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某商业综合体中庭天窗对室内热舒适性影响分析

发表时间：2021/4/6 来源：《建筑科技》2020年9月下作者：李建

[导读] 研究对象为夏热冬冷地区某商业建筑紧邻长江大桥，为了扩大景观视野，将自然光尽可能引入室内，增加顶层中庭天窗面积，同时带来顶层温度过高，建筑能耗过大等问题。天窗与实体屋面相比，主要影响的是太阳辐射量进入室内的热量增加，则空调负荷增加。

江苏南京金宸建筑设计有限公司李建 210000

摘要：研究对象为夏热冬冷地区某商业建筑紧邻长江大桥，为了扩大景观视野，将自然光尽可能引入室内，增加顶层中庭天窗面积，同时带来顶层温度过高，建筑能耗过大等问题。天窗与实体屋面相比，主要影响的是太阳辐射量进入室内的热量增加，则空调负荷增加。对比不同遮阳形式对中庭空调冷负荷的影响。除了天窗屋顶面积比外，影响最大的是天窗的遮阳形式，对建筑的装机容量有一定的影响。通过外遮阳可以减少中庭内耗冷量，调整顶层热环境，从而降低中央空调的冷负荷。
关键词：空调负荷；太阳辐射；暖通设计施工；解决方法；
        引言
        中庭是建筑内封闭场所，顶部为玻璃幕墙，其面积较大高度高，国内商业以及大型科研办公的公共区域均已采用中庭形式，改善了室内采光，提升建筑整体的观感效果，体现建筑的特设。但同时带来不少缺点，由于较高的空间，除首层外其他楼层均为无效空间，并且带来室内热环境的影响。根据前期设计研讨，确定本次研究方案：尽量保留现有天窗方案的前提下进行研究；重点考察室内人行高度温度场、热舒适性及能耗。研究内容：分析双银玻璃、三银玻璃方案的影响；分析增加外遮阳的影响；对建筑空调设计提出优化建议；解决方案：降低玻璃系统的太阳得热系数；增加遮阳措施，减少进入室内的太阳辐射量；
        1、研究内容
        1.1建筑物的相关参数
        原有设计：六层天窗及四周围护结构采用双银LOW-E中空玻璃；性能提升：天窗采用三银LOW-E中空玻璃；增加遮阳：天窗采用双银LOW-E中空玻璃增加活动外遮阳（全遮蔽）；

        由于玻璃出厂检验报告基本为实验室检测，与实际使用情况下有误差，达不到检测报告里的性能要求。分析计算时，双银玻璃的遮阳系数按0.55考虑，相应的三银玻璃的遮阳系数按0.44考虑。
        1.2研究对象
        通过人工环境系统分析软件Fluent airpak进行模拟
        1）本次模拟只考虑五层和六层区域，不考虑五层以下区域；
        2）计算区域只考虑中庭区域，周边的商场、餐饮区域负荷由区域内的空调承担，不影响中庭部分的温度，因此中庭与商场的外场边界考虑为绝热边界；
        3）太阳能辐射热量穿透过中庭进入五层以下楼层的辐射得热设定在五层中庭的表面。
        4）除了天窗以外的外窗，由于受到散射辐射的作用，其进入室内的热量以热流密度的形式进入室内。
        由于围护结构外表面同时受到太阳辐射和室外空气温度的热作用，建筑物外表面单位面积上得到的热量为

1.3前期设计研讨结果
根据采用外窗的自身遮阳系数和天窗的面积负荷计算，计算结果如下：

        主要对双银玻璃与三银玻璃的对比，以及无外遮阳与有外遮阳的对比。模拟结果如下：
        （1）根据模拟，双银玻璃无外遮阳情况下，11个监测点中有8点的温度超过了温度设定值26℃。
        监测点的最高温度为30.08℃，为监测点8（中间小平台）。监测点9（中间小平台）的温度也较高，达到了29.14℃。小平台温度较高，热舒适性较差。
        （2）两处小平台温度较高建议可以通过增加空调出风口来解决。
        增加了空调出风口后，南侧小平台的温度从29.14℃降低为26.54℃，中间小平台从30.08℃降低为26.78℃。效果明显，可以显著降低小平台温度。
        （3）双银与三银相比，主要差别在于三银具有更好的遮阳效果，可以降低一部分进入室内的太阳热辐射（单位面积约50W/m2）。
        使用三银玻璃后，室内监测点的平均温度可以降低0.62℃，效果一般。主要是由于太阳辐射强度降低较少，绝大部分热量依旧可以进入室内，导致室内温度较高。
        （4）双银玻璃增加活动外遮阳（全遮蔽）后，在双银高遮阳效果的前提下，可以进一步阻隔90%的太阳辐射。增加外遮阳后，室内监测点的平均温度为22.77℃，相比增加外遮阳前降低了4.23℃，所有监测点的温度均在设定的温度状态点以下，效果显著。
        （5）增加外遮阳后，室内监测点平局温度在22.77℃，温度较低。主要是因为增加活动外遮阳后，基本上阻隔了进入室内的太阳辐射得热，室内负荷降低。实际运行过程中，空调自控系统可调整空气处理机组的制冷量，使室内满足26℃的设定温度，保障了室内的热舒适性。
        4、结语
        研究不同玻璃在外遮阳开启的情况下对比结果：
        1、根据能耗模拟计算软件，双银玻璃-未采用外遮阳的计算装机容量为1056.7kW，双银玻璃-增加外遮阳的计算装机容量为658.7kW，负荷降低37.7%。
        2、增加外遮阳后，建筑能耗下降26869kWh，由于中庭区域面积小，能耗影响较小，主要考虑室内热舒适性的优化。
        3、开启外遮阳，对改善中庭区域的温度环境，舒适度有明显效果。控制顶层中庭环廊温度，以及其他各楼层热环境效果较好。
参考文献：
[1]陈文鹏.浅谈城市商业综合体的设计及节能技术[J],2011,(34).
[2]王峰.基于室内舒适度的大空间空调送风节能设计研究[J].绿色建筑.2018,(2).32-35.
[3]徐响.商业综合体地下中庭空间热舒适性研究[D].中国矿业大学(江苏),2020.
[4]胡宇,黄晨,蔡宁.大空间建筑及其相似放大建筑的室内热环境模拟分析[J].流体机械,2012,(9)