建筑采光頂的傳熱特性分析

張竹慧

（武警工程大學裝備工程學院,西安 710086）

1 引言

采光頂是基于水平采光通風的建筑頂部構造形式，在現代建筑中有著非常廣泛的運用，除了建筑設計常規性能外，采光頂在節能技術方面也逐漸受到業內技術人員的關注。

2 采光頂的熱平衡方程

建筑采光頂作為建筑圍護結構的一部分，通過其傳遞的熱量主要有溫差驅動的傳熱量、太陽輻射得熱量和空氣滲透得失熱量。溫差驅動的熱熱量大小和建筑采光頂的傳熱系數大小有很大的關系，太陽輻射得熱量大小和太陽得熱系數SHGC有關，空氣滲透得失熱量取決于室內外風速、溫度引起的壓力變化和采光頂的縫隙大小。

綜合以上因素，采光頂的熱平衡方程列為如下形式：

式中：Q—— 通過采光頂系統進入室內的熱量，W；U—— 采光頂傳熱系數，W/(m2K)；A—— 采光頂面積，m2；Tout；Tin—— 室外、室內空氣溫度，K ；I——太陽輻射強度，W/m2；

SHGC——玻璃系統的太陽光總透射比，應按下式計算：

qin,i-------- 第i層玻璃向室內的二次傳熱。HGinfil-------- 空氣滲透帶來的總得熱，W；

La------- 通過縫隙的空氣滲透量，m3/h；ρa------- 空氣密度；hout；hin------- 室外、室內的空氣比焓；l------- 采光頂縫隙長度；△P------- 建筑室內外壓力差；a------- 實驗系數，取決于采光頂的氣密性。

3 采光頂傳熱特性分析

和其它的建筑透明圍護結構相比，采光頂的垂直角度一般大于10度，由于其受力損壞后的直接危害相當大，所以當前采光頂玻璃通常用中空上層半鋼化夾層玻璃的組合形式，下面以中空上層半鋼化夾層玻璃為例進行熱特性分析。

3.1 采光頂的傳熱

簡化處理，中空上層半鋼化夾層玻璃的采光頂可以當作多層玻璃+封閉空氣間層的組合體系，其傳熱如下圖所示。

3.2 采光頂傳熱阻

中空上層半鋼化夾層玻璃采光頂的傳熱阻如下：

式中：Ri------- 第i層玻璃的固體熱阻，(m2·K)/W；Rg------- 氣體間層熱阻，(m2·K)/W；di；dp------- 各層厚度，m；λi；λp------- 各層導熱系數，W/(m·K)；T1；T2---------氣體間層內外表面溫度，Kqg------- 封閉氣體間層熱流密度，W/m2。

3.3 采光頂傳熱系數

圖略太陽輻射影響，將傳熱條件最簡化，采光頂的傳熱系數應按下式計算：

式中：qin(Is=0)-------無太陽輻射時通過采光頂系統傳向室內的凈熱流， W/m2；To,out；Tn,in--------室外、室內環境溫度，K。

4 采光頂的節能優化

建筑采光頂可從傳熱系數、構造、遮陽、通風等方面進行節能優化。

4.1 采光頂傳熱系數

采光頂傳熱系數的大小直接影響建筑物的整體節能效果，只有將采光頂的傳熱系數局降低，才能降低建筑的能耗。傳熱系數的降低主要有降低玻璃傳熱系數、增強框材隔熱性能等方面入手。

4.2 采光頂的構造形式

適當減少采光頂的采光面積、增加穹頂型采光覆蓋等是構造方面的節能措施。水平屋頂接受的日太陽輻射是西墻接受輻射量的2倍，通過減少采光頂面積，可以起到明顯的節能效果。此外穹隆型玻璃采光屋面可以形成“蓄熱倉”，也可以起到節能的作用。

4.3 采光頂的遮陽

建筑采光頂的遮陽常分為內遮陽和外遮陽兩種方式。內遮陽常用遮陽簾或遮陽百葉，考慮采光頂人工調節的局限，可以采用電動控制方式。外遮陽常用可調節外百頁遮陽，綜合考慮節能和采光效果，可以將百頁的頁片傾斜角度作不同的調整。

4.4 采光頂的通風

考慮采光頂的特殊位置，可以結合被動節能技術中的通風技術來使用?？砷_啟的采光頂設計成出風口，而在地面設置進風口，從而可以形成 “煙囪效應”，實現建筑的被動節能。

4.5 其它

利用水的氣化潛熱，可以將采光頂設置為蓄水屋頂或單坡型流水結構，這樣即可大大降低建筑能耗。

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