浅析玻璃幕墙遮阳型式对夏季室内光热环境的影响

贺金龙 中国建筑科学研究院

1 引言

随着现代建筑的高速发展，玻璃幕墙建筑在协调建筑整体美观上发挥着重要的作用，在现代建筑的应用越来越普遍。幕墙建筑与传统围护结构建筑不同，大面积采用玻璃作为围护结构提升了建筑美观的同时，在采光、遮阳、保温等方面提出更高要求。夏热冬暖地区建筑幕墙遮阳是影响建筑能耗最大因素之一，因此在提升玻璃幕墙热工性能同时也需要考虑不同遮阳形式对建筑整体能耗的影响，合理设置遮阳可以降低建筑空调能耗，提高室内光热环境的舒适度。

案例办公建筑位于三亚市，该地区对围护结构保温要求较低，主要考虑夏季隔热。通过透光围护结构进入到室内的太阳辐射热量是形成空调冷负荷的主要因素，因此需通过提升透光幕墙遮阳系数来控制太阳辐射的影响。本建筑除层间设置有非透明铝板幕墙外其他部分均采用全玻璃幕墙结构，各朝向窗墙面积比达到60%以上，项目效果图如图1所示。

运用CFD技术模拟办公区域在夏季具体工况下的室内光热环境状态，通过模拟分析，评价不同遮阳形式下的室内温度场和热舒适度的优劣。

2 计算模型及条件

由于三亚市夏季太阳高度角最大，太阳辐射最强烈，因此选择夏季作为本次分析时间段，并确定7月21日作为典型日，选取中间标准层作为典型考察对象，考察水平遮阳、垂直遮阳对其室内环境的影响，图2为建筑三维模型及添加水平遮阳和垂直遮阳后的标准层模型。

图2 标准层模型

3 不同时刻不同遮阳形式下室内温度分布情况分析

通过模拟分析，由图3 可以看出10:00 时刻室内温度分布整体情况，其中：

（1）水平遮阳时的室内温度比垂直遮阳时的温度低1℃左右，这是由于三亚接近北回归线，太阳高度角较高，因此水平遮阳的效果会优于垂直遮阳。

（2）由于太阳高度角和太阳方位角的原因，两种遮阳型式的东侧温度稍稍高于其他区域，但整体分布尚为均匀。

图3 10:00时刻室内温度分布

通过模拟分析，由图4 可以看出14:00 时刻室内温度分布整体情况，其中：

（1）水平遮阳时的室内温度比垂直遮阳时的温度低2℃～3℃左右，这是由于三亚接近北回归线，太阳高度角较高，因此水平遮阳的效果会优于垂直遮阳。

（2）由于太阳高度角和太阳方位角的原因，两种遮阳型式的西南侧温度稍稍高于其他区域，且整体分布比10:00更不均匀。这是由于建筑材料经过自日出到14:00之间的蓄热因素，导致各个朝向的升温来源不仅有太阳辐射的热量，亦有建筑材料蓄热放热的影响。

图4 14:00时刻室内温度分布

4 不同时刻不同遮阳形式下室内天然采光照度的分布情况分析

通过模拟分析，由图5 可以看出10:00 时刻室内天然采光照度分布整体情况，其中：

（1）水平遮阳时的室内天然采光照度比垂直遮阳时的天然采光照度面积小，这是由于三亚接近北回归线，太阳高度角较高，因此水平遮阳的遮阳效果会优于垂直遮阳，相应的进入室内的太阳光线更少，同照度面积的相应较少。

（2）由于太阳高度角和太阳方位角的原因，两种遮阳型式的东北和东南方向的照度明显高于室内其它位置，且靠近外窗的区域天然采光照度更大，符合光学特性。

图5 10:00时刻室内天然采光照度的分布

通过模拟分析，由图6 可以看出14:00 时刻室内天然采光照度的分布整体情况，其中：

（1）水平遮阳时的室内天然采光照度比垂直遮阳时的天然采光照度低，这是由于三亚接近北回归线，太阳高度角较高，因此水平遮阳的遮阳效果会优于垂直遮阳，相应的进入室内的太阳光线更少，同照度面积的相应较少。14:00的太阳方位接近于正上方（仅稍稍偏西），因此水平遮阳的遮阳效果更佳。

（2）由于太阳高度角和太阳方位角的原因，垂直遮阳型式的西北和西南方向的照度明显高于室内其它位置，由于14:00的太阳方位接近于正上方（仅稍稍偏西），水平遮阳的室内照度差异并不那么明显，符合光学特性。

图6 14:00时刻室内天然采光照度的分布

5 分析结论

通过对办公楼项目主楼标准层建模，分别设置水平遮阳和垂直遮阳后，根据夏季不同时刻室内室内温度分布情况的分析结果，水平遮阳优于垂直遮阳，根据夏季室内天然采光照度的分布情况的分析结果，水平遮阳优于垂直遮阳。综合考虑夏季室内温度和室内光环境等舒适度的影响，水平遮阳优于垂直遮阳。