王文韬 颜禧妮

（南京农业大学浦口校区信息管理学院，江苏 南京210031）

1 概述

随着能源消耗问题的日益加重，现实证明，合理的利用资源才是人类生存的长久之计。在建筑领域，建筑总能耗现今已达到国家能源消耗的32%，搭建房屋建筑所需建筑材料能耗约达13%，建筑能源消耗总量已经达到全国能源消耗的45%左右[1]，其中既有建筑中围护结构在建筑总能耗中所占比例高达72%，故既有建筑建筑围护结构节能改造问题的解决迫在眉睫[2-3]。同时，随着生活水平的提高，居民对于建筑舒适度的要求也不断提高，因此提升建筑热环境舒适度也显得尤为重要[4]。针对以上问题，本文采用ECOTECT 软件，通过制定并对各个围护结构的节能改造方案进行模拟分析，得出各方案的节能情况和热环境舒适情况，为建筑节能提供依据。

2 既有建筑概况及节能方案的确定

2.1 既有建筑概况

本文选取是一栋具有代表意义，位于南京市浦口区某小区的住宅建筑。该建筑为砖混结构，建造于1997 年，坐北朝南，共4 单元，其中各单元户型相同，建筑长88.8m，宽18.0m，建筑面积3196.8m2，一般层高2.8m，高度25.2m，建筑的CAD 图纸如图1 所示。

经过对建筑的实地调研以及相关资料的查找，最终得到其围护结构的材料及构造组成，计算得出各个结构的导热系数，汇总如表1 所示。

2.2 节能改造方案的确定

对于既有建筑的围护结构节能改造方案，目前方法的选取通常是在已有的围护结构的基础上添加保温隔热的材料层，从而达到减小围护结构导热系数的目的，降低需要维持室内舒适温度的能源消耗。

图1 建筑CAD 图纸

表1 原建筑围护结构概况

表2 原建筑围护结构概况

结合着本既有建筑的结构特点以及南京地区的节能标准准则，分别从外墙改造、外窗改造、添加遮阳结构三个方面拟定了6 项围护结构的改造方案，各方案的材料结构构成及导入系数指标如表2 所示。

3 原建筑及各改造方案能耗模拟

结合建筑围护结构材料及结构特点，对其进行简化处理，在软件ECOTECT 中建立模型，选择南京市的CSWD 气候数据，设置相应气候参数；根据实际建筑围护结构的墙、窗及屋顶的材料构成、构造做法和布局形式赋予材质，计算并赋予对应参数；同时，根据建筑的实际情况设置室内人员数量及热环境的基本情况，最终模型可视化图形如图2 所示。

3.1 总能源消耗量对比分析

对于建筑能源消耗，通常是指在维持保证建筑正常功能的建筑物在运营过程所消耗的能量，包括室内暖通空调、家用照明电器等消耗，其中，暖通空调在建筑能耗中占据较大部分，ECOTECT 软件即可以计算模拟建筑物总体和部分的逐月及年总能耗数据。将原围护结构材料与各改造方案进行能耗分析，对数据进行可视化处理可得到图3。

由结果可知，A 方案、B 方案和C 方案三方案的能源消耗量相近，且均有较好的节能效果，D 方案和E 方案的能源消耗量相近，而原建筑的围护结构和F 方案的能源消耗量最多。A-E 种改造方案均能达到能降低该建筑的能源消耗量，据此便可知导热系数U 小、传热能力弱、保温性高的围护结构对于能耗的降低是有利的。

图2 建筑模型

据结果从总能源消耗的角度，针对南京地区的既有建筑围护结构改造，改造外墙体的节能效果比改造外窗的节能效果略有优势。

图3 年总能耗对比

3.2 逐月能源消耗量对比分析

将各个方案的逐月能源消耗模拟结果数据进行可视化处理可得结果如图4。

图4 逐月能耗对比

根据分析结果可知，逐月能耗模拟结果与总能耗结果有一定差异，其中10 月～4 月和5 月期间，6 种方案能源消耗量呈明显的两端高低相差较大，处于中间的方案能耗较少，基本与总能源消耗量趋势一致。

同时，4 月D 方案和E 方案能耗量高于A、B 和C 方案，表示外窗U 值小、传热性能低且保温较好，当环境由低温至高温过度时期对于能耗的降低不利。主要原因为室外温度回升，外窗由于传热能力过低而不利于室内外温度的传递，居民则觉得冷，进而采用暖通空调的或其它方式使高室内温度达到舒适状态，结果导致能耗量提升。11 月份时D 方案和E 方案能耗量也同样高于A、B 和C 方案，室外环境气候从高温转变到低温时，室外低温不易被导入室内，室内居民觉得热故使用空调或其它方式温，结果导致能耗量增加。

其中，6 月～8 月六种方案的能源消耗降低量没有11 月～3月那么明显，表现出保温隔热性能好的围护结构在冬天对于能耗是有益的，但在夏季节能的效果不是很明显。

4 原建筑及各改造方案热环境舒适度模拟

4.1 围护结构得失热比率分析

ECOTECT 软件可以对被动组分得热进行分析，从而在一定程度上反映出建筑的热环境情况，并可以将逐日得失热状况表现在一张图中，得到各内容所比例、有围护结构导热、综合温度产热、太阳直射辐射、冷风渗透、内部人员等方面的得失热共六项。

对原建筑情况及6 种方案的围护结构全年得失热量进行分析，对数据进行可视化处理，结果如图5 所示。

图5 各方案围护结构得失热百分比

由图5 可知，E 方案和D 方案的围护结构得热量的比率相近，A、B 方案和C 方案的围护结构得热量百分比相近，原建筑围护结构和F 方案的围护结构得热量的百分比率相对较大，然而虽然不同的改造方案之间有差距，但总体上变化波动幅度不大，则可说明围护结构材质结构的改变对于建筑整体围护结构得热失热量百分比率的影响较小。6 种方案的围护结构失热量百分比中A-E 方案整体相较于原建筑围护结构呈下降趋势,失热量与围护结构的保温性是成正比的，同时也由于F 方案未有改变围护结构的导热系数，故其失热量相较于原方案并未有太大的变化。其中C 方案围护结构失热量百分比最低，这个结果与总能耗模拟结果一致，由于其导热系数相较而言为一个最优的情况。

4.2 热舒适度参数PMV-PPD 指标的计算

表3 各改造方案PPD、PMV 指标

5 结论

本文通过对南京市既有建筑的围护结构不同节能改造方案进行模拟分析，最终得到以下结论：

5.1 针对南京地区气候特点和既有建筑的结构特点，通过改变围护结构外墙体、外窗的材料和结构构成以降低其导热系数，提升保温隔热性能，能够有效的达到减少建筑能源消耗、降低围护结构得失热百分比、提升建筑物室内热环境舒适度的目的。而仅仅的增加遮阳结构对于既有建筑的节能情况和热环境舒适度的优化情况效果并不明显。

5.2 针对南京地区既有建筑节能效果方面，从总能源消耗量和逐月能源消耗的角度分析，外墙体增加保温隔热材料的节能效果要相对优于采用更加节能的窗体材料和结构；从热环境舒适度优化的角度，优化围护结构的外窗体效果相对于更好。因此，从节能的目的出发，应优先选择围护结构的外墙体节能改造。结合本既有建筑的实际情况，最佳的方案为E 方案。

5.3 对于今后建筑的建造，应在设计阶段即考虑建筑能耗以及热环境舒适度情况的模拟与分析，本文即提供了一种具有实际参考意义的方法思路，通过控制变量法结合Ecotect Analysis 软件模拟的对比分析，选择出最有利于建筑需求的方案进行施工。