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(xué), 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(xué), 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(shù)量的房間進(jìn)行相應(yīng)的模擬，對比采光系數(shù)、天然光照度和太陽輻射量，找出優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞:自然采光；太陽輻射； Radiance；Ecotect

建筑設(shè)計(jì)中不可避免的出現(xiàn)西曬。西曬會導(dǎo)致室內(nèi)過熱及眩光，為避免太陽輻射過多常常設(shè)置遮陽裝置，這就使得室內(nèi)采光受到影響，從而增加了照明能耗。若為了達(dá)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(nèi)空調(diào)使用時(shí)間增長，從而又增加了空調(diào)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(jìn)行模擬分析，得出優(yōu)化的西曬房間窗型。Ecotect和 Radiance的結(jié)合使用渲染出的結(jié)果更加的精細(xì)、準(zhǔn)確。一般我們將Radiance軟件視為Ecotect的插件，兩者之間的關(guān)系非常緊密。

1模型的建立和設(shè)置

本文建模背景為以合肥市某大進(jìn)深辦公樓為例，辦公室尺寸為長10m×寬5m×高3.5m，采用單側(cè)采光的方式，且采光窗位于西面?zhèn)葔?。室外臨界照度4500lx，室外天然光設(shè)計(jì)照度為13500lx。將夏季07-21日選為模擬時(shí)間段，計(jì)算不同工況下的自然采光系數(shù)平均值和太陽輻射量。建模時(shí)，設(shè)置材料參數(shù)。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(cè)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(shù)量等進(jìn)行不同工況設(shè)置。針對不同工況，在面積不變時(shí)，相同窗戶數(shù)量的條件下，模擬窗戶橫向排列和豎向排列時(shí)，對室內(nèi)采光和能耗的影響。

2辦公室采光及太陽輻射模擬結(jié)果對比分析

2.1不同數(shù)量的窗戶對采光和太陽輻射的影響

針對本地區(qū)氣候環(huán)境、光環(huán)境特點(diǎn)，在總采光面積相同的情況下，為了研究采光口數(shù)量對室內(nèi)采光效果的影響，設(shè)置工況如圖1所示。

圖1　設(shè)置的工況

由圖2可知，在保證窗戶面積相同的基礎(chǔ)上，前期隨著窗戶數(shù)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(shù)和室內(nèi)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(shù)的趨勢大致相同，當(dāng)有2面窗戶時(shí)，太陽輻射量最大；當(dāng)超過2面窗戶后，隨著窗戶數(shù)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(dāng)有2、3面窗戶時(shí)，采光效果最好、太陽輻射量最大；窗戶數(shù)量最多時(shí)，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(shù)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(dāng)西立面有2扇窗戶時(shí)，分別模擬上下排列和左右排列情況下的房間，其結(jié)果如圖4所示。

圖4　兩面窗戶采光效果對比圖

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

(3)當(dāng)西立面有4扇窗戶時(shí)，分別模擬豎向排列和綜合形式排列情況下的房間，其結(jié)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(shù)高，采光效果較好。同時(shí)，隨著窗戶數(shù)量的增多，窗戶橫向和豎向排列的房間平均采光系數(shù)都在逐漸減小。

圖7　太陽輻射量數(shù)據(jù)對比

太陽輻射量數(shù)據(jù)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(shí)，隨著窗戶數(shù)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(xiàn)逐漸減小的趨勢。夏熱冬冷地區(qū)，夏季太陽西曬比較嚴(yán)重，若設(shè)置西向窗數(shù)量較少，就會造成太陽輻射量變大，夏季空調(diào)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(jié)論

通過對西曬辦公室側(cè)窗的模擬分析，得到的結(jié)論如下：

(1)辦公建筑采光設(shè)計(jì)原則。在辦公建筑設(shè)計(jì)時(shí)，在關(guān)注采光性能的同時(shí)，也要注重太陽輻射、眩光、降噪和視線遮擋的綜合性優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到建筑節(jié)能的目的，提供舒適的工作環(huán)境。

(2)太陽輻射與自然采光有著密切的關(guān)系。在設(shè)計(jì)時(shí)不能顧此失彼，提出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。針對合肥地區(qū)某辦公建筑的西曬房間，當(dāng)西立面墻上窗戶數(shù)量增加時(shí)，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(diào)的依賴就會降低，減少能耗。雖然采光系數(shù)相比較其他工況較小，但已滿足規(guī)范要求，與燈的能耗相比，空調(diào)能耗更大。故在辦公建筑西立面墻應(yīng)優(yōu)先選擇小面積、多窗口的布置方式。

(3)窗戶的排列。當(dāng)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(shù)均比橫向排列的窗戶低。為降低能耗，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的目標(biāo)，辦公建筑這種大面積開窗的建筑應(yīng)優(yōu)先選擇豎向排列。

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(責(zé)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(jié)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(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-6221(2016)02-0014-03