孫鳳明,郭占軍,田 芳

（河北工程大學建筑學院,河北邯鄲 056038）

陽臺作為室內(nèi)外環(huán)境的過渡空間,隨著其形式的變化而引起對室內(nèi)物理環(huán)境的不同影響。在住宅建筑的概念設(shè)計階段,充分考慮不同的建筑空間形式,不同的使用功能,選擇設(shè)計合適的陽臺形式,有利于充分發(fā)揮陽臺對于室內(nèi)物理環(huán)境的調(diào)節(jié)作用,對降低建筑物使用過程當中的能耗,創(chuàng)造良好的室內(nèi)環(huán)境起到不可忽視的作用。傳統(tǒng)的陽臺設(shè)計,只是作為建筑基本戶型的一個附屬部分,更多地考慮了功能和造型的因素,未能充分考慮陽臺對于室內(nèi)物理環(huán)境的影響[1-2]。建筑熱工學領(lǐng)域關(guān)于陽臺空間熱工性能的研究雖已較為成熟,但多側(cè)重于對已有建筑陽臺的熱工實驗研究[3-5],未能用于陽臺設(shè)計的指導(dǎo)。

ECOTECT[6]作為一款生態(tài)設(shè)計軟件,可以很好地輔助建筑的生態(tài)節(jié)能設(shè)計,實時地模擬分析方案設(shè)計階段室內(nèi)物理環(huán)境。本文通過ECOTECT作為輔助進行住宅建筑陽臺的方案設(shè)計分析,采用多種陽臺的方案比較,模擬不同方案的陽臺對于室內(nèi)熱環(huán)境及光環(huán)境的不同影響,為選擇設(shè)計合理的陽臺形式提供了一定的參考。

1 模擬方案

1.1 區(qū)域環(huán)境

建筑物所處地理及氣候環(huán)境的不同,直接影響建筑物的采光及能耗情況。各個地區(qū)的氣象數(shù)據(jù),地理位置特征值,可以通過編譯并在ECOTECT軟件數(shù)據(jù)庫中接入,作為模擬計算的依據(jù)。根據(jù)建筑物所處的地理位置,可以適當選擇相關(guān)氣象數(shù)據(jù)[6-7]。

為便于觀察北方建筑物冬季采光及能耗情況,模擬區(qū)域設(shè)定為邯鄲市。東八區(qū),東經(jīng)114.5,北緯36.6;光氣候區(qū)屬III類,建筑熱工設(shè)計分區(qū)為寒冷地區(qū)。建筑物為正南北方向,位置為市區(qū)[8-9]。

1.2 構(gòu)件材質(zhì)

通過ECOTECT進行建模的過程中,將建筑物不同的房間按照各個獨立區(qū)域進行建模,每個區(qū)域的不同部位,不同構(gòu)件在建模的過程中就指定了其材料特性,由此便可以按照各個房間不同的使用功能,針對性地進行材質(zhì)的選擇。對同一房間進行不同材質(zhì)的模擬計算,可以得出不同的室內(nèi)物理環(huán)境數(shù)據(jù)。

為便于進行不同方案的比較,各方案對住宅同一類型主要構(gòu)件選用相同的材質(zhì)。

1.3 陽臺方案設(shè)計

模擬小區(qū)住宅為板式單元房,多層磚混結(jié)構(gòu),模擬部位為標準層西側(cè)單元的一個臥室,見圖2中的臥室2,房間面積為4.05 m×4.20 m;陽臺面積為4.05 m×1.8 m;陽臺開窗面積為2×1.8 m×1.3 m+4.05 m×1.3 m。圖1表示了小區(qū)住宅的透視效果,圖2為單元房標準層戶型不同方案的平面圖。

表1 建筑主要構(gòu)件材質(zhì)特性Tab.1 The main components of building material properties

2 陽臺對室內(nèi)光熱環(huán)境影響的模擬分析

2.1 光環(huán)境模擬分析

天然采光標準臨界值照度為5 000 lx,采用全日光照明模式作為分析[9]。

通過軟件模擬臥室2的無陽臺和有陽臺時采光系數(shù)分布圖（圖3）。圖中用網(wǎng)格的方式將室內(nèi)各點的采光系數(shù)值進行模擬計算并得出數(shù)值,顏色較亮部位為采光系數(shù)高的區(qū)域,由高到低顏色漸暗。

由圖3可以看出,有陽臺時采光系數(shù)最低點為1.51%,最高點為5.59%（近窗部位）,各點采光系數(shù)平均值為2.53%;無陽臺時采光系數(shù)最低點為2.12%,最高點為18.2%（近窗部位）,各點采光系數(shù)平均值為4.73%。由此可知,無陽臺時室內(nèi)各點采光系數(shù)較高,平均值高于有陽臺時的情況,但有陽臺時室內(nèi)各點采光系數(shù)仍符合采光標準要求≥1%。

調(diào)整陽臺的懸挑長度為1.5 m和2.2 m,模擬計算室內(nèi)采光系數(shù)分布,見圖3（c）、圖3（d）。陽臺懸挑1.5 m時,陽臺面積為1.5m×4.05 m,室內(nèi)采光系數(shù)分布最小值為1.52%,最大值為7.09%,平均值為2.63%。陽臺懸挑2.2 m時,陽臺面積為2.2 m×4.05 m,室內(nèi)采光系數(shù)分布最小值為1.50%,最大值為5.39%,平均值為2.44%。

通過改變陽臺懸挑長度即改變陽臺面積可以發(fā)現(xiàn),陽臺面積的適當增大,室內(nèi)采光系數(shù)有所降低,但懸挑長度2.2 m以內(nèi)都還能滿足天然采光標準要求。

2.2 熱環(huán)境影響模擬分析

按照建筑物所處地理位置及氣候區(qū)域,綜合分析建筑物各個構(gòu)件的物理屬性,模擬臥室2的3種設(shè)計方案在冬季最冷日24 h逐時溫度變化（圖4）及逐時得失熱量情況（圖5）。

圖4中加粗曲線表示了臥室2室內(nèi)24 h的逐時溫度變化曲線?？梢灾庇^地看出,3種情況下受室外氣溫影響臥室2全天氣溫均在0℃左右,3種情況下溫度的變化趨勢與室外氣溫的變化基本一致,但由于圍護結(jié)構(gòu)的蓄熱作用要有所延遲[10-12]。無陽臺時,溫度的變化起伏很明顯,氣溫變化出現(xiàn)轉(zhuǎn)折現(xiàn)象;有陽臺時,溫度的變化比較平緩,無明顯的氣溫變化的轉(zhuǎn)折現(xiàn)象;陽臺與臥室連通時,室內(nèi)的溫度變化更加明顯,溫度的上升與下降比無陽臺時的情況還要明顯,變化幅度更大,上午最低溫度下降至-3℃左右,而下午最高溫度升高至2℃左右,一天溫差將近5℃,很不利于建筑的節(jié)能保溫。

圖5顯示了3種情況下臥室2室內(nèi)的得失熱情況。室內(nèi)得失熱影響因素主要包括區(qū)域內(nèi)部受各部分傳熱及蓄熱影響而得失熱量的變化,太陽輻射熱對室內(nèi)熱量的影響,空氣流動對室內(nèi)熱量的影響以及整個室內(nèi)環(huán)境的圍護結(jié)構(gòu)失熱等。

由于室內(nèi)外溫差的影響,冬季室內(nèi)環(huán)境主要以失熱為主,圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能是重要的一方面。通過圖5對比每個圖表中臥室2室內(nèi)得失熱量曲線。3個圖表中最下面一條曲線分別表示了3種情況下冬季失去熱量的變化?？梢悦黠@看出,無陽臺時,對應(yīng)相同時間點室內(nèi)失去的熱量要多于有陽臺的情況,而第3種情況即陽臺與室內(nèi)連通時各時間點室內(nèi)失去的熱量為最多。以上午7 h為例,無陽臺時失去熱量功率為2.6 kW,有陽臺時失去熱量功率為2.4 kW,陽臺與室內(nèi)連通時失去熱量功率為4 kW。

對比有無陽臺的室內(nèi)熱環(huán)境情況可以發(fā)現(xiàn),陽臺作為一個室內(nèi)外的過渡空間,對于室內(nèi)熱量的散失有一定的延緩作用,但由于陽臺開窗面積較大,如果陽臺與室內(nèi)空間連通,失去了中間隔墻的作用,雖然增加了室內(nèi)的使用面積,卻更不利于室內(nèi)的保溫,冬季供暖就需要更多的能量。

3 結(jié)語

利用ECOTECT軟件可以直觀地模擬多種陽臺形式對于室內(nèi)光熱環(huán)境的影響,通過對比分析不同方案之間的室內(nèi)物理環(huán)境的模擬數(shù)據(jù),為陽臺方案的選擇提供參考。

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