建筑采光頂?shù)膫鳠崽匦苑治?/h1>
2015-08-31 09:48:40張竹慧
山東工業(yè)技術(shù) 2015年3期 關(guān)鍵詞：建筑
張竹慧
（武警工程大學(xué)裝備工程學(xué)院,西安 710086）
1 引言
采光頂是基于水平采光通風(fēng)的建筑頂部構(gòu)造形式，在現(xiàn)代建筑中有著非常廣泛的運(yùn)用，除了建筑設(shè)計(jì)常規(guī)性能外，采光頂在節(jié)能技術(shù)方面也逐漸受到業(yè)內(nèi)技術(shù)人員的關(guān)注。
2 采光頂?shù)臒崞胶夥匠?/h2>
建筑采光頂作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，通過其傳遞的熱量主要有溫差驅(qū)動(dòng)的傳熱量、太陽輻射得熱量和空氣滲透得失熱量。溫差驅(qū)動(dòng)的熱熱量大小和建筑采光頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)大小有很大的關(guān)系，太陽輻射得熱量大小和太陽得熱系數(shù)SHGC有關(guān)，空氣滲透得失熱量取決于室內(nèi)外風(fēng)速、溫度引起的壓力變化和采光頂?shù)目p隙大小。
綜合以上因素，采光頂?shù)臒崞胶夥匠塘袨槿缦滦问剑?/p>
式中：Q—— 通過采光頂系統(tǒng)進(jìn)入室內(nèi)的熱量，W；U—— 采光頂傳熱系數(shù)，W/(m2K)；A—— 采光頂面積，m2；Tout；Tin—— 室外、室內(nèi)空氣溫度，K ；I——太陽輻射強(qiáng)度，W/m2；
SHGC——玻璃系統(tǒng)的太陽光總透射比，應(yīng)按下式計(jì)算：
qin,i-------- 第i層玻璃向室內(nèi)的二次傳熱。HGinfil-------- 空氣滲透帶來的總得熱，W；
La------- 通過縫隙的空氣滲透量，m3/h；ρa(bǔ)------- 空氣密度；hout；hin------- 室外、室內(nèi)的空氣比焓；l------- 采光頂縫隙長度；△P------- 建筑室內(nèi)外壓力差；a------- 實(shí)驗(yàn)系數(shù)，取決于采光頂?shù)臍饷苄浴?/p>
3 采光頂傳熱特性分析
和其它的建筑透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)相比，采光頂?shù)拇怪苯嵌纫话愦笥?0度，由于其受力損壞后的直接危害相當(dāng)大，所以當(dāng)前采光頂玻璃通常用中空上層半鋼化夾層玻璃的組合形式，下面以中空上層半鋼化夾層玻璃為例進(jìn)行熱特性分析。
3.1 采光頂?shù)膫鳠?/h3>
簡化處理，中空上層半鋼化夾層玻璃的采光頂可以當(dāng)作多層玻璃+封閉空氣間層的組合體系，其傳熱如下圖所示。
3.2 采光頂傳熱阻
中空上層半鋼化夾層玻璃采光頂?shù)膫鳠嶙枞缦拢?/p>
式中：Ri------- 第i層玻璃的固體熱阻，(m2·K)/W；Rg------- 氣體間層熱阻，(m2·K)/W；di；dp------- 各層厚度，m；λi；λp------- 各層導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；T1；T2---------氣體間層內(nèi)外表面溫度，Kqg------- 封閉氣體間層熱流密度，W/m2。
3.3 采光頂傳熱系數(shù)
圖略太陽輻射影響，將傳熱條件最簡化，采光頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)應(yīng)按下式計(jì)算：
式中：qin(Is=0)-------無太陽輻射時(shí)通過采光頂系統(tǒng)傳向室內(nèi)的凈熱流， W/m2；To,out；Tn,in--------室外、室內(nèi)環(huán)境溫度，K。
4 采光頂?shù)墓?jié)能優(yōu)化
建筑采光頂可從傳熱系數(shù)、構(gòu)造、遮陽、通風(fēng)等方面進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化。
4.1 采光頂傳熱系數(shù)
采光頂傳熱系數(shù)的大小直接影響建筑物的整體節(jié)能效果，只有將采光頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)局降低，才能降低建筑的能耗。傳熱系數(shù)的降低主要有降低玻璃傳熱系數(shù)、增強(qiáng)框材隔熱性能等方面入手。
4.2 采光頂?shù)臉?gòu)造形式
適當(dāng)減少采光頂?shù)牟晒饷娣e、增加穹頂型采光覆蓋等是構(gòu)造方面的節(jié)能措施。水平屋頂接受的日太陽輻射是西墻接受輻射量的2倍，通過減少采光頂面積，可以起到明顯的節(jié)能效果。此外穹隆型玻璃采光屋面可以形成“蓄熱倉”，也可以起到節(jié)能的作用。
4.3 采光頂?shù)恼陉?/h3>
建筑采光頂?shù)恼陉柍７譃閮?nèi)遮陽和外遮陽兩種方式。內(nèi)遮陽常用遮陽簾或遮陽百葉，考慮采光頂人工調(diào)節(jié)的局限，可以采用電動(dòng)控制方式。外遮陽常用可調(diào)節(jié)外百頁遮陽，綜合考慮節(jié)能和采光效果，可以將百頁的頁片傾斜角度作不同的調(diào)整。
4.4 采光頂?shù)耐L(fēng)
考慮采光頂?shù)奶厥馕恢?，可以結(jié)合被動(dòng)節(jié)能技術(shù)中的通風(fēng)技術(shù)來使用。可開啟的采光頂設(shè)計(jì)成出風(fēng)口，而在地面設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，從而可以形成 “煙囪效應(yīng)”，實(shí)現(xiàn)建筑的被動(dòng)節(jié)能。
4.5 其它
利用水的氣化潛熱，可以將采光頂設(shè)置為蓄水屋頂或單坡型流水結(jié)構(gòu)，這樣即可大大降低建筑能耗。
[1]沈小峰.玻璃結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用[J].世界建筑,2002(01).
[2]朱穎心,彥啟森. 建筑環(huán)境學(xué)[M].北京.中國建筑工業(yè)出版社,2005.
[3]劉念雄，秦佑國.建筑熱環(huán)境[M].北京.清華大學(xué)出版社,2005.
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張竹慧
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采光頂是基于水平采光通風(fēng)的建筑頂部構(gòu)造形式，在現(xiàn)代建筑中有著非常廣泛的運(yùn)用，除了建筑設(shè)計(jì)常規(guī)性能外，采光頂在節(jié)能技術(shù)方面也逐漸受到業(yè)內(nèi)技術(shù)人員的關(guān)注。
2 采光頂?shù)臒崞胶夥匠?/h2>
建筑采光頂作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，通過其傳遞的熱量主要有溫差驅(qū)動(dòng)的傳熱量、太陽輻射得熱量和空氣滲透得失熱量。溫差驅(qū)動(dòng)的熱熱量大小和建筑采光頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)大小有很大的關(guān)系，太陽輻射得熱量大小和太陽得熱系數(shù)SHGC有關(guān)，空氣滲透得失熱量取決于室內(nèi)外風(fēng)速、溫度引起的壓力變化和采光頂?shù)目p隙大小。
綜合以上因素，采光頂?shù)臒崞胶夥匠塘袨槿缦滦问剑?/p>
式中：Q—— 通過采光頂系統(tǒng)進(jìn)入室內(nèi)的熱量，W；U—— 采光頂傳熱系數(shù)，W/(m2K)；A—— 采光頂面積，m2；Tout；Tin—— 室外、室內(nèi)空氣溫度，K ；I——太陽輻射強(qiáng)度，W/m2；
SHGC——玻璃系統(tǒng)的太陽光總透射比，應(yīng)按下式計(jì)算：
qin,i-------- 第i層玻璃向室內(nèi)的二次傳熱。HGinfil-------- 空氣滲透帶來的總得熱，W；
La------- 通過縫隙的空氣滲透量，m3/h；ρa(bǔ)------- 空氣密度；hout；hin------- 室外、室內(nèi)的空氣比焓；l------- 采光頂縫隙長度；△P------- 建筑室內(nèi)外壓力差；a------- 實(shí)驗(yàn)系數(shù)，取決于采光頂?shù)臍饷苄浴?/p>
3 采光頂傳熱特性分析
和其它的建筑透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)相比，采光頂?shù)拇怪苯嵌纫话愦笥?0度，由于其受力損壞后的直接危害相當(dāng)大，所以當(dāng)前采光頂玻璃通常用中空上層半鋼化夾層玻璃的組合形式，下面以中空上層半鋼化夾層玻璃為例進(jìn)行熱特性分析。
3.1 采光頂?shù)膫鳠?/h3>
簡化處理，中空上層半鋼化夾層玻璃的采光頂可以當(dāng)作多層玻璃+封閉空氣間層的組合體系，其傳熱如下圖所示。
3.2 采光頂傳熱阻
中空上層半鋼化夾層玻璃采光頂?shù)膫鳠嶙枞缦拢?/p>
式中：Ri------- 第i層玻璃的固體熱阻，(m2·K)/W；Rg------- 氣體間層熱阻，(m2·K)/W；di；dp------- 各層厚度，m；λi；λp------- 各層導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；T1；T2---------氣體間層內(nèi)外表面溫度，Kqg------- 封閉氣體間層熱流密度，W/m2。
3.3 采光頂傳熱系數(shù)
圖略太陽輻射影響，將傳熱條件最簡化，采光頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)應(yīng)按下式計(jì)算：
式中：qin(Is=0)-------無太陽輻射時(shí)通過采光頂系統(tǒng)傳向室內(nèi)的凈熱流， W/m2；To,out；Tn,in--------室外、室內(nèi)環(huán)境溫度，K。
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4.1 采光頂傳熱系數(shù)
采光頂傳熱系數(shù)的大小直接影響建筑物的整體節(jié)能效果，只有將采光頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)局降低，才能降低建筑的能耗。傳熱系數(shù)的降低主要有降低玻璃傳熱系數(shù)、增強(qiáng)框材隔熱性能等方面入手。
4.2 采光頂?shù)臉?gòu)造形式
適當(dāng)減少采光頂?shù)牟晒饷娣e、增加穹頂型采光覆蓋等是構(gòu)造方面的節(jié)能措施。水平屋頂接受的日太陽輻射是西墻接受輻射量的2倍，通過減少采光頂面積，可以起到明顯的節(jié)能效果。此外穹隆型玻璃采光屋面可以形成“蓄熱倉”，也可以起到節(jié)能的作用。
4.3 采光頂?shù)恼陉?/h3>
建筑采光頂?shù)恼陉柍７譃閮?nèi)遮陽和外遮陽兩種方式。內(nèi)遮陽常用遮陽簾或遮陽百葉，考慮采光頂人工調(diào)節(jié)的局限，可以采用電動(dòng)控制方式。外遮陽常用可調(diào)節(jié)外百頁遮陽，綜合考慮節(jié)能和采光效果，可以將百頁的頁片傾斜角度作不同的調(diào)整。
4.4 采光頂?shù)耐L(fēng)
考慮采光頂?shù)奶厥馕恢?，可以結(jié)合被動(dòng)節(jié)能技術(shù)中的通風(fēng)技術(shù)來使用。可開啟的采光頂設(shè)計(jì)成出風(fēng)口，而在地面設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，從而可以形成 “煙囪效應(yīng)”，實(shí)現(xiàn)建筑的被動(dòng)節(jié)能。
4.5 其它
利用水的氣化潛熱，可以將采光頂設(shè)置為蓄水屋頂或單坡型流水結(jié)構(gòu)，這樣即可大大降低建筑能耗。
[1]沈小峰.玻璃結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用[J].世界建筑,2002(01).
[2]朱穎心,彥啟森. 建筑環(huán)境學(xué)[M].北京.中國建筑工業(yè)出版社,2005.
[3]劉念雄，秦佑國.建筑熱環(huán)境[M].北京.清華大學(xué)出版社,2005.
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