基于Energyplus软件的藏族传统民居热环境分析及更新设计

杨静 次称 龚伶俐 李姗姗

摘 要：文章基于Energyplus软件分析了四川阿坝州藏族民居热环境，结果表明冬季室内舒适性较差。考虑到藏族地区经济发展水平相对较低，提出了一种被动式更新设计方案。优化设计后的民居冬季室内舒适性显著提升，该更新设计方案经济成本低、改造简单易行，符合藏族地区的节能发展策略，具有在藏族地区推广的高可行性。

关键词：藏族传统民居；Energyplus 软件；阳光房；太阳辐射

中图分类号：TU111 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）10-0040-04

Abstract： Based on Energyplus software， this paper analyzes the thermal environment of Tibetan dwellings in Aba Prefecture， Sichuan Province. The results show that indoor comfortability is poor in winter. In view of the relatively low level of economic development in Tibetan areas， a passive renewal design scheme is proposed. The indoor comfortableness of residential houses after optimization design has been improved significantly. The updated design scheme is economical and of low cost， simple and easy to reform， in line with the development strategy of energy conservation in Tibetan areas， and has a high feasibility of popularization in Tibetan areas.

Keyword： traditional Tibetan dwellings； Energyplus software； conservatory （winter garden）； solar radiation

1 概述

四川阿坝州藏区地处青藏高原东南边，四川、甘肃、青海交界处，地形以高原和高山峡谷为主，全年平均温度不高，风大少雨，有着明显的干湿季变化。阿坝州温度相比较四川省内其他地区相对偏低，居住在阿坝州的藏民一般会选择风小且阳光充足的地方居住[1]。本文选择当地较为典型的藏族民居进行研究，房屋共三层，窗洞小，房屋外观比较封闭。外墙采用石料砌筑墙基，土墙底部厚度在一米以上，越往上的建筑外墙越薄，房屋内墙则用木材，藏居为了维护墙面，在墙面上再涂上一层有碾碎的青稞和黄泥搅拌而成的草泥。屋顶为平屋顶，用黄泥土铺面，藏居所有的材料都采用当地的石材和黄土[2]。

本项目首先对藏族传统民居所采用的石材墙体热工特性进行了测试；其次基于准确性较高的Energyplus软件对所测绘的藏族传统民居的热环境进行模拟，软件模拟中输入实验测量的热工参数值，保证模拟的准确性；再依据模拟结果分析热环境较差区域及产生原因，提出相应的绿色建筑更新设计方案；分析优化后的室内热环境，并进行相关的经济性分析。研究结果表明：优化后的民居内部室内舒适性显著提升，所采用的优化设计构造要求简单、易于改造、经济造价低，具有在藏族地区推广的高可行性。

2 基于Energyplus软件的藏族传统民居室内热环境分析

该藏族民居首层为客厅、厨房及储物室，二层为三个卧室及储物间，三层为藏经堂及熟食加工间，屋顶为大面积平台。本文主要针对客厅和三个卧室进行分析设计，其余房间因人员活动时间较短不作考虑，详见图1。利用Energyplus软件对冬季最冷日和夏季最热日的房间热环境进行分析。根据资料显示，阿坝州冬夏季昼夜温差都很大，由天气文件数据显示，冬季最冷日室外最高温度为1.263℃，最低温度为-15.825℃。夏季最热日室外最高温度为31.1℃，最低温度为8.363℃。

Energyplus是由美国能源部在两个旧有的软件BLAST和DOE-2基础上进行开发的新型能耗模拟软件，具有BLAST和DOE-2的优点。Energyplus是一个用来模拟建筑物及其通风供热等系统和设备实际运行状况，从而预测其全年逐时能耗以及全年运行总能耗的软件。在其中，众多影响建筑能耗的环境条件，例如土壤传热、天空散射、墙体的传热传湿、自然通风、遮阳、室内照明等，均采用算法得以体现[3]。本文基于Energyplus软件计算时均采用非稳态计算方式，以保证计算结果的准确性。

藏族传统民居围护结构热工参数值详见表1，房间面积及窗户面积值详见表2，其中石材墙体的热工参数为实际测量值，泥土、木材、玻璃热工参数为手册推荐值。图2和3为Energyplus软件模拟得到的各个房间夏季最热日及冬季最冷日逐时温度值，可见全天的温度值比较稳定，波动不大；夏季温度在20～23℃之间变化，温度较为适宜；冬季温度在2.3～6.5℃之间变化，温度较低，室内舒适度较差，因此优化设计中，本文主要考虑如何去改善冬天的室内环境，同时尽可能少的影响夏季的舒适度。

3 基于Energyplus软件的藏族传统民居更新设计

3.1 优化方案介绍

考虑到藏族地区经济发展水平相对较低，本文拟不增加主动调节设备，通过增加阳光房、改善窗材质等方式改善室内舒适性，具体方案如下，详见图4：

（1）利用客廳、卧室二和卧室三的屋檐在一楼和二楼建立被动式阳光房，玻璃幕墙的材料为双层钢化玻璃（5mm钢化玻璃加3mm的氩气加5mm钢化玻璃）。

（2）在上个方案的基础上，把房间原有的窗户材料改为双层玻璃（6mm的普通玻璃加3mm的氩气加6mm的普通玻璃，客厅的小窗除外）。

3.2 优化前后房间热环境模拟结果分析

图5-12为基于Energyplus软件模拟的优化后藏族传统民居冬季最冷日及夏季最热日逐时温度变化图。与优化前相比，客厅、卧室三冬季室内温度上升显著，夏季室内温度略有上升，仍处于较为舒适的温度范围；卧室二冬季及夏季室内温度均上升明显，虽然夏季下午3-4点最高温度较高，但全天平均温度较为舒适；卧室一因只有一小部分的墙体可以接受到通过阳光房增加的太阳辐射，所以冬季及夏季温度上升的幅度均相对较小。综上，优化后的客厅、卧室二和三冬季室内舒适性显著提升，卧室一室内舒适性略有提升。优化后各房间夏季温度虽有提高，但是仍处于较为舒适的范围。

3.3 优化方案经济性分析

表3是优化方案经济成本分析，优化方案总造价约为3308.5元，可见该优化方案经济成本较低，适于藏族地区推广应用。

4 结束语

本文基于准确性较高的Energyplus软件分析了四川阿坝州藏族民居热环境，结果表明民居冬季室内温度偏低、舒适性较差，考虑到藏族地区经济发展水平相对较低，本文提出了一种被动式更新设计方案，优化设计后的民居冬季室内舒适性显著提升，该更新设计方案经济成本低、改造简单易行，符合藏族地区的节能发展策略，具有在藏族地区推广的高可行性。

参考文献：

[1]胡尧，侯雨乐.自然地理因素对阿坝藏区传统民居建筑的影响[J].湖南农机，2014（9）：170-171.

[2]金东坡.高原上的静谧——四川省阿坝县藏族夯土民居[J].华中建筑，2013（3）：143-147.

[3]冯妍，马智亮.Energyplus的主要功能及输入数据文件分析[A].中国国际数字城市建设技术研讨会[C].2009.

[4]陶光炎，李姗姗，杨静，等.藏族传统民居透明围护结构优化设计研究[J].科技创新与应用，2017（09）：46-48.

[5]韩平.浅谈苏中传统民居生态设计策略[J].科技创新与应用，2015（23）：247.