办公建筑西晒窗采光研究

金　晶，　方廷勇，　刘晓凤

(安徽建筑大学, 安徽 合肥　230022)

办公建筑西晒窗采光研究

金晶，方廷勇，刘晓凤

(安徽建筑大学, 安徽 合肥230022)

摘要:文章采用Radiance和Ecotect软件模拟分析办公建筑西晒窗户的采光和太阳辐射，针对西向房间相同窗面积，不同的开窗数量的房间进行相应的模拟，对比采光系数、天然光照度和太阳辐射量，找出优化方案。

关键词:自然采光；太阳辐射； Radiance；Ecotect

建筑设计中不可避免的出现西晒。西晒会导致室内过热及眩光，为避免太阳辐射过多常常设置遮阳装置，这就使得室内采光受到影响，从而增加了照明能耗。若为了达到良好的采光效果，可能使得开窗面积加大，接收到的辐射增多，室内空调使用时间增长，从而又增加了空调部分的能耗。本文利用Ecotect和Radiance软件对办公建筑的西向窗户的采光和太阳辐射进行模拟分析，得出优化的西晒房间窗型。Ecotect和 Radiance的结合使用渲染出的结果更加的精细、准确。一般我们将Radiance软件视为Ecotect的插件，两者之间的关系非常紧密。

1模型的建立和设置

本文建模背景为以合肥市某大进深办公楼为例，办公室尺寸为长10m×宽5m×高3.5m，采用单侧采光的方式，且采光窗位于西面侧墙。室外临界照度4500lx，室外天然光设计照度为13500lx。将夏季07-21日选为模拟时间段，计算不同工况下的自然采光系数平均值和太阳辐射量。建模时，设置材料参数。地板和墙体反射比分别为0.58、0.84，窗户采用6mm高透光Low-E玻璃，玻璃透射比为0.72。

模型办公室房间西侧窗户由3排7列1m2的小窗户组成，采光面积为21m2。在采光口面积不变的前提下，对采光口的尺寸、数量等进行不同工况设置。针对不同工况，在面积不变时，相同窗户数量的条件下，模拟窗户横向排列和竖向排列时，对室内采光和能耗的影响。

2办公室采光及太阳辐射模拟结果对比分析

2.1不同数量的窗户对采光和太阳辐射的影响

针对本地区气候环境、光环境特点，在总采光面积相同的情况下，为了研究采光口数量对室内采光效果的影响，设置工况如图1所示。

图1　设置的工况

由图2可知，在保证窗户面积相同的基础上，前期随着窗户数量的增多，采光效果逐渐变差，工况6采光效果最低。

图2不同工况的采光系数和室内自然光照度

图3　不同工况的太阳辐射量对比

通过图2与图3对比，太阳辐射量与采光系数的趋势大致相同，当有2面窗户时，太阳辐射量最大；当超过2面窗户后，随着窗户数量的增加，太阳辐射量减少，减少的幅度也变缓。

综合采光和太阳辐射量可知，当有2、3面窗户时，采光效果最好、太阳辐射量最大；窗户数量最多时，采光效果和太阳辐射量均为最低值。同样面积情况下，窗户数量越多，采光效果和太阳辐射量都越弱。

2.2不同分布的窗户对采光和太阳辐射的影响

(1)当西立面有2扇窗户时，分别模拟上下排列和左右排列情况下的房间，其结果如图4所示。

图4　两面窗户采光效果对比图

(2)当西立面有3扇窗户时，分别模拟竖向排列和横向排列情况下的房间，其结果如图5所示：

(3)当西立面有4扇窗户时，分别模拟竖向排列和综合形式排列情况下的房间，其结果如图6所示：

图5　3面窗采光效果对比图

图6　四面窗采光效果对比图

通过以上3组情况的两两对比，观察采光效果图可知，在相同面积窗户的情况下，横向排列的窗户比竖向排列的窗户的房间平均采光系数高，采光效果较好。同时，随着窗户数量的增多，窗户横向和竖向排列的房间平均采光系数都在逐渐减小。

图7　太阳辐射量数据对比

太阳辐射量数据对比入图7所示。由图7可见，在窗户面积不变的情况下，竖向排列窗户的太阳辐射量比横向排列的窗户低，同时，随着窗户数量的增加，不管是横向还是竖向窗户的房间，太阳辐射量均呈现逐渐减小的趋势。夏热冬冷地区，夏季太阳西晒比较严重，若设置西向窗数量较少，就会造成太阳辐射量变大，夏季空调能耗就会加大，而对冬季采暖能耗造成影响较小。若窗户排列方式以横向，随着西向墙太阳辐射量的增大，建筑总能耗增大。研究对象西向开窗面积大，所以对能耗影响也大。

3结论

通过对西晒办公室侧窗的模拟分析，得到的结论如下：

(1)办公建筑采光设计原则。在办公建筑设计时，在关注采光性能的同时，也要注重太阳辐射、眩光、降噪和视线遮挡的综合性优化设计，达到建筑节能的目的，提供舒适的工作环境。

(2)太阳辐射与自然采光有着密切的关系。在设计时不能顾此失彼，提出最优的设计方案。针对合肥地区某办公建筑的西晒房间，当西立面墙上窗户数量增加时，采光效果和太阳辐射均逐步减弱，随着太阳辐射的减弱，西晒房间对空调的依赖就会降低，减少能耗。虽然采光系数相比较其他工况较小，但已满足规范要求，与灯的能耗相比，空调能耗更大。故在办公建筑西立面墙应优先选择小面积、多窗口的布置方式。

(3)窗户的排列。当在窗户面积不变的情况下，竖向排列窗户的太阳辐射量和采光系数均比横向排列的窗户低。为降低能耗，实现建筑节能的目标，办公建筑这种大面积开窗的建筑应优先选择竖向排列。

[参考文献]

[1]隋倩. 住宅西向房间开窗对自然采光的影响研究[J].建筑实践,2014,(5):45-48.

[2]高宏逵.夏热冬冷地区办公建筑节能设计对策研究[D].哈尔滨工业大学，2007.

[3]云朋.ECOTECT建筑环境设计教程[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[4]GB50033-2013,建筑采光设计标准[S].

[5]2007JSCS-J ,全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇-建筑[S].

(责任编辑陈化钢)

On the countermeasure research of western room in office building about window conservation design

JIN Jing,FANG Ting-yong,LIU Xiao-feng

(Anhui Jianzhu University,Hefei 230022,China)

Abstract:This paper uses Radiance and Ecotect to simulate the day-lighting effect and solar radiation about different number of the windows in a wall. Comparing lighting coefficient of natural light and the solar radiation, finds out the optimized scheme.

Key words:natural lighting; solar radiation; Radiance; Ecotect

收稿日期：2016-03-08；修回日期：2016-03-10

作者简介：金晶(1989-),女，安徽淮北人，硕士生，从事建筑节能与绿色建筑研究。

DOI：10.3969/j.issn.1671-6221.2016.02.004

中图分类号：TP31

文献标识码：A

文章编号：1671-6221(2016)02-0014-03