淺析玻璃幕墻遮陽(yáng)型式對(duì)夏季室內(nèi)光熱環(huán)境的影響

賀金龍 中國(guó)建筑科學(xué)研究院

1 引言

隨著現(xiàn)代建筑的高速發(fā)展，玻璃幕墻建筑在協(xié)調(diào)建筑整體美觀上發(fā)揮著重要的作用，在現(xiàn)代建筑的應(yīng)用越來(lái)越普遍。幕墻建筑與傳統(tǒng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)建筑不同，大面積采用玻璃作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)提升了建筑美觀的同時(shí)，在采光、遮陽(yáng)、保溫等方面提出更高要求。夏熱冬暖地區(qū)建筑幕墻遮陽(yáng)是影響建筑能耗最大因素之一，因此在提升玻璃幕墻熱工性能同時(shí)也需要考慮不同遮陽(yáng)形式對(duì)建筑整體能耗的影響，合理設(shè)置遮陽(yáng)可以降低建筑空調(diào)能耗，提高室內(nèi)光熱環(huán)境的舒適度。

案例辦公建筑位于三亞市，該地區(qū)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫要求較低，主要考慮夏季隔熱。通過(guò)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入到室內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱量是形成空調(diào)冷負(fù)荷的主要因素，因此需通過(guò)提升透光幕墻遮陽(yáng)系數(shù)來(lái)控制太陽(yáng)輻射的影響。本建筑除層間設(shè)置有非透明鋁板幕墻外其他部分均采用全玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，各朝向窗墻面積比達(dá)到60%以上，項(xiàng)目效果圖如圖1所示。

運(yùn)用CFD技術(shù)模擬辦公區(qū)域在夏季具體工況下的室內(nèi)光熱環(huán)境狀態(tài)，通過(guò)模擬分析，評(píng)價(jià)不同遮陽(yáng)形式下的室內(nèi)溫度場(chǎng)和熱舒適度的優(yōu)劣。

2 計(jì)算模型及條件

由于三亞市夏季太陽(yáng)高度角最大，太陽(yáng)輻射最強(qiáng)烈，因此選擇夏季作為本次分析時(shí)間段，并確定7月21日作為典型日，選取中間標(biāo)準(zhǔn)層作為典型考察對(duì)象，考察水平遮陽(yáng)、垂直遮陽(yáng)對(duì)其室內(nèi)環(huán)境的影響，圖2為建筑三維模型及添加水平遮陽(yáng)和垂直遮陽(yáng)后的標(biāo)準(zhǔn)層模型。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)層模型

3 不同時(shí)刻不同遮陽(yáng)形式下室內(nèi)溫度分布情況分析

通過(guò)模擬分析，由圖3 可以看出10:00 時(shí)刻室內(nèi)溫度分布整體情況，其中：

（1）水平遮陽(yáng)時(shí)的室內(nèi)溫度比垂直遮陽(yáng)時(shí)的溫度低1℃左右，這是由于三亞接近北回歸線，太陽(yáng)高度角較高，因此水平遮陽(yáng)的效果會(huì)優(yōu)于垂直遮陽(yáng)。

（2）由于太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角的原因，兩種遮陽(yáng)型式的東側(cè)溫度稍稍高于其他區(qū)域，但整體分布尚為均勻。

圖3 10:00時(shí)刻室內(nèi)溫度分布

通過(guò)模擬分析，由圖4 可以看出14:00 時(shí)刻室內(nèi)溫度分布整體情況，其中：

（1）水平遮陽(yáng)時(shí)的室內(nèi)溫度比垂直遮陽(yáng)時(shí)的溫度低2℃～3℃左右，這是由于三亞接近北回歸線，太陽(yáng)高度角較高，因此水平遮陽(yáng)的效果會(huì)優(yōu)于垂直遮陽(yáng)。

（2）由于太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角的原因，兩種遮陽(yáng)型式的西南側(cè)溫度稍稍高于其他區(qū)域，且整體分布比10:00更不均勻。這是由于建筑材料經(jīng)過(guò)自日出到14:00之間的蓄熱因素，導(dǎo)致各個(gè)朝向的升溫來(lái)源不僅有太陽(yáng)輻射的熱量，亦有建筑材料蓄熱放熱的影響。

圖4 14:00時(shí)刻室內(nèi)溫度分布

4 不同時(shí)刻不同遮陽(yáng)形式下室內(nèi)天然采光照度的分布情況分析

通過(guò)模擬分析，由圖5 可以看出10:00 時(shí)刻室內(nèi)天然采光照度分布整體情況，其中：

（1）水平遮陽(yáng)時(shí)的室內(nèi)天然采光照度比垂直遮陽(yáng)時(shí)的天然采光照度面積小，這是由于三亞接近北回歸線，太陽(yáng)高度角較高，因此水平遮陽(yáng)的遮陽(yáng)效果會(huì)優(yōu)于垂直遮陽(yáng)，相應(yīng)的進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)光線更少，同照度面積的相應(yīng)較少。

（2）由于太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角的原因，兩種遮陽(yáng)型式的東北和東南方向的照度明顯高于室內(nèi)其它位置，且靠近外窗的區(qū)域天然采光照度更大，符合光學(xué)特性。

圖5 10:00時(shí)刻室內(nèi)天然采光照度的分布

通過(guò)模擬分析，由圖6 可以看出14:00 時(shí)刻室內(nèi)天然采光照度的分布整體情況，其中：

（1）水平遮陽(yáng)時(shí)的室內(nèi)天然采光照度比垂直遮陽(yáng)時(shí)的天然采光照度低，這是由于三亞接近北回歸線，太陽(yáng)高度角較高，因此水平遮陽(yáng)的遮陽(yáng)效果會(huì)優(yōu)于垂直遮陽(yáng)，相應(yīng)的進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)光線更少，同照度面積的相應(yīng)較少。14:00的太陽(yáng)方位接近于正上方（僅稍稍偏西），因此水平遮陽(yáng)的遮陽(yáng)效果更佳。

（2）由于太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角的原因，垂直遮陽(yáng)型式的西北和西南方向的照度明顯高于室內(nèi)其它位置，由于14:00的太陽(yáng)方位接近于正上方（僅稍稍偏西），水平遮陽(yáng)的室內(nèi)照度差異并不那么明顯，符合光學(xué)特性。

圖6 14:00時(shí)刻室內(nèi)天然采光照度的分布

5 分析結(jié)論

通過(guò)對(duì)辦公樓項(xiàng)目主樓標(biāo)準(zhǔn)層建模，分別設(shè)置水平遮陽(yáng)和垂直遮陽(yáng)后，根據(jù)夏季不同時(shí)刻室內(nèi)室內(nèi)溫度分布情況的分析結(jié)果，水平遮陽(yáng)優(yōu)于垂直遮陽(yáng)，根據(jù)夏季室內(nèi)天然采光照度的分布情況的分析結(jié)果，水平遮陽(yáng)優(yōu)于垂直遮陽(yáng)。綜合考慮夏季室內(nèi)溫度和室內(nèi)光環(huán)境等舒適度的影響，水平遮陽(yáng)優(yōu)于垂直遮陽(yáng)。