树木墙冠距对独立式农宅节能率的影响研究.docxVIP

1?研究对象及研究方法

1.1?研究区域及研究对象

嘉兴市属于副热带季风气候，位于浙江省东北部、长江三角洲杭嘉湖平原腹地，是典型的夏热冬冷地区，夏季高温多雨，具有太阳辐射强度高且制冷期长等特点。根据2023年浙江统计年鉴可知，嘉兴市共743个行政村。由于村镇数量庞大，为提高工作效率且保证样本村的代表性，采用分层抽样方法确定样本村镇，并以样本村镇中的农宅为研究对象。独立式农宅是嘉兴市主要的农宅类型，本研究对所选样本村镇的独立式农宅朝向进行频数统计，得到农宅朝向频数分布图（图1）。

图1?建筑朝向频数分布

此区域的大部分农宅朝向主要分布在70°~110°，故选择正南、南偏东10°、南偏东20°、南偏西10°、南偏西20°5个农宅朝向。农宅平面功能布局是影响其空调能耗的主要因素，但农宅平面方案复杂多变，因此本农宅平面参考应用平面形状语法理论和最大概率邻接法则提出的嘉兴地区代表性农宅平面方案。

1.2?能耗模拟工具及参数设置

采用数值模拟法来模拟树木对建筑能耗的影响。利用建筑能耗模拟软件EnergyPlus进行模拟计算，EnergyPlus软件采用热平衡法模拟负荷，利用暖通空调系统设定室内温度，它集成了建筑能耗模拟分析软件DOE–2和BLAST的优点。首先通过3D建模计算机辅助设计程序SketchUp中的插件绘图工具创建EnergyPlus所需的3D几何图形，然后使用OpenStudio软件对模型信息进行编辑。

农宅室内空调区域夏季温度设定为26℃，空调夏季运行时间为7月1日至9月30日，每天运行时间为11:00–14:00和22:00–6:00，室外气象参数采用嘉兴市典型气象数据，农宅围护结构参数（表1）、人员在室率及时间、设备使用频率等参照《近零能耗建筑技术标准》及相关文献。

表1?围护结构参数

2?模拟结果分析

夏热冬冷地区树木的冠径大多在3~7?m，因此选择冠径为5?m的树木作为模拟对象。为定量评价树木与农宅的远近关系，选取墙冠距为评价参数，墙冠距是指树冠边缘与邻近墙面之间的距离，将墙冠距分别设定为1?m、3?m与5?m。树木方位选择位于农宅的西南、西、西北、东南、东、东北6个方位（图2）。农宅朝向选择5种朝向。将上述模拟情景进行组合得到90种模拟工况。

图2?树木方位及墙冠距分布示意

2.1?树木方位对农宅节能率的影响规律?

通过对不同工况进行模拟和统计，得到5种农宅朝向条件下，树木位于农宅的西北、西、西南、东南、东、东北6个方位时，墙冠距分别为1?m、3?m、5?m对应的节能率（图3~图7），表2为不同朝向农宅条件下树木在各位置情景所对应的节能率大小排序表。

图3?正南朝向农宅

图4?南偏西10°农宅

图5?南偏西20°农宅

图6?南偏东10°农宅

图7?南偏东20°农宅

表2?节能率大小排序

对于5种朝向农宅而言，当墙冠距为1?m时，树木位于农宅西侧和东侧对应的平均节能率可达到6.3?%和5.7?%，树木位于农宅西北侧和东北侧对应的平均节能率相比西侧和东侧减少了2.6?%和1.9?%；在墙冠距为3?m的条件下，树木位于农宅西侧和东侧对应的平均节能率可达到4.6?%和4.2?%，树木位于农宅西北侧和东北侧对应的平均节能率相比西侧和东侧减少了1.0?%和0.7?%；在墙冠距为5?m的条件下，树木位于农宅西侧和东侧对应的平均节能率可达到4.2?%和3.9?%，树木位于农宅西北侧和东北侧对应的平均节能率相比西侧和东侧减少了0.8?%和0.5?%。

如图8~图9所示，当树木分别位于农宅西侧和东侧且农宅为正南朝向时，1~5?m墙冠距对应的节能率范围分别是5.2?%~7.6?%、4.8?%~6.8?%；农宅朝向为南偏西10°时，节能率范围分别是5.6?%~7.2?%、5.1?%~6.9?%；农宅朝向为南偏西20°时，节能率范围分别是2.1?%~3.5?%、1.7?%~3.2?%；农宅朝向为南偏东10°时，节能率范围分别是3.8?%~6.7?%、3.5?%~5.1?%；农宅朝向为南偏东20°时，节能率范围分别是4.3?%~6.8?%、4.1%~6.4?%。

图8?农宅各朝向对应的节能率（树木位于农宅西侧）

图9?农宅各朝向对应的节能率（树木位于农宅东侧）

从以上结果可看出，对于5种朝向农宅，位于农宅西侧和东侧的树木所对应的节能效果最好，位于农宅西南侧和东南侧的树木所对应的节能效果中等，位于农宅西北侧和东北侧的树木所对应的节能效果最不明显。当树木位于各朝向农宅的西侧和东侧时，正南朝向的农宅和南偏西10°的农宅节能率最大，节能率范围是4.8?%~7.6?%、5.1?%~7.2?%，南偏西20°的农宅节能率最小，节能率范围是1.7?%~3.5?%。说明不同朝向的建筑，太阳辐射强度和日照率不同，使得入射到建筑围护结构表面的太阳辐射量不同，导致处