呼和浩特地区西向商铺遮阳对室内温度的影响

2021-09-26内蒙古工业大学建筑学院内蒙古自治区绿色建筑重点实验室苏晓明宫思凡

城市建筑空间 2021年8期

文/内蒙古工业大学建筑学院内蒙古自治区绿色建筑重点实验室李静苏晓明宫思凡

1 研究背景

窗户是建筑中主要的得热构件之一，直接影响室内温度，因此，合理的外窗遮阳对降低建筑能耗及改善室内温度具有关键作用。目前国内部分学者对建筑外遮阳与建筑能耗之间的关系进行研究，通过分析外遮阳系数，从而简化建筑遮阳外窗太阳辐射得热的计算方法；通过特征温度法研究遮阳系数变化时能耗相对变化情况，以验证遮阳系数对冬夏两季的能耗影响；通过数值模拟验证办公建筑不同形式的外遮阳对建筑能耗的影响。

部分学者对窗口最佳遮阳形式进行研究，如运用IES-VE对办公建筑外遮阳类型及构件进行探索，得出不同朝向窗口最节能的遮阳方式；通过分析窗口遮阳对室内热环境的作用，计算得出透过各种窗户的得热量，找出改善窗口遮阳的有效措施；分析夏热冬冷地区建筑遮阳，得出建筑最佳外遮阳；研究夏热冬冷地区玻璃幕墙办公建筑不同形式的遮阳构件对围护结构日照辐射、室内采光、空调能耗等因素的影响，判断在夏热冬冷地区适宜推广的建筑遮阳形式；运用数值模拟分析法，分析南向窗口遮阳对太阳辐射和自然采光的影响，得到最优化的窗口遮阳设计尺寸；研究有无遮阳在使用过程中对室内温度的影响，如研究夏季典型日相同房间有遮阳与无遮阳对室内温度的影响。

目前，针对严寒地区商铺建筑中遮阳情况对室内温度影响的研究较少，但商铺外窗玻璃面积较大，太阳辐射对室内温度的影响较显著，因此遮阳具有必要性。本文选取呼和浩特地区室内物理环境较差的西向沿街商铺遮阳作为研究对象，通过EnergyPlus软件建立模型，模拟数据，分析遮阳对冬夏两季室内温度的影响。本文忽略遮阳的具体形式，直接研究遮阳的降温效果。

2 研究方法

2.1 调研方案

在初期调研时，对呼和浩特地区西向商铺遮阳情况进行统计分析，最终选取呼伦贝尔北路40号和41号为研究对象，并对其进行实地调研测量。商铺地面为木地板，门窗为3mm厚钢化玻璃。40号房间平面尺寸为5700mm×9000mm，层高3900mm，西面窗墙比为1；41号房间平面尺寸为5400mm×9000mm，层高3900mm，西面窗墙比为1（见图1）。夏季室内安装电风扇以调节室温，冬季以北墙挂暖进行采暖。测试使用的主要仪器为激光测距仪与温湿度仪。

图1 研究对象40，41号商铺

2.2 问卷调查

在调研测试期间，对商铺老板进行热舒适调查，包括：①冬季与夏季室内的热感觉怎样（热、温、适中、微凉、冷）？②冬季与夏季，你希望更热、更冷还是不变？③冬季主要取暖方式和夏季主要降温方式分别是什么？④描述冬季和夏季的衣着情况。

2.3 问卷结果

通过问卷调查，得知冬季室内大部分时间室温舒适，晴天14:00—16:00阳光充足时，人体感觉舒适；夏季7—9月中旬西晒时间较长，需稍降卷帘门遮挡部分阳光，并通过电风扇配合开门以降低室内温度，但达不到室内舒适温度，感觉较热。

综合问卷调查和测量结果发现，冬季西向商铺的室内温度适宜，无需考虑冬季遮阳问题。而夏季室内舒适度差，因此软件模拟研究6—9月遮阳对室内温度的影响。

2.4 模型建立

模拟采用EnergyPlus软件进行太阳辐射、光、热等能耗的分析评估。模型建筑共1层，层高3900mm，40及41号商铺房间平面尺寸分别为5700mm×9000mm和5400mm×9000mm；外窗高3600mm，宽5700，5400mm，窗墙面积比为1，外墙选用60mm厚的岩棉板作为保温层，屋面保温层选用80mm厚挤塑板（见图2）。首先模拟现状情况，以实测数据验证模拟的准确性，模拟夏季遮阳效果时通过调整遮阳系数，分析使用遮阳构件前后室内温度的变化。照明和人员作息时间均采用默认值。房间不开空调，模拟房间自然室温。

图2 40号商铺及41号商铺模型

2.5 建筑遮阳效果分析

1）无遮阳情况下室内温度分析研究中将室内温度分为3个等级：室内温度≤26 ℃（舒适范围），≤28 ℃（一般舒适范围）及≤30 ℃（可忍受范围）。模拟结果可知，40号商铺6—9月有61d的室内温度>26℃，有28d室内温度>28℃；41号商铺6—9月有58d室内温度>26℃，有22d室内温度>28℃。

2）有遮阳情况下室内温度分析考虑商铺沿街立面形象及冬、夏季遮阳的可操控性，最终选择内百叶遮阳形式进行模拟。模拟结果可知40号商铺6—9月有32d的室内温度>26℃，有3d室内温度>28℃；41号商铺6—9月有28d室内温度>26℃，有3d室内温度>28℃（见图3，4）。