建筑采光顶的传热特性分析

张竹慧

（武警工程大学装备工程学院,西安 710086）

1 引言

采光顶是基于水平采光通风的建筑顶部构造形式，在现代建筑中有着非常广泛的运用，除了建筑设计常规性能外，采光顶在节能技术方面也逐渐受到业内技术人员的关注。

2 采光顶的热平衡方程

建筑采光顶作为建筑围护结构的一部分，通过其传递的热量主要有温差驱动的传热量、太阳辐射得热量和空气渗透得失热量。温差驱动的热热量大小和建筑采光顶的传热系数大小有很大的关系，太阳辐射得热量大小和太阳得热系数SHGC有关，空气渗透得失热量取决于室内外风速、温度引起的压力变化和采光顶的缝隙大小。

综合以上因素，采光顶的热平衡方程列为如下形式：

式中：Q—— 通过采光顶系统进入室内的热量，W；U—— 采光顶传热系数，W/(m2K)；A—— 采光顶面积，m2；Tout；Tin—— 室外、室内空气温度，K ；I——太阳辐射强度，W/m2；

SHGC——玻璃系统的太阳光总透射比，应按下式计算：

qin,i-------- 第i层玻璃向室内的二次传热。HGinfil-------- 空气渗透带来的总得热，W；

La------- 通过缝隙的空气渗透量，m3/h；ρa------- 空气密度；hout；hin------- 室外、室内的空气比焓；l------- 采光顶缝隙长度；△P------- 建筑室内外压力差；a------- 实验系数，取决于采光顶的气密性。

3 采光顶传热特性分析

和其它的建筑透明围护结构相比，采光顶的垂直角度一般大于10度，由于其受力损坏后的直接危害相当大，所以当前采光顶玻璃通常用中空上层半钢化夹层玻璃的组合形式，下面以中空上层半钢化夹层玻璃为例进行热特性分析。

3.1 采光顶的传热

简化处理，中空上层半钢化夹层玻璃的采光顶可以当作多层玻璃+封闭空气间层的组合体系，其传热如下图所示。

3.2 采光顶传热阻

中空上层半钢化夹层玻璃采光顶的传热阻如下：

式中：Ri------- 第i层玻璃的固体热阻，(m2·K)/W；Rg------- 气体间层热阻，(m2·K)/W；di；dp------- 各层厚度，m；λi；λp------- 各层导热系数，W/(m·K)；T1；T2---------气体间层内外表面温度，Kqg------- 封闭气体间层热流密度，W/m2。

3.3 采光顶传热系数

图略太阳辐射影响，将传热条件最简化，采光顶的传热系数应按下式计算：

式中：qin(Is=0)-------无太阳辐射时通过采光顶系统传向室内的净热流， W/m2；To,out；Tn,in--------室外、室内环境温度，K。

4 采光顶的节能优化

建筑采光顶可从传热系数、构造、遮阳、通风等方面进行节能优化。

4.1 采光顶传热系数

采光顶传热系数的大小直接影响建筑物的整体节能效果，只有将采光顶的传热系数局降低，才能降低建筑的能耗。传热系数的降低主要有降低玻璃传热系数、增强框材隔热性能等方面入手。

4.2 采光顶的构造形式

适当减少采光顶的采光面积、增加穹顶型采光覆盖等是构造方面的节能措施。水平屋顶接受的日太阳辐射是西墙接受辐射量的2倍，通过减少采光顶面积，可以起到明显的节能效果。此外穹隆型玻璃采光屋面可以形成“蓄热仓”，也可以起到节能的作用。

4.3 采光顶的遮阳

建筑采光顶的遮阳常分为内遮阳和外遮阳两种方式。内遮阳常用遮阳帘或遮阳百叶，考虑采光顶人工调节的局限，可以采用电动控制方式。外遮阳常用可调节外百页遮阳，综合考虑节能和采光效果，可以将百页的页片倾斜角度作不同的调整。

4.4 采光顶的通风

考虑采光顶的特殊位置，可以结合被动节能技术中的通风技术来使用。可开启的采光顶设计成出风口，而在地面设置进风口，从而可以形成 “烟囱效应”，实现建筑的被动节能。

4.5 其它

利用水的气化潜热，可以将采光顶设置为蓄水屋顶或单坡型流水结构，这样即可大大降低建筑能耗。

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