文/內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院 內(nèi)蒙古自治區(qū)綠色建筑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 李 靜 蘇曉明 宮思凡

1 研究背景

窗戶是建筑中主要的得熱構(gòu)件之一，直接影響室內(nèi)溫度，因此，合理的外窗遮陽(yáng)對(duì)降低建筑能耗及改善室內(nèi)溫度具有關(guān)鍵作用。目前國(guó)內(nèi)部分學(xué)者對(duì)建筑外遮陽(yáng)與建筑能耗之間的關(guān)系進(jìn)行研究，通過(guò)分析外遮陽(yáng)系數(shù)，從而簡(jiǎn)化建筑遮陽(yáng)外窗太陽(yáng)輻射得熱的計(jì)算方法；通過(guò)特征溫度法研究遮陽(yáng)系數(shù)變化時(shí)能耗相對(duì)變化情況，以驗(yàn)證遮陽(yáng)系數(shù)對(duì)冬夏兩季的能耗影響；通過(guò)數(shù)值模擬驗(yàn)證辦公建筑不同形式的外遮陽(yáng)對(duì)建筑能耗的影響。

部分學(xué)者對(duì)窗口最佳遮陽(yáng)形式進(jìn)行研究，如運(yùn)用IES-VE對(duì)辦公建筑外遮陽(yáng)類型及構(gòu)件進(jìn)行探索，得出不同朝向窗口最節(jié)能的遮陽(yáng)方式；通過(guò)分析窗口遮陽(yáng)對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的作用，計(jì)算得出透過(guò)各種窗戶的得熱量，找出改善窗口遮陽(yáng)的有效措施；分析夏熱冬冷地區(qū)建筑遮陽(yáng)，得出建筑最佳外遮陽(yáng)；研究夏熱冬冷地區(qū)玻璃幕墻辦公建筑不同形式的遮陽(yáng)構(gòu)件對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)日照輻射、室內(nèi)采光、空調(diào)能耗等因素的影響，判斷在夏熱冬冷地區(qū)適宜推廣的建筑遮陽(yáng)形式；運(yùn)用數(shù)值模擬分析法，分析南向窗口遮陽(yáng)對(duì)太陽(yáng)輻射和自然采光的影響，得到最優(yōu)化的窗口遮陽(yáng)設(shè)計(jì)尺寸；研究有無(wú)遮陽(yáng)在使用過(guò)程中對(duì)室內(nèi)溫度的影響，如研究夏季典型日相同房間有遮陽(yáng)與無(wú)遮陽(yáng)對(duì)室內(nèi)溫度的影響。

目前，針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)商鋪建筑中遮陽(yáng)情況對(duì)室內(nèi)溫度影響的研究較少，但商鋪外窗玻璃面積較大，太陽(yáng)輻射對(duì)室內(nèi)溫度的影響較顯著，因此遮陽(yáng)具有必要性。本文選取呼和浩特地區(qū)室內(nèi)物理環(huán)境較差的西向沿街商鋪遮陽(yáng)作為研究對(duì)象，通過(guò)EnergyPlus軟件建立模型，模擬數(shù)據(jù)，分析遮陽(yáng)對(duì)冬夏兩季室內(nèi)溫度的影響。本文忽略遮陽(yáng)的具體形式，直接研究遮陽(yáng)的降溫效果。

2 研究方法

2.1 調(diào)研方案

在初期調(diào)研時(shí)，對(duì)呼和浩特地區(qū)西向商鋪遮陽(yáng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最終選取呼倫貝爾北路40號(hào)和41號(hào)為研究對(duì)象，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)地調(diào)研測(cè)量。商鋪地面為木地板，門窗為3mm厚鋼化玻璃。40號(hào)房間平面尺寸為5700mm×9000mm，層高3900mm，西面窗墻比為1；41號(hào)房間平面尺寸為5400mm×9000mm，層高3900mm，西面窗墻比為1（見(jiàn)圖1）。夏季室內(nèi)安裝電風(fēng)扇以調(diào)節(jié)室溫，冬季以北墻掛暖進(jìn)行采暖。測(cè)試使用的主要儀器為激光測(cè)距儀與溫濕度儀。

圖1 研究對(duì)象40，41號(hào)商鋪

2.2 問(wèn)卷調(diào)查

在調(diào)研測(cè)試期間，對(duì)商鋪老板進(jìn)行熱舒適調(diào)查，包括：①冬季與夏季室內(nèi)的熱感覺(jué)怎樣（熱、溫、適中、微涼、冷）？②冬季與夏季，你希望更熱、更冷還是不變？③冬季主要取暖方式和夏季主要降溫方式分別是什么？④描述冬季和夏季的衣著情況。

2.3 問(wèn)卷結(jié)果

通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，得知冬季室內(nèi)大部分時(shí)間室溫舒適，晴天14:00—16:00陽(yáng)光充足時(shí)，人體感覺(jué)舒適；夏季7—9月中旬西曬時(shí)間較長(zhǎng)，需稍降卷簾門遮擋部分陽(yáng)光，并通過(guò)電風(fēng)扇配合開(kāi)門以降低室內(nèi)溫度，但達(dá)不到室內(nèi)舒適溫度，感覺(jué)較熱。

綜合問(wèn)卷調(diào)查和測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，冬季西向商鋪的室內(nèi)溫度適宜，無(wú)需考慮冬季遮陽(yáng)問(wèn)題。而夏季室內(nèi)舒適度差，因此軟件模擬研究6—9月遮陽(yáng)對(duì)室內(nèi)溫度的影響。

2.4 模型建立

模擬采用EnergyPlus軟件進(jìn)行太陽(yáng)輻射、光、熱等能耗的分析評(píng)估。模型建筑共1層，層高3900mm，40及41號(hào)商鋪房間平面尺寸分別為5700mm×9000mm和5400mm×9000mm；外窗高3600mm，寬5700，5400mm，窗墻面積比為1，外墻選用60mm厚的巖棉板作為保溫層，屋面保溫層選用80mm厚擠塑板（見(jiàn)圖2）。首先模擬現(xiàn)狀情況，以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模擬的準(zhǔn)確性，模擬夏季遮陽(yáng)效果時(shí)通過(guò)調(diào)整遮陽(yáng)系數(shù)，分析使用遮陽(yáng)構(gòu)件前后室內(nèi)溫度的變化。照明和人員作息時(shí)間均采用默認(rèn)值。房間不開(kāi)空調(diào)，模擬房間自然室溫。

圖2 40號(hào)商鋪及41號(hào)商鋪模型

2.5 建筑遮陽(yáng)效果分析

1）無(wú)遮陽(yáng)情況下室內(nèi)溫度分析 研究中將室內(nèi)溫度分為3個(gè)等級(jí)：室內(nèi)溫度≤26 ℃（舒適范圍），≤28 ℃（一般舒適范圍）及≤30 ℃（可忍受范圍）。模擬結(jié)果可知，40號(hào)商鋪6—9月有61d的室內(nèi)溫度>26℃，有28d室內(nèi)溫度>28℃；41號(hào)商鋪6—9月有58d室內(nèi)溫度>26℃，有22d室內(nèi)溫度>28℃。

2）有遮陽(yáng)情況下室內(nèi)溫度分析 考慮商鋪沿街立面形象及冬、夏季遮陽(yáng)的可操控性，最終選擇內(nèi)百葉遮陽(yáng)形式進(jìn)行模擬。模擬結(jié)果可知40號(hào)商鋪6—9月有32d的室內(nèi)溫度>26℃，有3d室內(nèi)溫度>28℃；41號(hào)商鋪6—9月有28d室內(nèi)溫度>26℃，有3d室內(nèi)溫度>28℃（見(jiàn)圖3，4）。

圖3 40號(hào)商鋪有無(wú)遮陽(yáng)月平均溫度

圖4 41號(hào)商鋪有無(wú)遮陽(yáng)月平均溫度

3）遮陽(yáng)的降溫效果分析 通過(guò)以上圖表對(duì)比可看出，40號(hào)商鋪與41號(hào)商鋪2個(gè)建筑模型在設(shè)置遮陽(yáng)后，月平均室內(nèi)溫度均降低1℃左右，由此證明通過(guò)增設(shè)建筑遮陽(yáng)裝置對(duì)西向商鋪的室內(nèi)溫度有一定降溫效果。

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用EnergyPlus模擬呼和浩特市典型西向商鋪遮陽(yáng)對(duì)降低室內(nèi)溫度的效果，重點(diǎn)分析有遮陽(yáng)和無(wú)遮陽(yáng)狀態(tài)下建筑室內(nèi)溫度的變化規(guī)律。結(jié)果表明，在6—9月有遮陽(yáng)可明顯降低室內(nèi)溫度。內(nèi)百葉遮陽(yáng)在冬季不僅使室內(nèi)獲得充足陽(yáng)光，而且夏季可通過(guò)調(diào)控，在不使用電風(fēng)扇情況下使室內(nèi)溫度達(dá)到舒適范圍，降低夏季能耗。