BIM技术应用：绿色评价分析结果

1）围护结构的热工性能

室外热环境也称室外气候，是所有热、湿物理因素在建筑围护结构上作用的总称，是对室内热环境产生最大影响的因素。在使用Ecotect Analysis进行分析时，需要特别注意：模型、材质、热环境的设置和气象数据的选择。本书选取此建筑的某一层进行分析，由于围护结构及其热工性能和暖通空调系统对建筑能耗的影响很大，需要对其进行材质设置：设置玻璃幕墙材质为“铝框双层Low E玻璃”，并将材质的透明度改为0.48；设置外墙材质为“180mm砼小型砌块，内外10mm抹灰”；设置暖通空调系统为“全空调系统”。

通过在Ecotect中详细分析模拟结果，可以有效地帮助设计师改进建筑方案，实现建筑相关性能的提高。本例地处淮安，属于冬冷夏热地区。为了进行更深入地比较，假设屋面、外墙和外窗的传热系数如表3-2所示，可看出，情况A下围护结构的材质即是建筑构造设计中的材质，相比于标准限值的传热系数，外墙比标准限值低，屋顶和外窗比标准限值高。

表3-2 围护结构的传热系数

（1）总能耗分析

建筑能耗从狭义的角度看，即是建筑维持功能和建筑设备在运行过程中消耗的能量。在公共建筑中，空调和采暖的能耗占比最大，所以模拟空调和采暖的能耗可以作为评价建筑设计质量的参考标准。能耗分析结果如图3-10、图3-11、图3-12所示，其中背景为红色的部分表示空调采暖能耗，背景为蓝色的部分表示空调制冷能耗（见书末彩图）。

图3-10 情况A的月度采暖/制冷负荷图

图3-11 情况B的月度采暖/制冷负荷图

图3-12 情况C的月度采暖/制冷负荷图

由于数据列表里的逐月数据量很大，本书借助Excel协助分析，将Ecotect中的数据导入Excel中，结果如图3-13所示。使用Excel表格的分析模拟结果可以更直观地进行能耗对比。

图3-13 能耗分析结果的Excel表格显示

可以看出，情况A、B、C下的总能耗是递增的状态，情况A下的能耗最小，且情况A和情况B、情况C相差较大，基本符合外窗传热系数的设置情况。情况B和情况C的外窗传热系数都比情况A的外窗传热系数大，导致夏天无法更好地阻隔热气进入室内，冬天无法更好地将室内的热气保存住，所以使总能耗值有所提高。而且在此模型的围护结构的设计中，外窗占围护结构的比例最大，故可看出室内热环境分析的关键是外窗的传热系数。

（2）逐时得热/失热分析

本书将模拟一年中最冷天时的逐时得热/失热情况，图3-14、图3-15、图3-16分别是情况A、B、C下的逐时得热/失热曲线图（见书末彩图）。其中，横坐标表示一天的24个小时，纵坐标表示得失热，横轴以上的部分表示得热，横轴以下的部分表示失热；浅绿色实线表示空调能耗，红色实线表示围护结构传导的热量，红色虚线表示综合温度产生的热量，橙色实线表示太阳辐射得热，深绿色实线表示风渗透得失热，紫色实线表示内扰得热和，天蓝色实线表示区域间得失热等。

图3-14 情况A下的逐时得热/失热曲线图

图3-15 情况B下的逐时得热/失热曲线图

图3-16 情况C下的逐时得热/失热曲线图

由图可知，围护结构的热传导小，表明在屋顶传热系数接近的情况下，太阳能辐射得热主要和外窗材质性能有关，双层铝合金玻璃的性能优越。区域间得失热变化不大，说明内墙的保温性能良好，对得失热影响不大。内扰得失热一致，是因为内部人员、设备的设置相同，所以结果也一样。风渗透得失热很大，说明风在冬天会带走较多的热量，所以在冬冷夏热地区，冬天可适当地减少开窗换气的频率和每次开窗的时间。

2）自然通风

人在热环境下感到舒适是因为空气的流动能提高周围空气对流和人之间的换热量和人的汗液蒸发量。对于通过自然通风获得舒适程度的建筑，通风条件下人体可接受的最大空气流速和最高温度直接决定了舒适度。例如，对于办公建筑，最佳风速不超过1.5m/s，对于居住建筑来说，可适当提高最佳风速的上限。图3-17是当人体活动程度为静坐且气流速度为1m/s时的自然通风效果图，图3-18是人静坐且气流速度大于1m/s时的自然通风效果图。图中蓝色的线表示温度、湿度、水蒸气分压力等，黄色实线框表示热舒适区域，红色实线框表示热舒适度的变化区域（见书末彩图）。

对比两幅图可知，随着风速的提高，室内热舒适度明显提高。但当温度较高、湿度较高时，室内热舒适度的提高也很难靠自然通风来实现。自然通风效果的适当提高可以通过建筑设计实现，但由于自然空气流动的可控性差，通过建筑设计控制自然通风效果的设计手法难度很大，故可通过室内的设备设计来持续稳定室内风速在合理可控的范围内。

3）光环境

光环境是因光照射在空间中形成的环境，分为室内光环境和室外光环境。室内光环境的光源有自然光和人工光两种，需保证照度和亮度的质量和光色，以满足人类视觉舒适度的要求。在建筑光环境的设计中，要注意以下几个方面：第一，符合人体视觉功效，保障健康的要求；第二，综合利用自然光源和人工光源，更推荐多引进和利用自然光源；第三，避免多度设计光环境，造成光污染等；第四，建议使用节能灯具，并建议在灯具的布置上，减少使用装饰性强的灯具，用隐藏式的灯带替代，营造舒适节能的光环境。

图3-17 人静坐且风速为1m/s时的自然通风效果图

图3-18人静坐且风速大于1m/s时的自然通风效果图

本节选取案例建筑中的第10层进行光环境分析，图3-19是2月10日的阴天采光模拟分析效果图，简单直观，可判断符合照度的面积大于75％的时间。类似于阴天采光模拟，图3-20是晴天采光模拟分析效果图。图中蓝色、紫色、红色、橙色、黄色的色阶分别表示接收到的光照量，并按顺序呈递增趋势，蓝色最小，黄色最大（见书末彩图）。(www.xing528.com)

图3-19 阴天采光模拟分析效果图

图3-20 晴天采光模拟分析效果图

室内照明占能耗的比重约8％，尤其是阴天的采光模拟对节约能耗有重要意义。根据绿色建筑标准，采光系数大于2％的面积要达到总面积的75％以上。如图3-19所示，蓝色色块表示的是采光系数等于2％的面积，其他颜色的色块表示的都是采光系数大于2％的面积。可根据软件导出的Excel表判断符合照度的面积大于75％的时间。

4）日照与遮挡

建筑设计中，建筑师关注建筑的布局，从节能的角度看是思考如何高效利用太阳能，同时减少建筑之间的遮挡。在建筑密度较高的区域，为保证每一栋建筑都满足光照和遮挡的要求，需要对建筑的密度和建筑的高度做详细的分析。Ecotect中的日照遮挡分析可以定量分析某一时间段内，被分析建筑受到周围建筑遮挡的时间和程度。Ecotect可初步分析建筑物之间的日照时间与遮挡情况，尤其是当建筑密度大，分布复杂时，更能突出其模拟性和可视化的特点，具有简单直观的优势。

选取建筑底层的一扇门，设置时间为大寒日，进行分析，图3-21是日照遮挡俯视放大分析图。可通过放大细数所占三角形的格数，判断遮挡时间，一格是一个小时，本例即有8小时被遮挡，从上午8:30开始，至16:00左右结束，此扇门均受对面高层的遮挡。根据我国绿色建筑标准的规定，此建筑设计的底层被遮挡时间符合标准，即建筑间距和朝向共同作用使得建筑底层具有充足的光照。

图3-21 某一门构件日照遮挡放大图

5）太阳辐射与太阳能利用

新能源的发展和能源科技的创新，是人类未来的发展方向。对于建筑业来说，更好地利用太阳能、降低建筑能耗是建筑技术发展的新方向。太阳能作为可再生的清洁能源，具有广阔的发展前景。Ecotect具有强大的太阳能辐射分析功能，可通过提供的气象数据模拟建筑物表面的太阳能辐射情况，进行定量分析。

（1）太阳能辐射在屋顶的分布

我国在大力提倡节能减排、使用新能源。有效利用太阳能，能较大程度节约传统能源，减少对环境的污染和破坏。目前，我国太阳能的利用基本体现在太阳能热水器和铺设在屋顶、墙面、遮阳板等位置的太阳能光电板的应用。图3-22即为太阳能辐射在屋顶的分布图。

图3-22 太阳能辐射在屋顶的分布图

由图可知，太阳能辐射在本办公楼的屋顶分布是100％，故能全面铺设太阳能光电板，充分使用太阳能来替代电能等的使用；如果分析的结果是太阳能辐射在屋顶的分布不足，可考虑在向阳面的外墙或外窗上安装太阳能光电板，有效吸收太阳能。

（2）遮阳构件对太阳能辐射的影响

遮阳构件能有效阻挡太阳能辐射进入室内，使室内保持良好的舒适度。Ecotect可提供建筑设置遮阳构件前后的辐射量的对比。由于建筑朝南向本节在所选建筑朝南窗户上设置遮阳构件，使得对比效果更为明显。图3-23和图3-24分别是某南面窗户设置遮阳构件前后的太阳能辐射图（见书末彩图）。

图3-23 某南面窗户设置遮阳构件前的太阳能辐射图

图3-24 某南面窗户设置遮阳构件后的太阳能辐射图

图中的蓝色、紫色、红色、橙色和黄色分别代表窗户吸收的由小到大的太阳能辐射量。在设置遮阳构件前，南面窗户基本全是红、橙、黄色，说明接收的太阳能辐射量大；设置遮阳构件以后，红橙色的占比明显减少，说明遮阳构件能有效阻挡太阳能辐射，在夏季能起到降低室内温度，节约能耗的作用。同时，因为遮阳构件能有效吸收太阳能，所以可以将遮阳构件与太阳能光电板相结合，吸收太阳能并转化为电能，以节约资源和保护环境。

由上节的分析结果可知，关于建筑节能与能源利用的情况，包括维护结构的热工性能、自然通风、光环境、日照与遮挡、太阳辐射与太阳能利用等，并可据此提出如下的节能措施：

（1）在围护结构中，外窗采用双层铝合金玻璃，材质性能优越；幕墙的热工性能也较良好，但是屋顶的性能偏弱，保温性能还有待提高。同时考虑到风渗透得失热，在夏天可适当减少开窗换气频率。总的来说，此建筑围护结构的热工性能良好，优于国家标准中的参照建筑，达到了国家的节能标准。

（2）温度和湿度都较高时，自然通风很难提高室内舒适度。由于自然空气流动也在人为不可控的范围内，可考虑借助设备提高室内舒适度，如室内新风系统等。

（3）阴天的采光效果明显比晴天弱很多，需考虑在阴天保证室内充足的采光，或者引进自然采光，如在贯穿的中庭的屋面增加玻璃采光口、在室内墙上增加内窗、减少室内墙的数量等，以尽可能地不阻止光线进入室内或不阻碍光线在室内的走向。

（4）根据建筑物的遮挡面积、范围和时间，可辅助规划设计建筑物之间的间距、朝向、建筑群组的布置等，为决策提供了可视化的直观成果。为了保证充足的日照，考虑在建筑布局时可采用点式和板式相结合、倾斜建筑朝向至一定的角度、底层架空、单元后退等措施，进行建筑设计补充。

（5）太阳能是应用最广的新能源，通过分析太阳能的分布，可合理有效地布置太阳能光电板等，最大化地利用太阳能。并可通过分析，考虑设置遮阳构件，由于遮阳构件对建筑冬天的采光取暖有一定的影响，故可考虑可折叠或可伸缩的构件，在需要的时候展开，不用的时候关闭。