【摘 要】
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乡村建筑节能已成为我国建筑节能系统工程中不容忽视的重要一环。而黔北乡村民居建筑由于外围护结构热工性能、室内热环境、光环境较差而产生了建筑能耗较高的情况,本文通过运用BIM技术模拟的方法进行关于黔北乡村民居的节能改造策略研究,为乡村节能改造提供新思路,主要研究结论如下:(1)先通过实地调研及物理热环境实测的方法,对黔北播州区四个村落展开关于家庭特征、建筑形态特征、围护结构特征、物理热环境的研究表明:
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乡村建筑节能已成为我国建筑节能系统工程中不容忽视的重要一环。而黔北乡村民居建筑由于外围护结构热工性能、室内热环境、光环境较差而产生了建筑能耗较高的情况,本文通过运用BIM技术模拟的方法进行关于黔北乡村民居的节能改造策略研究,为乡村节能改造提供新思路,主要研究结论如下:(1)先通过实地调研及物理热环境实测的方法,对黔北播州区四个村落展开关于家庭特征、建筑形态特征、围护结构特征、物理热环境的研究表明:“黔北地区现代民居多修建于2010年前,占比约79.79%;建筑多为两层三开间两进深;面积上则主要在201~250㎡左右;层高多集中于3m~3.3m,占比约75.01%;围护结构占比最大的为铝合金单层外窗、木制外门、粘土砖外墙、小青瓦坡屋顶。传统民居多修于七八十年代;建筑多为单层三开间两进深;面积上多为110㎡左右;室内净高上,传统民居室内净高多在2m~2.4m间;围护结构上,传统民居则以木窗、杉木板/竹编夹泥墙、木门、小青瓦坡屋顶占比最多。”并基于该调研情况总结提出现代及传统民居典型模型,为后续模拟分析建立基础。(2)其后运用AHP法,提出黔北地区民居节能改造能耗影响因素指标体系。包含周边建筑物布局、风向风速、植土概况、建筑朝向、建筑遮阳、窗墙比、建筑室内净高、屋顶传热系数、外墙平均传热系数、外门窗传热系数、外饰面太阳吸收系数、气密性。再运用BIM能耗模拟分析法对其中可量化模拟分析的因素:光环境、风环境、围护结构热工性能、建筑界面与形态、建筑外遮阳及各指标的下级指标进行单因素分析研究,揭示各单能耗影响因素同能耗间的规律。最后采用正交实验法运用L25(56)正交表对传统民居屋顶传热系数、外墙传热系数、建筑室内净高、外窗传热系数、南向窗墙比、外饰面太阳吸收系数以及现代民居外墙传热系数、屋顶传热系数、建筑室内净高、外窗传热系数、外饰面太阳吸收系数、水平遮阳板长度等能耗影响因素进行正交方案模拟研究,量化总结出多因素情况下黔北乡村民居节能改造影响因素对能耗影响规律:现代民居因素主次顺序为外墙传热系数>屋顶传热系数>建筑室内净高>外窗传热系数>外饰面太阳吸收系数>水平遮阳板长度。传统民居为屋顶传热系数>外墙传热系数>建筑室内净高>外窗传热系数>外饰面太阳吸收系数>南向窗墙比。为后续提出节能改造策略提供理论指导。(3)综合以上实地调研、AHP法以及BIM技术模拟的能耗影响因素,提出外围护结构优先、适宜技术及经济低成本、风貌统一、结构安全及生活影响最小原则。建筑最佳朝向上建议值为南偏东10°;建筑窗墙比上,建筑南北向开窗情况下,传统民居,南向窗墙比在0.17~0.45,北向窗墙比为0.17~0.4,仅南朝向允许窗墙比到0.6。对于现代民居来说,在南向以及北向开窗的情况下,南向窗墙比在0.24~0.45,北向窗墙比为0.24~0.4。仅南朝向允许窗墙比到0.6;黔北地区室内净高传统民居建议值为2.8m,现在民居则为3m。围护结构改造策略上,基于改造原则,建议外墙选取外保温形式,选取EPS进行保温节能改造。现代民居屋顶因在小青瓦下的顶棚楼板上进行保温层铺设,选取xps为保温材料进行改造;传统民居屋顶则在小青瓦屋面下吊空600mm后用XPS进行节能改造。外窗上,不同民居根据不同现状选取包含更换外窗、单层窗变双层窗、增加气密性等方式进行改造。外门则可增加现有杉木门厚度或者直接更换保温门。地面上,现代民居推荐进行架空地面改造,传统民居则采取干炉渣地面进行改造。建筑外遮阳上,传统民居不宜采用建筑外遮阳,现代民居则推荐使用0.6m的综合遮阳。外部环境改造策略上,推荐使用绿植围墙、西向水池及硬地软化对民居室外环境进行改造。(4)最终通过模拟方案方案进行验证,采用全生命周期方法研究确定经济最优现代民居外墙EPS保温层厚度为60mm,屋顶XPS保温层厚度为40mm。传统民居经济最优保温层的经济厚度外墙EPS保温层厚度为60mm,屋顶XPS保温层为30mm。通过BIM模拟软件模拟计算发现,总能耗节能率上,改造后传统民居建筑建筑节能率为44.1%,现代民居节能率为56.6%。围护结构得失热上,传统及现代民居围护结构得失热全年约降低了70%左右。热环境上,改造后夏季传统民居室内温度较改造前民居温度要低1.97℃左右。冬季要高1℃左右。现代民居改造后室内温度较改造前民居温度要低1.91℃左右,冬季要高1度左右。光环境上,传统民居提升约76%左右。风环境上,传统民居冬季室内风速下降亦较明显。结果表明,本方法具有良好的可应用性,可以为乡村民居带来良好的节能效益。
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