第八章--热环境分析.docx

第八章 热环境分析
室外热环境也称为室外气候，是指作用在建筑外围护结构上的一切热、湿物理因素的总称，是影响室内热环境的首要因素。只有掌握影响室内热环境的室外气候因素方面的知识，才能针对各地气候的不同特点，采取适宜的建筑设计方法和技术手段，以改善室内的热环境。
室内热环境的品质直接影响人们的工作、学习和生活，甚至人体的健康。营造相对舒适的室内热环境是建筑热工学的主要研究目的之一。因此，首先要了解室内热环境的概念、人体与周围环境的热交换以及室内热环境舒适度的评价方法。
8.1 室内外热环境
8.1.1 室内热环境
1) 室内热环境主要是由室内气温、湿度、气流及壁面热辐射等因素综合而成的室内微气候。各种室内微气候的不同组合，形成不同的室内热环境。
在一般的民用建筑和冷加工车间内，只有人体新陈代谢，生活、生产设备及照明灯具散发的热量和水分，室内气候主要决定与室外热环境。因此需要通过建筑维护结构优化室内外热湿状态对室内环境的作用。
2) 热舒适是指人们对所处室内气候环境满意程度的感受，人体的冷热感觉不仅取决于室内气候，还与人体本身的条件（健康状况、种族、性别、年龄、体形等）、活动量、衣着状况等诸多因素有关。人体感到热舒适的必要条件是人体内产生的热量与向环境散发的热量相等。
人体与周围环境的换热方式有对流、辐射、蒸发三种。据研究，当达到热平衡状态时，对流换热约占总散热的25%~30%，辐射散热量占45%~50%，呼吸和无感觉蒸发散热量占25%~30%时，人体才能达到热舒适状态，能达到这种适宜比例的环境便是人体热舒适的充分条件。
3) 室内热环境的影响因素
(1) 室外气候因素
建筑物当地的气候因素通过建筑物的围护结构、外门窗及各类开口，直接影响室内的气候条件。为了获得良好的室内热环境，必须了解当地主要气候因素的概况及变化规律，以此作为建筑设计的依据。
(2) 热环境设备因素
指以改善室内热环境为主要功能的设备，例如用于冬季采暖的电器热器，用于夏季制冷、增风、去湿的空调、电扇、空气去湿气等。通过这些设备可以有效的改善室内的热环境，增加人体的舒适感。
(3) 其他设备因素
在一般的民用建筑中，还有灯具、电视机、冰箱等家用电器，这些设备在使用中也会向室内散发热量。例如，在小空间使用白炽灯，在炎热的夏日会增加人体的热感；相比之下，采用节能型的灯具，感觉就不一样了。
另外，在住宅中，厨房对环境有很大的影响。目前我国城市家庭厨房所用的以固体和气体燃料为主，在燃烧过程中热、废弃和水蒸气，如通风不良将对室内空间的卫生状况和热环境产生不利的影响。
(4) 人体活动的因素
人体也是“发电器”。例如，在会堂、体育管、候车室等人群集聚场所，夏天就容易感觉过热，在这种地方往往由于自然通风不畅，人体呼出的水蒸气会对环境的湿度和卫生状况产生不良影响。
8.1.2 室外热环境
也称室外气候，一个地区的室外气候是在许多因素综合作用下形成的。与建筑密切相关的有：太阳辐射、气温、湿度、风、降水等。
8.1.3 我国建筑热工设计分区‘
建筑热环境设计主要涉及到冬季保温和夏季隔热以及为维持室内相对舒适的热环境所需消耗的采暖和制冷能耗，我们用累年最冷月（即1月份）和最热月（即7月份）平均温度作为分区的主要指标，累年日平均气温≤5℃和≥25℃的天数作为辅助指标，我国《民用建筑热工设计规范》GB 50176—93将全国划分为5个区，如图8-1所示。

图 8-1
严寒地区：指累年最冷月平均温度低于或等于-10℃的地区。主要包括内蒙古和东北北部、新疆北部地区、西藏和青海北部地区。这一地区的建筑必须充分满足冬季保温要求，加强建筑物的防寒措施，一般可不考虑夏季防热。
寒冷地区：指累年最冷月平均温度在0~-10℃的地区。主要包括华北地区、新疆和西藏南部地区及东北南部地区。这一地区建筑应满足冬季保温要求，部分地区兼顾夏季防热。
夏热冬冷地区：指累年最冷月平均温度在0~10℃，最热月平均温度25~30℃的地区。主要包括长江中下游地区，及岭南以北黄河以南的地区。这一地区的建筑必须满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温。
夏热冬暖地区：指累年最冷月平均温度10℃以上，最热月平均温度25~29℃的地区。包括岭南以南及南部沿海地区。这一地区必须充分满足夏季防热要求，一般不考虑冬季保温。
温和地区：指累年最冷月平均温度为0~13℃，最热月平均温度18~25℃的地区。主要包括云南、贵州西部及四川南部地区。这一地区，部分地区的建筑考虑冬季保暖，一般可不考虑夏季防热。
8.1.4 建筑的传热
室内热环境受室外环境的影响，他们之间的热量交换是通过围护结构完成的。当室内温度高于室外温度，热量会通过围护结构从室内传到室外，即建筑失热；反之，当室外温度高于室内，热量就会通过围护结构传向室内，即建筑得热。维护结构的传热过程就是一个吸热—导热—放热的过程，因此，维护结构起到了一个传递热量的作用，其材料导热系数的大小直接关系到导热传热量。
材料或物质的导热系数受到多种因素的影响，主要分为以下几方面：
1) 材质
由于不同材料的组成成分或者结构的不同，其导热性能也就不一样，导热系数就有不同的差异。如矿棉、泡沫塑料等材料的导热系数就比较小，而砖砌体、钢筋混凝土的导热系数就比较大，金属材料的导热系数就会更大了。
2) 材料干密度
干密度反应了材料的密实程度，材料越密实干密度越大，材料内部的空隙越小，其导热性能也越强，反之亦然。
3) 材料含湿量
8.2 Ecotect与热环境分析
Ecotect Analysis 2010在热环境分析方面提供了逐时温度分析、逐时得失热量分析、逐月能耗分析、逐月不舒适度分析、温度分布分析、逐月逐时得热分析、被动组分得热分析、被动适应指数分析、温度得热对比分析、PMV-PPD、辐射温度与室内风速分析等丰富的分析功能与手段。通过解读这些模拟结果，可以有效地帮助建筑师改进建筑方案的热工性能，选择有效的技术手段提高建筑的相关性能。
在使用Ecotect Analysis进行热工分析方面有一下几个方面会对模拟结果产生重大的影响，因此需要十分注意，这些也是本章重点讲解的内容：
1) 模型——在进行热工分析时，Ecotect Analysis对模型的要求比采光等分析要高的多，必须确定空间封闭、相邻空间的材质可选项不冲突、物体间的继承关系正确、热量区域开关是否正确。在模拟分析形体复杂的建筑，软件无法建模或者模型的错误解决不了时要恰当的简化模型，根据经验简化。
2) 材质的设置——Ecotect Analysis的热环境分析采用了准入法，这种方法和国内热工规范采用的谐波反应法不同，因此相关的物理参数计算成为了难点。同时Ecotect Analysis只能自动计算部分物理参数，比如延迟时间必须手工计算；而且在构造中有空气层时自动计算的物理参数不正确。这些问题的必须采用其他方法人工解决。
3) 热环境设置——室内热环境设计条件、系统设置等方面关系到建筑“内扰”的情况，同样会对Ecotect Analysis的热环境模拟结果产生巨大的影响。
4) 气象数据——气象数据关系到热环境模拟的“外扰”的情况。一般情况下会选择使用由科学家制作完成的典型气象数据，但很多情况下也可以根据设计需要由建筑师定制气象数据。
一般情况下，解决好了以上四个要点，Ecotect Analysis的热环境分析就可有效地控制误差，再通过设计师正确的解读模拟结果，就可以达到使用Ecotect Analysis辅助建筑热环境设计的目的。
准入法简介
从某种意义上来说，建筑热环境分析就是求解室内外各种扰动作用下的室内热环境参数，其中外扰动主要是指室外的各种气候影响因素，包括了室外气温、湿度、太阳辐射强度等内容，外扰主要作用于建筑的围护结构之上，并通过各种不同的传热方式影响室内热环境；内扰主要是指室内的设备、人员等影响因素，可以直接影响室内热环境。在Ecotect Analysis中，对于外扰的描述主要来源于逐时气象数据，对于内扰的描述则主要来源于用户的相关设定，其包括了室内人数、设备发热量及运行时间表等。室内热环境的另外一项影响因素是围护结构及其热工性能，不同的负荷计算方法对于围护结构及其热工性能有着不同的计算和描述方式。相对于其他常用的负荷计算方法来说，Ecotect Analysis中使用的CIBSE准入法在这一点上有着很大的不同。
8.2.1传热处理
与其他的负荷计算方法有所不同的是，准入法中包括了两个计算状态，即平均状态和波动状态。如图8-2所示，这里使用了两个节点网络图来分别示意平均状态和波动状态，图中左侧为平均状态示意图，右侧为波动状态示意图。
1) 平均状态
在平均状态中或者说稳态中，区域内部这一侧有两个节点，一个是空气温度节点〒a,另一个事环境温度节点〒eo，在准入法中，环境温度同时考虑了房间表面辐射和对流换热影响，其数值介于室内气温和平均表面温度之间，大概是1/3〒a+2/3〒m,其中〒m是房间表面平均温度。这样做可能是因为准入法最初主要用于计算热负荷，在热水供暖系统中，综合考虑辐射和对流换热将比空气温度更实用。Ecotect Analysis中计算所得的区域温度均为均为环境温度，这与EnergyPlus等软件是不同的，所以不建议直接比较它们的室内温度计算结果。如前所述，〒e和〒s之间的传热同时考虑了对流和辐射换热，∑AU表示外墙传导，rCpv是一项重要的内容，并且有可能比∑AU还要大。

图 8-2 准入法的计算节点示意图
空气温度节点上的得热合负荷：Qpa是平均设备负荷，Qsa是通过玻璃窗进入的平均太阳得热，Qia是内部对流得热。
环境温度节点上的得热和负荷：Qαu是通过围护结构的吸收太阳辐射得热，Qie是分配到环境温度节点的内部得热，Qse是通过玻璃窗进入的太阳辐射负荷。
2) 波动状态
波动状态模型也可以用类似于稳态的三节点网络来表示，但其中的能量流和波动温度之间在准入关联上存在相位差，因此波动状态中节点之间的传热过程采用了相对较为复杂的处理方式，首先其假定外扰以24h为周期做正弦变化，对于各种不同扰波动的响应则是分别由相应的衰减系数（Decrement Factor,无量纲）、准入系数（Admittance）和表面系数（Surface Factor,无量纲）决定的，同时这些系数都有对应的时间提前/延迟量。
衰减系数（Decrement Factor）——周期热作用下室外温度每波动一度通过围护结构的热流率与稳态下的热流率（或U值）的比值。衰减系数描述了围护结构消减外部周期性热流的程度。围护结构的热质量越大，衰减系数越小。
准入系数（Admittance）——环境温度每波动一度，围护结构内表面与环境温度节点之间的热流率。它的单位与Ｕ值相同，其数值主要由围护结构内层的热物理属性决定。对于较薄的结构，它的数值接近Ｕ值，而对于厚度超过200mm的结构，准入系数的数值接近于一个常数。
表面系数（Surface Factor）——其主要用于描述室内表面与环境温度节点之间的辐射换热特性，在Ecotect Analysis中没有出现表面系数这一参数，笔者猜测其可能对准入法中环境温度节点与室内表面的辐射换热模型进行了一定程度的简化。
在Ecotect Analysis的材质管理器中，随便选取一种外墙查看其属性，我们就可以看到衰减系数（Thermal Decrement即为Decrement Factor）、准入系数（Admittance）等一系列准入法所特有的参数。延迟时间（Thermal Lag）虽不是准入法特有参数，但它也同样在其中起着重要作用，在准入法的计算过程中，延迟时间是与衰减系数关联使用的。
在准入法中，透明材料的延迟时间和衰减系数将分别为辅助太阳得热系数（Alternating Solar Gain Factor）和折射率（Refractive Index）所代替，因此在Ecotect Analysis中我们也可以看到同样的变化。
对于用户自定义的材料，Ecotect Analysis可以根据各构造层的基本热工数据自动计算上述参数，当然用户也可以根据相关资料直接输入上述参数。
8.2.2计算流程
图8-3描述了准入法的计算流程，我们可以看到其在计算过程中对平均部分和波动部分是分开进行处理的，但处理过程基本相同：首先计算的是内部得热和直接太阳得热，这些得热的平均部分和波动部分随后要被划分为对流和辐射两种类型。参照图8-2我们可以发现上述得热都被指定到空气温度或环境温度节点上，添加到环境温度节点上的得热比例是固定的，包含了2/3的辐射得热，1/3的对流得热。
从准入法的计算流程图中，我们可以发现围护结构传导得热通常被直接添加到环境温度节点。虽然准入法使用热平衡方案求解负荷，不过其可以预先计算逐时传导得热的主要部分，这是因为在准入法中，这部分得热可以通过解析正弦扰动下的传导热流进行求解。
在得热的不同部分都被添加到环境温度节点和空气节点后，就可以通过求解逐时热平衡方程找出负荷的平均部分和波动部分。上述过程可以通过单向实现，不需要进行反复的循环求解未知温度。将求得的平均负荷和波动负荷进行综合处理即可得到24h逐时负荷。
有关准入法的更多相关内容，感兴趣的读者可以参考CIBSE出版的指导手册（CIBSE Guide）。

图 8-3 准入法计算流程图
8.2.3 Ecotect Analysis中的准入相关参数
在Ecotect Analysis的材质管理器中，随便选取一种外墙查看其属性，我们就可以看到衰减系数（Thermal Decrement即为Decrement Factor）、准入系数（Admittance）等一系列准入法所特有的参数。延迟时间（Thermal Lag）虽不是准入法特有参数，但它也同样在其中起着重要作用，在准入法的计算过程中，延迟时间是与衰减系数关联使用的。
在准入法中，透明材料的延迟时间和衰减系数将分别为辅助太阳得热系数（Alternating Solar Gain Factor）和折射率（Refractive Index）所代替，因此在Ecotect Analysis中我们也可以看到同样的变化。
对于用户自定义的材料，Ecotect Analysis可以根据各构造层的基本热工数据自动计算上述参数，当然用户也可以根据相关资料直接输入上述参数。在案例中我们利用ecoMat材质热物理参数计算工具来计算材质热物理参数，相比较ECOTECT更精确。

8.3 案例分析
8.3.1填写项目基本信息
对于一个Ecotect Analysis分析项目，最先做的就是在“项目页面”填写相关的项目信息。养成这习惯，有助于自己和别人对项目的了解，同时导向相应表格时也会自动添加相关信息。
1) 启动Ecotect Analysis2011软件，打开光盘中自带的“8 -热环境分析.eco”文件，如图8-4所示。

图 8-4
2) 点击页面选择器中的PROJECT(项目信息页面)，在表格内填入相关信息，并在“Weather Data File”后面的表格中点击按钮，选择厦门的气象数据。
3) 载入气象数据后“Site Location”对话框自动显示了地点坐标与时区。
4) 在“Site Specifics”中填入建筑的方向，其数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°。
5) 在“Local Terrain(本地地形)”中选择合适的地理地形，此处选择Urban(城市)。
6) 最终结果如图8-5所示。

图 8-5
8.3.2 设置材质库
此时进入项目施工设计阶段，需要对模型进行围护结构的构造设置，那么点击主工具栏中按钮，开启模型检查器，对每个构件逐一赋予材质。
【注意】如果在Ecotect Analysis模型建立前就已经设计完成了围护结构的构造，那么可以在建模之前就把材质库设置完成，以方便建模时创建一个构件，就修改一个构件的材质。这样做的好处是可以在模型复杂的情况下有条理的赋予建筑构件材质，不至于错赋、漏赋，避免加大检查的工作量。如果建模之前不能确定围护结构的构造或者使用的是导入的模型时，就需要后赋材质。
1) 设置玻璃幕墙材质
(1) 点击屏幕上方主工具栏上的按钮，开启Elements in Current Model (材质管理器)对话框，如图8-6所示。

图 8-6
(2) 双击Model(模型)选项卡Windows， 选择窗户类型下的铝框双层LOW-E玻璃材质，并将材质的Visible Transmittance(透明度)修改成0.47，如图8-7所示。

图 8-7
(3) 点击Apply Changes,完成幕墙材质参数的修改。
2) 设置外墙材质
(1) 这里介绍一种自己创建材质的方法，双击Model(模型)选项卡Walls, 在Properties(属性)选项卡下材质名称栏中输入“exterior _wall”, 在说明栏中输入“200mm砼小型砌块，内外10mm抹灰”。在“Building Element”选项栏选择“Wall”，点击Add New Element(添加新材质)，在弹出的对话框中选择Transp.，结果如图8-8所示。

图 8-8
(2) 点击Layers(构造层)按钮，进入构造层选项卡。在该层的左上角是可以选择的材料，其中包含了各材料的密度、比热容、导热系数等内容。但是这些材料都是英文命名，我们很难准确找到需要的材料。因此，在编辑构造层时，建议大家从本书“附表1：常用建筑材料的热工指标”中查找需要的材料，填入构造层设置栏中。
(3) 点击Layer Name(构造层名称)下输入材料名称“10mm水泥砂浆”，并在Width(厚度)、Density(密度)、Sp.Heat(比热)与Conduct(导热系数)下填入相应的数值，在Type(类型)下选择代表材料的填充样式，如图8-9所示。

图 8-9
(4) 在构造设置面板下单击鼠标右键，选择Insert Layer（插入层），插入两层，如图8-10所示。

图 8-10
(5) 用同样的方法修改中间层材质的各项参数，结果如图8-11所示。

图 8-11
(6) 点击Ecotect Analysis构造层选项卡中的按钮，自动完成构造物理属性参数的计算，在弹出的对话框中（U值、准入系数、衰减系数、宽度等参数已经更新。但延迟时间等数据还没有更新计算，因此您需要手工输入这些参数）单击OK，如图8-12所示。

图 8-12
(7) 应用ecoMat软件来计算材质热物理参数
l 安装光盘ECOTTECT插件文件夹里的“ecoMatSetup”，完成后运行程序，输入内外表面传热阻，如图8-13所示。

图 8-13
l 启动ECOTECT，打开材质管理器，到构造层选项卡，在构造层列表中，用右键菜单选择Copy All Layers（复制所有层），如图8-14所示。

图 8-14
l 在ecomat程序中，点击calculate，ecomat自动给出热物理参数，包括U值，准入系数，热衰减，延迟时间，如图8-15所示。

图 8-15
(8) 在ECOTECT中的材质管理器手工输入上述计算数据，单击Apply Changes，完成外墙材质的设置，如图8-16所示。

图 8-16
3) 模型材质和库材质
(1) 将模型材质添加到材质库中，在Model下选中“exterior _wall”材质，点击面板下方Add to Global Library(添加到全局库)，完成模型材质的入库，点击Library,在Windows下方刚刚创建的材质已经到了材质库中，如图8-17所示。

图 8-17
(2) 我们也可以将创建好的材质保存到电脑上供以后调用，在“Library”按钮下，选中“exterior _wall”材质，点击Library旁边的三角形，选择Save Library,输入要保存材质的名称，确定保存的路径即可，如图8-18所示。

图 8-18
(3) 同样的，如果我们要调用已经保存的库，也可以通过 “Library”按钮下点击Select Library(选择库)命令，选择以前保存的LIB格式的文件—Add to Model(添加到模型)，或者在库选项卡下点击“Library”按钮，在下拉菜单中选择“Load Library into Model”（加载库到模型）命令，这样在当前模型中就可以运用添加进来的材质了。
8.3.3 赋予材质
1) 选中一面外窗，单击屏幕右侧按钮，进入Selecttion Information面板，点击Pri Material(优先材质)下拉菜单中的Select Matching Object(选择相同的物体)，在视图中选择了所有的幕墙玻璃，如图6-19所示。

图 8-19
2) 单击屏幕右侧按钮, 进入Material Assignments (材质指定面板)，在“WINDOW”下选中刚刚修改的材质即可，如图8-20所示。

图 8-20
3) 用同样的方式给外墙赋予材质。
4) 模型中其他构件（楼板）可以选择系统中自带的材质。
8.3.4 区域属性设置
区域属性主要包括了区域中的系统类型、人数、设备发热量以及活动（运行）时间表等内容，主要设置都在区域管理器中。区域属性的设定可以根据实际情况自由设定，也可以根据《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005(以下简称“标准”)设定相关内容，此部分内容可以在“标准”的附录B中找到。
1) 区域分类
(1) 在主工具栏中点击按钮，打开区域管理对话框，如图8-21所示。

图 8-21
(2) 根据《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005，公共建筑主要分为以下区域类别，如图8-22所示。

图 8-22
(3) 选择要设置的区域：本案例中选择25层办公区域做模拟，其他的走廊和卫生间等区域单独划分为一个区域“其他区域”。
2) 在General Setting (一般设置)选项栏中依次设置SHADOW AND REFLECTION SETTINGS(阴影设置)、INTERNAL DESIGN CONDITIONS (室内设计条件)、OCCUPANCY AND OPERATION (人员与运行)：
(1) Display Shadows前面的可以控制当前区域模型在VISUALISE(可视化)视图下阴影的显影，点击Shadow Color可修改在3D EDITOR(3D编辑)状况下阴影的颜色，突出显示特定建筑的日照阴影，这一功能在前面的日照遮挡章节已经讲过。
(2) 室内设计条件的设置
室内设计条件包括了Clothing (衣着量)、Humidity (相对湿度)、Air Speed (风速)与Lighting Level (室内照度)。
l 一般情况下可以用默认的设置，如果针对这方面参数进行对比研究可以按照需要修改参数。
l 前三个量是在计算室内舒适度时需要用到的物理参数。
l 室内照度是做高级采光分析时用到的物理参数
【注意】该案例按照默认设置即可。
(3) 人员与运行的设置
人员与运行包括了Occupancy (人员情况)、Internal Gains (室内得热情况)、Infiltration Rate (渗透率)的设置，此处的设置将影响建筑的能耗、不舒适度、内部得热能分析的结果。
l 按照“标准”中规定，根据“标准”的附录B表B.0.6-1不同类型房间人均占有的使用面积，如表8-1.
l 表8-1：

l 高档办公室人均占有使用面积8m2，具体设置如下：
选中区域“办公室01”，在Occupancy (人员情况)栏的设定人数的选项中点击,在下拉选项直接选择Office –Crowded (8m2 ea.)，如图8-23所示。

图 8-23
l 另外一种方法是在下拉菜单中选择Custom...,弹出如图8-24所示的对话框，点击“Yes”按钮，软件开始计算模型的体积。
l 体积计算完成后，在弹出的对话框中输入8，点击“OK”按钮，如图8-25所示。

图 8-24

图 8-25
l “Sedentaty-70W(静坐-70W)”的下拉菜单是根据人体的活动量设置人体的散热量，一般在办公室中人体的散热量基本设成70W。
l “No Schedule(无时间表)”的下拉菜单是设置人员情况的时间表，此时还不存在时间表。点击按钮，设置时间表。根据“标准”的附录B表B.0.6-2房间人员逐时在室率来设定时间表，如表8-2所示。
表8-2：

l 在Schedual Editor (时间表编辑)对话框中，“Schedule Name(时间表名称)”选项中填入“人员”，点击按钮，添加到时间表列表中。点击色块中的“Standard Weekday(标准工作日)”设置工作日的人员在室率，既可以拖动曲线节点设定百分率，也可在“Value(数值)”选项中填入百分率。日期列表的颜色对应着色块的内容，即默认情况下365天全部都是Standard Weekday。用鼠标滑动选择所有的周末日期，点击蓝色块，由于“标准”中规定周末人员在室率都为0，因此不用设置蓝色块的逐时人员在室率，可以直接点击按钮，将周末的日期设置为蓝色。点击按钮，保存设置，如图8-26所示，关闭对话框。回到区域设置对话框，在时间表下拉菜单中选择“人员”时间表。

图 8-26
l “办公室01” 区域的人员设置的最终结果如图8-27所示。

图 8-27
(4) 室内得热情况的设置
室内得热情况主要是设置由于灯具与小型电器产热而带给建筑的Sensible Gain (显热得热)和Latent Gain (潜热得热)。
l 显热得热和潜热得热的计算：根据对中外科学文献的研究，显热得热和潜热得热的总数可以按室内灯具与小型电器铭牌功率的33%计算。
l 一般情况下可以按照“标准”附录B给出的照明功率密度值与电器设备功率密度值，如表8-3，表8-4所示。

表8.3：

表8.4：

l 对于与高档办公室照明功率密度值是18W/m2，电器设备功率密度值是13W/m2，其总和就是31W/m2，显热得热和潜热得热的总数约为总和的1/3即为10W/m2。而显热得热与潜热得热的比例根据计算温度与湿度不同也有很大差别，一般情况下可以设定比例为70%与30%，因此，在“Sensible Gain (显热得热)”与“Latent Gain(潜热得热)”下分别为7 W/m2与3 W/m2。我们再举例，房间类型为“其他”时，“其他”的照明功率密度值是11W/m2 ，电器设备功率密度值是5W/m2，则其总和就是16W/m2，显热得热和潜热得热的总数约为总和的1/3即约为5W/m2。按照一般情况显热得热和潜热得热的比例是70%与30%，则在“Sensible Gain (显热得热)”与“Latent Gain(潜热得热)”下分别约为5*70%和5*30%，即约为3 W/m2和1 W/m2。
l 在计算其他类型的建筑时，读者可以按照以上算法，根据“标准”中提供的照明功率密度值与电器设备功率密度值确定显热得热和潜热得热的值。
l 室内得热的时间表，可以根据“标准”附录B表B.0.7-2电器设备逐时使用率来设定，如表8.5所示，将该时间表命名为“设备”。

表8.5：

l 此部分设置的结果如图8-28所示

图 8-28
l 室内得热情况的最终设置如图8-29所示。

图 8-29
(5) 渗透率的设置
渗透率的设置主要包括了Air Change Rate (换气率)与Wind Sensitivity (环境附加换气率)与时间表。
l 分别点击两栏的按钮，可以选择预设的数值。
l 在本项目中，由于气密性好，按如图8-30设置。
【提示】如果不设置时间表(No Schedule)，软件默认365天每天每时都100%计算相应的设置值。

图 8-30
【提示】用同样的方法将其他办公室的区域属性设置好(也可以将全部的办公区域都选上，再设置他们的区域属性，这样更加方便快捷。)
3) 热环境属性的设置
在Thermal Properties (热环境属性)选项卡里主要包括了HEATING, VENTILATION & AIR CONDITIONING (暖通空调)、UK PART L-SBEM PROFILE（此项内容本书不涉及）、HOURS OF OPERATION (运行时间)等三项：
(1) 在Type of system (系统类型)下拉菜单中包括了None (无系统)、Natural Ventilation (自然通风)、Mixed-Mode System (混合模式系统)、Full Air Conditioning (全空调系统)、Heating Only (仅采暖)、Cooling Only (仅制冷)等六个选项。
(2) Comfort Band (舒适温度区间)是设定舒适温度的上限与下限。
(3) HOURS OF OPERATION (运行时间)可以按照“标准”附录B中的表B.0.3设置，如表8.6所示。

表8.6：

(4) 在本节里暖通空调项的系统类型(Type of system)设置全空调系统(Full Air Conditioning)，如图8-31所示。

图 8-31
(5) 单击OK，完成区域设置，保存文件为“8-A-热环境分析.eco”。
8.3.5模拟计算的假设条件
在上面设置的围护结构的材质，是建筑构造设计中使用的材质。该构造的传热系数与“标准”要求的限制相比，见表8.7。从表中可以看出，同“标准”要求的传热系数相比屋顶和外窗要低于标准的要求，而外墙则比标准高，因此需要做性能化模拟分析以确定该建筑的能耗是否达标。为了做更深入的比较，假定有C情况。
表8.7：

【说明】本例建筑处于厦门，属于夏热冬暖地区。按照标准要求，需要首先计算建筑的体形系数和各方向的窗墙比，再根据标准确定围护结构限值。由于本例为一层建筑，体系系数必然很大，因此权衡计算做了适当简化，没有按照标准要求修改参照建筑外表面积。
根据表8.7的传热系数，笔者修改了相应的材质，创建了“8-B-热环境分析.eco”、“8-C-热环境分析.eco”两个文件，有兴趣的读者也可自己创建。
【提示】在Ecotect Analysis中进行对比研究时，最好将不同的情况单独保存成一个文件，而不是在同一文件上修改，因为软件不能保证数据残存造成的结果误差
8.4 能耗模拟分析
狭义的说建筑能耗是指维持建筑功能和建筑物在运行过程中所消耗的能量，包括了照明、采暖、空调、电梯、热水供应、烹调、家用电器以及办公设备等的能耗。而在公共建筑中，占最大比例的能耗就是采暖与空调的能耗。因此模拟分析采暖空调的能耗即是评价建筑节能设计质量的指标，也可以为暖通空调专业的设计提供参考依据。
Ecotect Analysis可以模拟分析建筑整体与各个区域的逐月采暖空调的能耗与全年采暖/制冷的最大负荷。这些数据通过柱状图与数据列表的形式呈现。请注意软件中的Max Heating/Cooling Load (最大负荷)是功率的范畴，单位是W； MONTHLY HEATING/COOLING LOADS (逐月采暖空调能耗)是能量的范畴，单位是Wh。
8.4.1 模拟操作
1) 打开光盘文件“8-A-热环境分析.eco”、“8-B-热环境分析 .eco”、“8-C-热环境分析 .eco”。
2) 点击页面选择器中的ANALYSIS(分析页面)，进入分析视图，选择进入Thermal Analysis(热环境分析)选项卡，如图8-32所示。

图 8-32
3) 在Thermal Calculation(热环境计算)下拉菜单中选择Monthly Loads/Discomfort (逐月能耗/不舒适度)，勾选Inter-Zonal Gains(区域间得热)与Solar Radiation(太阳辐射)，其余部分可以默认设置，如图8-33所示。

图 8-33
4) 点击开始计算。
5) 计算结果如图8-34、8-35、8-36所示。

图 8-34 8-A-能耗分析

图 8-35 8-B-能耗分析

图 8-36 8-C-能耗分析
【注意】在计算过程中，可能会弹出警告对话框如图8-37所示，主要原因是在相邻区域重合面的材质不一样导致的，在这种情况下可以点击主工具栏下的按钮，在弹出的属性面板下点击Fixing Links(校正关联)，勾选Automatically fit alternate materials for adjacent surfaces(自动校正相邻表面的可选材质)，如图8-38所示。

图 8-37

图 8-38
8.4.2 结果分析
Ecotect Analysis的逐月能耗分析非常直观，柱状图中的颜色与区域的颜色相对应，这样就可以很直观的看出每个区域的能耗情况与在整个建筑中所占得比例，也可以看出逐月能耗的对比。
在数据列表里有详细的采暖空调逐月能耗数据，但是数据量很大，在做分析时需要借助其他软件，比如Microsoft Excel。
1) 右键单击如图8-39所示的空白处，选择Copy to clipboard(复制到剪切板)，分别将A、B、C三种情况的能耗数据复制到新建的Microsoft Excel文档中，结果如图8-40所示。

图 8-39

图 8-40
2) 应用Excel图表分析模拟结果，如图8-41、图8-42、图8-43，并保存文档为“能耗模拟分析”。

图 8-41 全年总能耗对比图

图 8-42 逐月能耗对比图

图 8-43 最大采暖、制冷负荷对比图
3) 从图8-41的全年总能耗可以看出，A、B、C三种情况下的全年总能耗呈现递增的状态，A情况下的能耗最小，由此可以看出维护结构的构造设计对节能起到了很大的作用。
4) 从图8-42可以看出全年中A情况的能耗比B情况的能耗低； B情况的能耗比C情况的能耗低，造成这种情况的主要原因是当前模型中，外窗在维护结构中所占的比例是最大的，所以外窗的传热系数的好坏是室内热环境分析的关键，B和C情况的外窗，其传热系数都大于A，这就造成了冬天没办法更好的保存住室内暖气的供热，夏天室外炎热的天气也会通过外窗轻易的影响室内，从而构成能耗的增加。
5) 从图8-43可以看出，该层建筑在冬天供暖（Max Heating）所占的能耗值比较大，而在夏天制冷（Max Cooling）所占的能耗值比较小，因为厦门位于夏热冬暖地区，这一地区夏天比较炎热冬季比较暖和，所以空调制冷的能耗远远高于取暖的能耗。
8.5 逐时得热/失热分析
逐时得热/失热的分析包含了与建筑能耗相关得热和失热的逐时数据，通过模拟分析这些数据，可以研究围护结构的保温隔热性能，同被动组分得热分析结合起来分，更可以从宏观与微观两个方面来了解建筑的相关热工性能。
8.5.1操作模拟
1) 继续运用上节中三种情况的模型：“8-A-热环境分析.eco”、“8-B-热环境分析.eco”、“8-C-热环境分析.eco”。
2) 在Thermal Calculation(热工计算)的下拉菜单中选择