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1、基于 BIM 软件中光热环境下的绿色建筑研究以贵州喀斯特黔中传统民居为例 王尨 王红 苏芝兰 贵州大学林学院 贵州大学建筑与城市规划学院 摘 要： 选取冬季作为调研季节, 对贵州黔中地区青岩古镇民居进行温度数据调查, 及进行光环境 BIM 软件模拟。结果表明:结合实测温度数据以及软件模拟分析, 贵州黔中地区青岩古镇民居在房屋保温舒适度方面较好, 冬季室内温度为10.514.5, 民居室内保温性能良好;室内空间光量度低或形成局部暗阁, 民居光环境并不理想。说明民居保温舒适度与建筑材料、建筑构造有关;光环境舒适度与房屋进深、门窗洞口大小、门窗洞口数量有关。并总结了两种适合贵州黔中地区的建筑绿色改善
2、方法。关键词： 光热环境; 舒适度; 绿色建筑; 作者简介：王尨 (1993-) , 男, 在读硕士, 研究方向:绿色建筑, Email:.作者简介：王红, Email:.收稿日期：2017-10-17基金：国家自然科学基金项目 (51078099) :“喀斯特环境与乡土建筑的节能研究”Research on Green Buildings Based on BIM Software in Light and Thermal EnvironmentA Case Study of Traditional Residential Houses in the Central Karst Area o
3、f Guizhou ProvinceWANG Meng WANG Hong SU Zhilan College of Forestry, Guizhou University; College of Architecture and Planning, Guizhou University; Abstract： Selecting the winter as the season of investigation, the temperature data in residential houses of Qingyan ancient town in the central area of
4、Guizhou province was investigated, and the temperature was simulated by light environment software. In this study, the field investigation and BIM software simulation methods were adopted to research the green buildings which are peculiar dwelling houses in Guizhou under light and thermal environmen
5、t. The results obtained by measured temperature data and software simulation show that the residential houses in Qingyan ancient town in the central area of Guizhou province are good in terms of thermal comfort degree. The indoor temperature in winter is 10.5 14.5 , and the indoor thermal insulation
6、 performance is good. The indoor light degree is low or there is some shade, so the residential light environment is not so good. Thus, it can be concluded that the insulation and comfort of residential buildings is related to building materials and building structure. The comfortableness of light e
7、nvironment is related to the depth of houses, the size and the number of doors and windows. At last, two suitable improvement methods for green buildings in the area of Central Guizhou were summarized.Keyword： light and thermal environment; comfortableness; green buildings; Received： 2017-10-17经历了 1
8、970 年代的两次石油性能源危机以及地球环境危机, 让人们意识到了能源对于人类对环境的重要性, 由于现代化进程的飞速发展, 传统式的民居建筑形式已经不完全取决自然环境因素以及建筑材料因素, 加以代替的是高能耗的建筑材料以及更加富有“科技含量”的现代化构房技术, 取而代之的是高大宏伟的建筑群, 建筑能源极度浪费, 舒适性能日趋降低1。在过去中国建筑的发展中, 绿色建筑的发展从试点发达城市往内陆中心城市推移, 虽制定了相应规范, 但是却忽略民族多样性、地域适用性、景观与建筑有机结合等问题。贵州地处西南腹地, 素有“八山一水一分田”的说法2, 独特的山体结构以及在常年侵蚀风化的作用形成了独特的山地自
9、然景观黔中喀斯特地貌3, 青岩古镇是黔中地区传统聚落的代表4, 该民居具有很强的地域性、民族性、功能性、建材适宜性, 依托喀斯特地形地貌以及多民居杂居的特点, 黔中民居形成了依山而建傍水而居的聚落格局, 选用当地特有建材材料对民居进行修建。本文结合 BIM 建模软件对传统建筑进行模拟, 针对黔中传统民居, 弥补特定区域特定环境下建筑绿色节能的疏漏, 旨在为贵州黔中地区建筑绿色舒适度以及节约能源方面价提供借鉴。1 方案介绍青岩古镇位于贵阳市南郊 29 公里, 地处丘陵河谷盆地, 属于亚热带湿热气候, 冬无严寒, 夏无酷暑, 无霜期长, 日照时数在 12101270 h 之间, 年平均气温在 17
10、.6左右, 一月平均气温在 6.85。选取民居为四开间一层古建筑, 开敞一字型结构 (如图 1) , 穿斗式木梁构造, 青瓦木墙, 具有浓郁民族色彩6。图 1 青岩古镇某民居一层平面图 下载原图2 测定指标与方法2.1 温度调研时间选定为冬季, 贵阳 12 月份的温度临界值为 312, 分别对民居室内的空气温度、黑球温度、以及房屋墙体的热流进行相应的逐时测量 (调研时段为光照最为集中并且人类活动最为频繁的时间段) 。2.2 光通量照度:室内照明利用系数法计算平均照度, 即:E光照度, d光通量, 单个灯具光通量, N灯具数量, CU空间利用系数, K维护系数。图 2 点光源水平面与垂直面照度
11、下载原图3 结果与分析3.1 前廊、内卧室的空气温度与黑球温度分析前廊为建筑主入口前期交通空间, 从测量数据来看, 建筑在冬季的体感适宜。早晨 10 时前, 空气温度会略高于黑球温度, 人会感到稍冷;午后, 经过了为期数小时的太阳光照, 整体建筑蓄能放热状态, 体感较适宜。主体结构利用了木材升温降温迟缓的物理特性, 使得建筑在寒冷的冬季不会因室外的温度导致室内温度骤降, 引起体感不适。根据调查结果, 内卧室空气温度最高为 13.3, 黑球温度最高为 13.8, 均高于当地温度的最高值, 在冬季这样的温度可以增强人们在建筑物中的舒适度。太阳光照利用光中不可见光的电磁波和各种粒子流进行能量的传递,
12、 因此增大光照摄入量, 可以有效的增大太阳能量7, 进而提升室内的温度, 使人们感到更加舒适。 (见图 3) 图 3 青岩古镇某民居代表性房间温度变化 下载原图3.2 堂屋的墙体温度分析堂屋为古建筑的中心主体部分, 通常为正屋, 坐北朝南。从测定结果上来看, 建筑墙体的温度均保持在 1114, 与室内温度相仿, 从早上 10:00 到下午18:30 时间段中墙体的得失热量没有显著增减 (见图 4) 。堂屋四周采用木质结构8, 由于木材的比热容大, 因此吸收热量的能力以及散热的能力都未见明显增加。建筑物南北通向, 门窗洞口在建筑中的位置使室内形成了良好的气团, 室外具有良好的风力资源。由此看来房
13、屋构造以及造房材料在得失热能中起到至关重要的作用。3.3 软件模拟分析介入选用的软件是 Autodesk Revit Architecture2016 以及 Ecotect Analysis (生态建筑大师) 进行软件模拟分析。对上述软件进行合理利用, 对典型房屋进行智能模型的建模, 随后着重对传统民居的光照进行有效的定量分析, 以图形的形式对现有房屋进行优化改造, 已达到最佳光照水平。图 4 堂屋内墙得热散热状况 下载原图3.4 方案模型介绍本论文选取的建筑南北向, 四周空旷且无高大建筑物遮挡 (见图 5) 。图 5 样本模型立体三维图 下载原图用 ecotect 软件进行光环境下模拟, 将
14、模拟平面高度定位窗台高度 900 mm, 由于绿标要求“采光系数大于 2%的面积要占到总面积的 75%以上” (表 1) 。计算结果显示:室内采光不充裕, 在自然条件下, 增加光照强度成为该建筑的首要任务。以下结合房屋的进深与开间尺寸展开讨论。 (见图 6) 3.5 进深与光照的关系堂屋狭长的封闭空间仅开一扇宽 12002100mm 的门, 这使得光线不能充分进入室内。模拟结果表明 (图 7) , 在堂屋北面墙上增开两扇 10002100 mm 的玻璃幕墙, 堂屋室内的光照强度并未明显增强, 根据太阳日照分析, 绝大多数光源被前廊两侧墙体所挡, 光并不能通过玻璃幕墙直线进入堂屋室内改善光照,
15、只能增加房屋的可视性。图 6 室内光环境网络色阶参照图 下载原图表 1 青岩古镇民居光环境数据分析 下载原表 图 7 增加幕墙后样本光环境分析图 下载原图3.6 门窗洞口与光照的关系利用 ecotect 软件进行模拟, 在堂屋正上方开起 10001000 mm 的洞口, 加上老虎窗9, 提高采光高度, 利用无遮挡性质在房屋屋顶进行开洞采光, 太阳光通过老虎窗进入室内, 然后均匀的分布在建筑物的各个区域分区中, 有效地缓解了室内采光的严重不足, 达到了在自然光条件下的光照。 (见图 8) 图 8 增加屋顶老虎窗后样本光环境分析图 下载原图4 光热环境设计及建议总结本文所提倡的光环境设计是在原有的
16、构筑物上, 利用增、减、改等手段对建筑主体以及附属功能设施进行调整, 通过引导性与传递性达到光环境的最佳利用。在合理选用建材构筑房屋的同时也要注意风向引导, 以利于冬日聚热、夏日散热。4.1 房屋类型与改造选择根据一字型民居堂屋部分有 1000 mm 左右的退让, 形成前廊结构, 可以选择开洞型改造对自然光进行人工引入, 也可直接利用悬山屋顶的坡度在屋顶中掏切一块玻璃幕墙, 也可在房屋顶部加以外表中式风的老虎窗, 以上改造既可增大透光性外观上又美观。4.2 景观性引导与改造选择本建筑南北通向, 可在前廊前段的花园中种植行道树或者一些灌木, 对风形成一种导向性作用10, 在夏季炎热的时候利用风的特性, 在光照充足的同时, 更好的散出多余的热量, 这样的建筑不仅在散热功能上具有一定的舒适效应, 也在景观建筑上具有深邃通幽的
