淺析玻璃幕墻遮陽型式對夏季室內光熱環境的影響

賀金龍 中國建筑科學研究院

1 引言

隨著現代建筑的高速發展，玻璃幕墻建筑在協調建筑整體美觀上發揮著重要的作用，在現代建筑的應用越來越普遍。幕墻建筑與傳統圍護結構建筑不同，大面積采用玻璃作為圍護結構提升了建筑美觀的同時，在采光、遮陽、保溫等方面提出更高要求。夏熱冬暖地區建筑幕墻遮陽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也需要考慮不同遮陽形式對建筑整體能耗的影響，合理設置遮陽可以降低建筑空調能耗，提高室內光熱環境的舒適度。

案例辦公建筑位于三亞市，該地區對圍護結構保溫要求較低，主要考慮夏季隔熱。通過透光圍護結構進入到室內的太陽輻射熱量是形成空調冷負荷的主要因素，因此需通過提升透光幕墻遮陽系數來控制太陽輻射的影響。本建筑除層間設置有非透明鋁板幕墻外其他部分均采用全玻璃幕墻結構，各朝向窗墻面積比達到60%以上，項目效果圖如圖1所示。

運用CFD技術模擬辦公區域在夏季具體工況下的室內光熱環境狀態，通過模擬分析，評價不同遮陽形式下的室內溫度場和熱舒適度的優劣。

2 計算模型及條件

由于三亞市夏季太陽高度角最大，太陽輻射最強烈，因此選擇夏季作為本次分析時間段，并確定7月21日作為典型日，選取中間標準層作為典型考察對象，考察水平遮陽、垂直遮陽對其室內環境的影響，圖2為建筑三維模型及添加水平遮陽和垂直遮陽后的標準層模型。

圖2 標準層模型

3 不同時刻不同遮陽形式下室內溫度分布情況分析

通過模擬分析，由圖3 可以看出10:00 時刻室內溫度分布整體情況，其中：

（1）水平遮陽時的室內溫度比垂直遮陽時的溫度低1℃左右，這是由于三亞接近北回歸線，太陽高度角較高，因此水平遮陽的效果會優于垂直遮陽。

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

圖3 10:00時刻室內溫度分布

通過模擬分析，由圖4 可以看出14:00 時刻室內溫度分布整體情況，其中：

（1）水平遮陽時的室內溫度比垂直遮陽時的溫度低2℃～3℃左右，這是由于三亞接近北回歸線，太陽高度角較高，因此水平遮陽的效果會優于垂直遮陽。

（2）由于太陽高度角和太陽方位角的原因，兩種遮陽型式的西南側溫度稍稍高于其他區域，且整體分布比10:00更不均勻。這是由于建筑材料經過自日出到14:00之間的蓄熱因素，導致各個朝向的升溫來源不僅有太陽輻射的熱量，亦有建筑材料蓄熱放熱的影響。

圖4 14:00時刻室內溫度分布

4 不同時刻不同遮陽形式下室內天然采光照度的分布情況分析

通過模擬分析，由圖5 可以看出10:00 時刻室內天然采光照度分布整體情況，其中：

（1）水平遮陽時的室內天然采光照度比垂直遮陽時的天然采光照度面積小，這是由于三亞接近北回歸線，太陽高度角較高，因此水平遮陽的遮陽效果會優于垂直遮陽，相應的進入室內的太陽光線更少，同照度面積的相應較少。

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

圖5 10:00時刻室內天然采光照度的分布

通過模擬分析，由圖6 可以看出14:00 時刻室內天然采光照度的分布整體情況，其中：

（1）水平遮陽時的室內天然采光照度比垂直遮陽時的天然采光照度低，這是由于三亞接近北回歸線，太陽高度角較高，因此水平遮陽的遮陽效果會優于垂直遮陽，相應的進入室內的太陽光線更少，同照度面積的相應較少。14:00的太陽方位接近于正上方（僅稍稍偏西），因此水平遮陽的遮陽效果更佳。

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

圖6 14:00時刻室內天然采光照度的分布

5 分析結論

通過對辦公樓項目主樓標準層建模，分別設置水平遮陽和垂直遮陽后，根據夏季不同時刻室內室內溫度分布情況的分析結果，水平遮陽優于垂直遮陽，根據夏季室內天然采光照度的分布情況的分析結果，水平遮陽優于垂直遮陽。綜合考慮夏季室內溫度和室內光環境等舒適度的影響，水平遮陽優于垂直遮陽。