦公室5”，在中點擊ColdestDay(Peak)，如圖8-60所示。單擊左側面板上調節配置圖表比例，選擇CustomiseScale…，如圖8-61所示。點擊Calculate，分析結果如圖8-62、8-63、8-64所示，并將其保存為“8-A-熱環境分析-HourlyTemperaturePro”、“8-B-熱環境分析-HourlyTemperaturePro”、“8-C-熱環境分析-HourlyTemperaturePro”。結果分析圖示橫坐標為最熱這一天的24個小時，左側縱坐標表示溫度值，右側縱坐標太陽輻射量。藍色虛線表示室外溫度，橙色長虛線表示直射輻射，橙色短虛線表示散射輻射，高亮顯示的粗線為所選區域的室內溫度。將數據復制到Execl中，利用圖表模擬室外溫度和A、B、C三種情況下室內的溫度情況，結果如圖8-65所示。從上示溫度曲線圖可以看出A、B、C三種情況下的室內溫度變化曲線比較平緩，說明圍護結構起到了一定的保溫作用，總的來說從凌晨1點到中午12點這段時間由于圍護結構的保溫性使室內的溫度遠遠高于室外溫度，但同樣的由于圍護結構的保溫性，使得室外溫度在逐漸上升的同時室內溫度沒有很快的上升，導致12點后室外溫度高于了室內溫度。A情況的溫度曲線相對于B、C而言比較平穩，B和C兩種情況的主要維護結構（外窗）的傳熱性能一致，所以這兩種情況下的室內溫度沒有變化。B、C兩種情況的白天溫度要高于A情況，如果該建筑是僅白天有人在的辦公建筑，則B、C這種情況的圍護結構更加優良；如果溫度分布分析可以模擬全年中室外溫度和各個區域室內溫度的分布情況，統計各個區域里一年中達到某氣溫的小時數及所占的百分比，通過設置舒適區間，可以統計出一年當中室內達到舒適溫度的時間和所占的百分比。操作模擬打開文件“8-A-熱環境分析-HourlyTemperaturePro”、“8-B-熱環境分析-HourlyTemperaturePro”（由于B、C兩種情況的圍護結構的保溫性能相近，這里就以A、B兩種情況作對比分析）。進入Analysis(分析)頁面，在ThermalCalculation(熱工計算)中選擇TemperatureDistribution(溫度分布)分析，在HighlightZone(高亮區域)下分別選擇要模擬的區域，使該區域室內溫度高亮顯示，如圖8-66所示。點擊Calculate(計算)按鈕開始計算，結果如圖8-67、8-68所示，保存文件“8-A-熱環境分析-TemperatureDistribution”、“8-B-熱環境分析-TemperatureDistribution”。8.8.2結果分析先將區域“辦公室1”的數據復制到Excel中，再模擬“辦公室2、3、4…..”等剩下的區域，將每個區域的數據都復制到Excel中，用圖表模擬A、B兩種情況下室內舒適溫度所占的百分比，分析結果如圖8-69所示。從圖中可以看出B情況下舒適溫度所占的百分比比A情況舒適溫度所占的百分比大，歸結其原因是B圍護結構的性能比A的好。從溫度分布的模擬，也可判定建筑圍護結構設計的優劣。圍護結構得熱/失熱分析操作步驟打開文件“8-A-熱環境分析-TemperatureDistribution”、“8-B-熱環境分析-TemperatureDistribution”。進入Analysis(分析)頁面，在ThermalCalculation(熱工計算)中選擇FabricGrains-QC+QS(圍護結構得熱/失熱)分析，在HighlightZone(高亮區域)下分別選擇AllVisibleThermalZones，如圖8-70所示。點擊Calculate，分析結果如圖8-71、8-72所示，并保存文件“8-A-熱環境分析-FabricGrains-Qc+Qs”、“8-B-熱環境分析-FabricGrains-Qc+Qs”。結果分析將數據復制到Execl中，利用圖表模擬A、B、兩種情況下圍護結構的得失熱情況，結果如圖8-73所示。FabricGains(圍護結構得失熱)是Conduction(圍護結構傳熱得失熱)（Qc）與IndirectSolarGains(間接太陽得熱)（Qs）的共同作用下的結果。在全年分析(AnnualAnalysis)選項卡下有兩個下拉菜單，分別包含的內容如下：MonthlyAverages(月均)：選擇該項后軟件會將逐月同一時刻的數據做一個平均計算，例如圖中或者數據列表中的1月1時的數據是將一月份31天每天1時的數據的總和除以31而得到的。ActualHourly(逐時)：選擇該項后，圖中顯示的是全年每天逐時的情況，而數據列表中給出的每月同一時刻的數據的總和。ShowAsFactors(以系數顯示)：按照CIBSE的準入法計算，要計算負荷的波動，需要先計算一個由瞬時溫度影響的系數，這個系數與圍護結構的表面換熱系數、圍護結構的面積或者準入系數等有關。通過分析這個系數，就可以反應負荷的變化ShowAsFactors(以負荷顯示)：表示實際流入或者流出的熱量。如果對準入法的計算不十分了解，建議采用這個設置，其結果更加直觀。如上圖所示，A情況圍護結構的得失熱明顯比B情況得失熱要小，主要是因為A情況主要圍護結構（外窗）的傳熱系數比B情況的傳熱系數要小，說以得失熱量也小些。間接/直接太陽得熱分析太陽輻射得熱主要包括直射輻射得熱與散射輻射得熱兩種情況。間接太陽得熱也就是散射輻射得熱，這部分得熱主要是由于通過大氣層的太陽輻射通過地面反射和天空輻射形成的熱量；直接太陽得熱也就是直射輻射得熱，這部分熱量就是太陽輻射直接射到地面獲得的熱量，直射輻射和散射輻射之和就是達到地面的太陽輻射總量。間接太陽得熱操作步驟打開文件“8-A-熱環境分析-FabricGrains-Qc+Qs”、“8-B-熱環境分析-FabricGrains-Qc+Qs”。進入Analysis(分析)頁面，在ThermalCalculation(熱工計算)中選擇IndirectSolarGrains-Qs(間接太陽得熱)分析，在HighlightZone(高亮區域)下分別選擇AllVisibleThermalZones，如圖8-74所示。點擊Calculate，分析結果如圖8-75、8-76所示。結果分析將數據復制到Execl中，利用圖表模擬A、B兩種情況下散射輻射的得熱情