生態(tài)設(shè)計(jì)軟件ecotect在實(shí)際中的應(yīng)用

行勝于言和靜怡真主頁(yè)博客相冊(cè)|個(gè)人檔案|好友查看文章生態(tài)設(shè)計(jì)軟件ecotect在實(shí)際中的應(yīng)用2008-11-2017:53生態(tài)設(shè)計(jì)軟件ecotect在實(shí)際中的應(yīng)用topenergy模擬組云鵬Ecotect是由英國(guó)SquareOne公司開(kāi)發(fā)的生態(tài)建筑設(shè)計(jì)軟件，它主要應(yīng)用于方案設(shè)計(jì)階段，具有速度快，直觀，技術(shù)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，而且可以和一系列精確分析軟件相結(jié)合作進(jìn)一步的分析。這里主要是通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明分析過(guò)程。在實(shí)例之前，首先簡(jiǎn)要介紹一下Ecotect的能耗模擬，照明的數(shù)學(xué)物理模型，這樣便與讀者深入理解，由于本方案沒(méi)有涉及到聲學(xué)，CFD以及生命周期分析，這些內(nèi)容將在以后逐步介紹。一?熱工性能及能耗模擬Ecotect的核心基于建筑工程師特許協(xié)會(huì)(CIBSE)所核定的內(nèi)部溫度和熱負(fù)荷計(jì)算方法-準(zhǔn)入系數(shù)法。這種運(yùn)算法則非常靈活并且對(duì)于建筑物的體形以及行仿真分析的區(qū)域的數(shù)量沒(méi)有限制。更重要的是，在完成一些投影和遮蔽的前期計(jì)算后，系統(tǒng)可以非?？斓乃俣冗M(jìn)行計(jì)算并且能夠?qū)⒎浅Ｓ杏玫脑O(shè)計(jì)信息顯示出來(lái)。計(jì)算結(jié)果的相對(duì)精確度可以使設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)的初期就做出適當(dāng)?shù)臎Q斷，甚至當(dāng)模型還是一個(gè)六變形的方盒子的時(shí)候也可以。在這樣一個(gè)模型中，給定氣候條件后，我們可以很快決定不同覆層使用何種的材質(zhì)，以及不同立面使用何種反射率的材料。在最終的建筑形式被確定前，我們也可以研究日光的投影和影響。準(zhǔn)入原理基于循環(huán)變化的概念。這種方法有一定的局限性，不適合于下面的情況，即環(huán)境參數(shù)隨時(shí)可能有突然的而且巨大的變化，例如室外溫差波動(dòng)非常大。在這些個(gè)案中，環(huán)境的影響是接近舜時(shí)的。二.晝光照明ECOTECT提供了一系列的照明分析功能，包括晝光，人工及混光照明。其中尤以晝光照明最為重要。Ecotect中的晝光照明分析均以采光系數(shù)為基礎(chǔ)，而采光系數(shù)計(jì)算采用的是建筑研究組織(BuildingResearchEstablishment)的分項(xiàng)研究(SplitFlux)方法。它基于這樣一種假設(shè)，不考慮直射光，到達(dá)房間內(nèi)任一點(diǎn)上的自然光包含三個(gè)獨(dú)立的組成部分：天空光組分SkyComponent(SC)，外部反射光組分ExternallyReflectedComponent(ERC)，反射光組分ReflectedComponent(IRC)。首先系統(tǒng)分別計(jì)算某一點(diǎn)上的三個(gè)不同組成部分內(nèi)容，最后綜合取得采光系數(shù)。而通過(guò)采光系數(shù)和室外設(shè)計(jì)天空照度(查詢光氣候分區(qū)取得)可以計(jì)算工作面照度。需要注意的是Ecotect采用的是國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)的全陰天模型，考慮的是最不利條件下的情況，所以上述計(jì)算不包括直射日光。上面介紹了一下基本概念，先面就進(jìn)入正題，此項(xiàng)目是為位于北方某城市的一個(gè)高檔辦公區(qū)，包含了兩座辦公樓(一為it企業(yè)總部，一為普通辦公)，一個(gè)國(guó)際會(huì)議中心，一個(gè)餐飲中心。項(xiàng)目北邊為一現(xiàn)有高檔公寓區(qū)，西邊為預(yù)留發(fā)展用地，南邊和東邊緊鄰城市道路綠化帶。由于時(shí)間上比較充裕，所以準(zhǔn)備趁著這回來(lái)小試一下ecotect的牛刀。首先根據(jù)功能和環(huán)境關(guān)系快速確定了建筑的大概布局方式，如上圖所示，在總部辦公樓的形式上，考慮了兩種形式，一種是常規(guī)的長(zhǎng)方形平面，另一種是橢圓形平面。由于造型上相對(duì)較為獨(dú)特，甲方比較喜歡橢圓形平面，下面我就想利用軟件來(lái)分析一下這兩種形式的優(yōu)劣。為了簡(jiǎn)化模型，分別取長(zhǎng)方形和橢圓形方案的頂層進(jìn)行分析，由于做方案要的就是快，所以簡(jiǎn)化非常重要，一般來(lái)說(shuō)，如果是做深入分析，則可以把模型建得再精確一點(diǎn)。直接用ecotect建?；蛴蓅ketchup導(dǎo)入都可以。Ecotect中的分區(qū)很簡(jiǎn)單，不用考慮內(nèi)外區(qū)劃分，省去許多工作。整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層分為兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)是核心筒，一個(gè)是辦公區(qū)。建完模就可以指定材料做法，外墻均為lowE雙層玻璃幕墻，核心筒為鋼筋混凝土，地板為架空混凝土板。下一步設(shè)定空調(diào)運(yùn)行時(shí)間表，人員活動(dòng)時(shí)間表，最后敲定時(shí)間和地點(diǎn)就可以進(jìn)行計(jì)算分析（很簡(jiǎn)單吧）。熱工分析我的思路就是首先選取典型日期進(jìn)行逐時(shí)得熱計(jì)算，這樣可以直觀地分析對(duì)建筑布局影響較大的因素，便于針對(duì)其采取對(duì)應(yīng)措施。然后再分析全年逐月空調(diào)冷熱負(fù)荷，從而可以得到一個(gè)整體的結(jié)論。1.逐時(shí)得熱上圖為長(zhǎng)方形方案在1月1日的逐時(shí)得熱分析上圖為橢圓方案在1月1的日逐時(shí)得熱分析大家可以發(fā)現(xiàn)這兩張圖有什么不同。上圖為將結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)，直接太陽(yáng)得熱以及總得熱輸入excel分析由于上面兩張圖比較起來(lái)不是很方便（比較費(fèi)眼），所以我把兩個(gè)方案中比較關(guān)的數(shù)據(jù)輸入到excel中，進(jìn)行制表分析，主要是傳導(dǎo)，直接太陽(yáng)得熱以及總得熱，其象內(nèi)部得熱，間接太陽(yáng)得熱，通風(fēng)得熱等由于篇幅關(guān)系，沒(méi)有放進(jìn)來(lái)。從這張圖中我們可以發(fā)現(xiàn)（桔紅色）的直接太陽(yáng)得熱以長(zhǎng)方形方案居多（比較好，因?yàn)槭嵌舅{(lán)色的結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)熱損失則是橢圓形方案更佳?？偟脽幔ㄒ彩菬釗p失）也是橢圓形方較佳?？偟膩?lái)說(shuō)，這一天中，長(zhǎng)方形方案的直接太陽(yáng)得熱較多，但總熱損失也較大上圖為長(zhǎng)方形方案6.30日的逐時(shí)得熱分析上圖為橢圓形方案6.30日的逐時(shí)得熱分析同樣把上述幾個(gè)數(shù)據(jù)輸入到excel，可以發(fā)現(xiàn)夏季中，這三項(xiàng)都是長(zhǎng)方形居多，較為不利。2.全年逐月冷熱負(fù)荷上圖為長(zhǎng)方形方案全年空調(diào)冷熱負(fù)荷分析，紅色為熱負(fù)荷，藍(lán)色為冷負(fù)荷。上圖為橢圓形方案全年空調(diào)冷熱負(fù)荷分析，紅色為熱負(fù)荷，藍(lán)色為冷負(fù)荷。同樣導(dǎo)入excel對(duì)比分析，我們可以發(fā)現(xiàn)除了2月份以外，全年中的冷熱負(fù)荷都是長(zhǎng)方形方案居多，能耗較大，其中夏季差別最大，冬季其次，過(guò)度季有輕微差別。（由于是方案設(shè)計(jì)和橫向?qū)Ρ?，沒(méi)有在計(jì)算中考慮各種設(shè)備得熱，只是考慮了人員活動(dòng)，感興趣的朋友可以做深入的分析。）綜上所述，總的來(lái)說(shuō)橢圓方案在熱工方面占有優(yōu)勢(shì)，尤其在夏季，長(zhǎng)方形方案僅在冬季的直接太陽(yáng)得一項(xiàng)有優(yōu)勢(shì)，可能是跟其外表面積較小有關(guān)。采光分析主要是以室內(nèi)采光系數(shù)分布為依據(jù)來(lái)進(jìn)行比較。如果要需要的話可以根據(jù)所處的光氣候分區(qū)來(lái)計(jì)算工作面照度和亮度，并結(jié)合計(jì)算結(jié)果進(jìn)行人工采光設(shè)計(jì)。我們的目標(biāo)是室內(nèi)采光均勻且可以最大程度的利用晝光照明。由于采用全陰天模型，此項(xiàng)分析中不考慮直射陽(yáng)光的因素，它考慮的是最不利因素下的狀況。1?采光系數(shù)長(zhǎng)方形方案的采光系數(shù)分布圖，平均采光系數(shù)為30.82%橢圓形方案的采光系數(shù)分布圖，平均采光系數(shù)為27.05%我們可以發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)方形方案由于進(jìn)深小，所以采光系數(shù)較高，而且分布相對(duì)較為均勻。備注：由于采用的是全玻璃幕墻，透光系數(shù)較高，所以采光系數(shù)比較大，主要是便于分析對(duì)比。上圖為玻璃的各種性能設(shè)置上圖是分別以三維形式顯示其采光系數(shù)分布，可以清晰的看出長(zhǎng)方形方案中照度分布非常均勻，而橢圓方案則靠近窗戶部位較亮，隨后照度就開(kāi)始急劇下降。所以長(zhǎng)方形方案在晝光照明方面優(yōu)勢(shì)很大。2.考慮直射光的實(shí)時(shí)照度分析上圖為長(zhǎng)方形方案，6月21日清晨6點(diǎn)15分以偽彩色顯示上圖為橢圓形方案，6月21日清晨6點(diǎn)15分以偽彩色顯示為了便于分析，我采用了偽彩色。從這兩張圖中可以發(fā)現(xiàn)，橢圓形方案的照度分布不是很均勻，變化較為劇烈，總體來(lái)說(shuō)兩個(gè)方案差別不是很大。上圖為長(zhǎng)方形方案，6月21日清晨6點(diǎn)15分的真實(shí)效果以真彩色顯示三?遮擋及輻射1.分析用地北側(cè)住宅樓西南立面上宣射陽(yáng)光及其輻射強(qiáng)度上圖指示了所要分析的表面長(zhǎng)方形方案對(duì)于其北側(cè)住宅的輻射遮擋，以日軌圖顯示橢圓形方案對(duì)于其北側(cè)住宅的輻射遮擋，以日軌圖顯示從這張圖來(lái)看，應(yīng)該是長(zhǎng)方形方案中此立面上接受輻射的時(shí)間較長(zhǎng)，也比較均勻。但是在11點(diǎn)到14點(diǎn)的時(shí)間中，橢圓形方案中會(huì)出現(xiàn)局部較高的輻射，而且相對(duì)來(lái)說(shuō)在11月-2月比較明顯，3-10月則則不是很明顯，這應(yīng)該是個(gè)優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)綜合來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是長(zhǎng)方形方案相對(duì)優(yōu)勢(shì)更明顯。上圖為以三維形式顯示輻射遮擋，綠色的點(diǎn)用來(lái)估算采光系數(shù)2.場(chǎng)地輻射分析線框形式顯示用地內(nèi)的累計(jì)日平均輻射分布實(shí)體形式顯示用地內(nèi)的累計(jì)日平均輻射分布平面形式顯示用地內(nèi)的累計(jì)日平均輻射分布通過(guò)場(chǎng)地累計(jì)日平均輻射分析，可以發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地南邊及西北角的輻射相對(duì)來(lái)說(shuō)較大，可以在設(shè)計(jì)的時(shí)候，多種植常綠喬木，在各個(gè)季節(jié)都可以提供陽(yáng)光遮擋，另外也可以布置一些涼亭等休閑設(shè)施。而在輻射相對(duì)較小的地方，即紅色區(qū)域內(nèi)，種植落葉喬木，既可以在夏季提供蔭涼，在冬季也不會(huì)對(duì)陽(yáng)光產(chǎn)生較大的遮擋。此項(xiàng)分析對(duì)于復(fù)雜的群體建筑來(lái)說(shuō)非常實(shí)用。四.后記方案的最終效果（sketchup繪制）在這個(gè)方案中，我使用了sketchup和ecotect這兩個(gè)軟件，把它們結(jié)合起來(lái)，sketcup用于建模及造型分析，ecotect用于技術(shù)分析，他們可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，以淡雅的效果和精確地分析打動(dòng)甲方。除上圖用sketchup繪制外，本文其它圖片均使用ecotect繪制。在本文成文之際，得到SquareOne的Andrew博士回復(fù)，他建議如果要進(jìn)行精確分析，可以將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層分割為四個(gè)朝向區(qū)域，這樣可以準(zhǔn)確分析各個(gè)朝向的不同情況，以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層來(lái)進(jìn)行分析，得到的結(jié)果相對(duì)來(lái)說(shuō)比較平均，是一個(gè)總的結(jié)論。感興趣的朋友可