呼和浩特地區西向商鋪遮陽對室內溫度的影響

文/內蒙古工業大學建筑學院 內蒙古自治區綠色建筑重點實驗室 李 靜 蘇曉明 宮思凡

1 研究背景

窗戶是建筑中主要的得熱構件之一，直接影響室內溫度，因此，合理的外窗遮陽對降低建筑能耗及改善室內溫度具有關鍵作用。目前國內部分學者對建筑外遮陽與建筑能耗之間的關系進行研究，通過分析外遮陽系數，從而簡化建筑遮陽外窗太陽輻射得熱的計算方法；通過特征溫度法研究遮陽系數變化時能耗相對變化情況，以驗證遮陽系數對冬夏兩季的能耗影響；通過數值模擬驗證辦公建筑不同形式的外遮陽對建筑能耗的影響。

部分學者對窗口最佳遮陽形式進行研究，如運用IES-VE對辦公建筑外遮陽類型及構件進行探索，得出不同朝向窗口最節能的遮陽方式；通過分析窗口遮陽對室內熱環境的作用，計算得出透過各種窗戶的得熱量，找出改善窗口遮陽的有效措施；分析夏熱冬冷地區建筑遮陽，得出建筑最佳外遮陽；研究夏熱冬冷地區玻璃幕墻辦公建筑不同形式的遮陽構件對圍護結構日照輻射、室內采光、空調能耗等因素的影響，判斷在夏熱冬冷地區適宜推廣的建筑遮陽形式；運用數值模擬分析法，分析南向窗口遮陽對太陽輻射和自然采光的影響，得到最優化的窗口遮陽設計尺寸；研究有無遮陽在使用過程中對室內溫度的影響，如研究夏季典型日相同房間有遮陽與無遮陽對室內溫度的影響。

目前，針對嚴寒地區商鋪建筑中遮陽情況對室內溫度影響的研究較少，但商鋪外窗玻璃面積較大，太陽輻射對室內溫度的影響較顯著，因此遮陽具有必要性。本文選取呼和浩特地區室內物理環境較差的西向沿街商鋪遮陽作為研究對象，通過EnergyPlus軟件建立模型，模擬數據，分析遮陽對冬夏兩季室內溫度的影響。本文忽略遮陽的具體形式，直接研究遮陽的降溫效果。

2 研究方法

2.1 調研方案

在初期調研時，對呼和浩特地區西向商鋪遮陽情況進行統計分析，最終選取呼倫貝爾北路40號和41號為研究對象，并對其進行實地調研測量。商鋪地面為木地板，門窗為3mm厚鋼化玻璃。40號房間平面尺寸為5700mm×9000mm，層高3900mm，西面窗墻比為1；41號房間平面尺寸為5400mm×9000mm，層高3900mm，西面窗墻比為1（見圖1）。夏季室內安裝電風扇以調節室溫，冬季以北墻掛暖進行采暖。測試使用的主要儀器為激光測距儀與溫濕度儀。

圖1 研究對象40，41號商鋪

2.2 問卷調查

在調研測試期間，對商鋪老板進行熱舒適調查，包括：①冬季與夏季室內的熱感覺怎樣（熱、溫、適中、微涼、冷）？②冬季與夏季，你希望更熱、更冷還是不變？③冬季主要取暖方式和夏季主要降溫方式分別是什么？④描述冬季和夏季的衣著情況。

2.3 問卷結果

通過問卷調查，得知冬季室內大部分時間室溫舒適，晴天14:00—16:00陽光充足時，人體感覺舒適；夏季7—9月中旬西曬時間較長，需稍降卷簾門遮擋部分陽光，并通過電風扇配合開門以降低室內溫度，但達不到室內舒適溫度，感覺較熱。

綜合問卷調查和測量結果發現，冬季西向商鋪的室內溫度適宜，無需考慮冬季遮陽問題。而夏季室內舒適度差，因此軟件模擬研究6—9月遮陽對室內溫度的影響。

2.4 模型建立

模擬采用EnergyPlus軟件進行太陽輻射、光、熱等能耗的分析評估。模型建筑共1層，層高3900mm，40及41號商鋪房間平面尺寸分別為5700mm×9000mm和5400mm×9000mm；外窗高3600mm，寬5700，5400mm，窗墻面積比為1，外墻選用60mm厚的巖棉板作為保溫層，屋面保溫層選用80mm厚擠塑板（見圖2）。首先模擬現狀情況，以實測數據驗證模擬的準確性，模擬夏季遮陽效果時通過調整遮陽系數，分析使用遮陽構件前后室內溫度的變化。照明和人員作息時間均采用默認值。房間不開空調，模擬房間自然室溫。

圖2 40號商鋪及41號商鋪模型

2.5 建筑遮陽效果分析

1）無遮陽情況下室內溫度分析 研究中將室內溫度分為3個等級：室內溫度≤26 ℃（舒適范圍），≤28 ℃（一般舒適范圍）及≤30 ℃（可忍受范圍）。模擬結果可知，40號商鋪6—9月有61d的室內溫度>26℃，有28d室內溫度>28℃；41號商鋪6—9月有58d室內溫度>26℃，有22d室內溫度>28℃。

2）有遮陽情況下室內溫度分析 考慮商鋪沿街立面形象及冬、夏季遮陽的可操控性，最終選擇內百葉遮陽形式進行模擬。模擬結果可知40號商鋪6—9月有32d的室內溫度>26℃，有3d室內溫度>28℃；41號商鋪6—9月有28d室內溫度>26℃，有3d室內溫度>28℃（見圖3，4）。

圖3 40號商鋪有無遮陽月平均溫度

圖4 41號商鋪有無遮陽月平均溫度

3）遮陽的降溫效果分析 通過以上圖表對比可看出，40號商鋪與41號商鋪2個建筑模型在設置遮陽后，月平均室內溫度均降低1℃左右，由此證明通過增設建筑遮陽裝置對西向商鋪的室內溫度有一定降溫效果。

3 結語

本文采用EnergyPlus模擬呼和浩特市典型西向商鋪遮陽對降低室內溫度的效果，重點分析有遮陽和無遮陽狀態下建筑室內溫度的變化規律。結果表明，在6—9月有遮陽可明顯降低室內溫度。內百葉遮陽在冬季不僅使室內獲得充足陽光，而且夏季可通過調控，在不使用電風扇情況下使室內溫度達到舒適范圍，降低夏季能耗。