辦公建筑西曬窗采光研究

金　晶，　方廷勇，　劉曉鳳

(安徽建筑大學, 安徽 合肥　230022)

辦公建筑西曬窗采光研究

金晶，方廷勇，劉曉鳳

(安徽建筑大學, 安徽 合肥230022)

摘要:文章采用Radiance和Ecotect軟件模擬分析辦公建筑西曬窗戶的采光和太陽輻射，針對西向房間相同窗面積，不同的開窗數量的房間進行相應的模擬，對比采光系數、天然光照度和太陽輻射量，找出優化方案。

關鍵詞:自然采光；太陽輻射； Radiance；Ecotect

建筑設計中不可避免的出現西曬。西曬會導致室內過熱及眩光，為避免太陽輻射過多常常設置遮陽裝置，這就使得室內采光受到影響，從而增加了照明能耗。若為了達到良好的采光效果，可能使得開窗面積加大，接收到的輻射增多，室內空調使用時間增長，從而又增加了空調部分的能耗。本文利用Ecotect和Radiance軟件對辦公建筑的西向窗戶的采光和太陽輻射進行模擬分析，得出優化的西曬房間窗型。Ecotect和 Radiance的結合使用渲染出的結果更加的精細、準確。一般我們將Radiance軟件視為Ecotect的插件，兩者之間的關系非常緊密。

1模型的建立和設置

本文建模背景為以合肥市某大進深辦公樓為例，辦公室尺寸為長10m×寬5m×高3.5m，采用單側采光的方式，且采光窗位于西面側墻。室外臨界照度4500lx，室外天然光設計照度為13500lx。將夏季07-21日選為模擬時間段，計算不同工況下的自然采光系數平均值和太陽輻射量。建模時，設置材料參數。地板和墻體反射比分別為0.58、0.84，窗戶采用6mm高透光Low-E玻璃，玻璃透射比為0.72。

模型辦公室房間西側窗戶由3排7列1m2的小窗戶組成，采光面積為21m2。在采光口面積不變的前提下，對采光口的尺寸、數量等進行不同工況設置。針對不同工況，在面積不變時，相同窗戶數量的條件下，模擬窗戶橫向排列和豎向排列時，對室內采光和能耗的影響。

2辦公室采光及太陽輻射模擬結果對比分析

2.1不同數量的窗戶對采光和太陽輻射的影響

針對本地區氣候環境、光環境特點，在總采光面積相同的情況下，為了研究采光口數量對室內采光效果的影響，設置工況如圖1所示。

圖1　設置的工況

由圖2可知，在保證窗戶面積相同的基礎上，前期隨著窗戶數量的增多，采光效果逐漸變差，工況6采光效果最低。

圖2不同工況的采光系數和室內自然光照度

圖3　不同工況的太陽輻射量對比

通過圖2與圖3對比，太陽輻射量與采光系數的趨勢大致相同，當有2面窗戶時，太陽輻射量最大；當超過2面窗戶后，隨著窗戶數量的增加，太陽輻射量減少，減少的幅度也變緩。

綜合采光和太陽輻射量可知，當有2、3面窗戶時，采光效果最好、太陽輻射量最大；窗戶數量最多時，采光效果和太陽輻射量均為最低值。同樣面積情況下，窗戶數量越多，采光效果和太陽輻射量都越弱。

2.2不同分布的窗戶對采光和太陽輻射的影響

(1)當西立面有2扇窗戶時，分別模擬上下排列和左右排列情況下的房間，其結果如圖4所示。

圖4　兩面窗戶采光效果對比圖

(2)當西立面有3扇窗戶時，分別模擬豎向排列和橫向排列情況下的房間，其結果如圖5所示：

(3)當西立面有4扇窗戶時，分別模擬豎向排列和綜合形式排列情況下的房間，其結果如圖6所示：

圖5　3面窗采光效果對比圖

圖6　四面窗采光效果對比圖

通過以上3組情況的兩兩對比，觀察采光效果圖可知，在相同面積窗戶的情況下，橫向排列的窗戶比豎向排列的窗戶的房間平均采光系數高，采光效果較好。同時，隨著窗戶數量的增多，窗戶橫向和豎向排列的房間平均采光系數都在逐漸減小。

圖7　太陽輻射量數據對比

太陽輻射量數據對比入圖7所示。由圖7可見，在窗戶面積不變的情況下，豎向排列窗戶的太陽輻射量比橫向排列的窗戶低，同時，隨著窗戶數量的增加，不管是橫向還是豎向窗戶的房間，太陽輻射量均呈現逐漸減小的趨勢。夏熱冬冷地區，夏季太陽西曬比較嚴重，若設置西向窗數量較少，就會造成太陽輻射量變大，夏季空調能耗就會加大，而對冬季采暖能耗造成影響較小。若窗戶排列方式以橫向，隨著西向墻太陽輻射量的增大，建筑總能耗增大。研究對象西向開窗面積大，所以對能耗影響也大。

3結論

通過對西曬辦公室側窗的模擬分析，得到的結論如下：

(1)辦公建筑采光設計原則。在辦公建筑設計時，在關注采光性能的同時，也要注重太陽輻射、眩光、降噪和視線遮擋的綜合性優化設計，達到建筑節能的目的，提供舒適的工作環境。

(2)太陽輻射與自然采光有著密切的關系。在設計時不能顧此失彼，提出最優的設計方案。針對合肥地區某辦公建筑的西曬房間，當西立面墻上窗戶數量增加時，采光效果和太陽輻射均逐步減弱，隨著太陽輻射的減弱，西曬房間對空調的依賴就會降低，減少能耗。雖然采光系數相比較其他工況較小，但已滿足規范要求，與燈的能耗相比，空調能耗更大。故在辦公建筑西立面墻應優先選擇小面積、多窗口的布置方式。

(3)窗戶的排列。當在窗戶面積不變的情況下，豎向排列窗戶的太陽輻射量和采光系數均比橫向排列的窗戶低。為降低能耗，實現建筑節能的目標，辦公建筑這種大面積開窗的建筑應優先選擇豎向排列。

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(責任編輯陳化鋼)

On the countermeasure research of western room in office building about window conservation design

JIN Jing,FANG Ting-yong,LIU Xiao-feng

(Anhui Jianzhu University,Hefei 230022,China)

Abstract:This paper uses Radiance and Ecotect to simulate the day-lighting effect and solar radiation about different number of the windows in a wall. Comparing lighting coefficient of natural light and the solar radiation, finds out the optimized scheme.

Key words:natural lighting; solar radiation; Radiance; Ecotect

收稿日期：2016-03-08；修回日期：2016-03-10

作者簡介：金晶(1989-),女，安徽淮北人，碩士生，從事建筑節能與綠色建筑研究。

DOI：10.3969/j.issn.1671-6221.2016.02.004

中圖分類號：TP31

文獻標識碼：A

文章編號：1671-6221(2016)02-0014-03