导　　师： 涂光备

学科专业： H1304

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 天津大学

摘　　要： 本课题利用简化的天空模型，采用数值模拟计算的方法，就影响天然采光的主要特性参数如窗墙比、窗户设计形式、朝向、遮阳等进行了详细的分析，包括其对室内天然光分布、照明节能、空调能耗和采暖能耗的影响，以及相互之间的关系，实际测试和验证了主要影响因素对天然采光和建筑能耗的影响。进行了以下的研究工作，得到以下主要结论： 1.分析和计算了窗口采用遮阳设施的时期、方式和遮阳构件的合理尺寸，通过对日照面积系数的分析，根据本文建立的模型，得到天津地区南向窗口合理的遮阳时期为八月上旬(8月5日)全天满窗遮阳，冬至日12时满窗日照；东(西)向窗口适宜的遮阳时期为大暑日(7月23日)9时满窗遮阳，并根据该遮阳日期的设置计算了遮阳构件尺寸。 2.运用TRNSYS软件对选定的建筑能耗计算模型进行了模拟计算，分析了不同窗系统设计，如窗口朝向、窗墙面积比、窗系统组成形式和遮阳等情况下的采暖空调能耗。结果表明：1)西向窗口空调能耗最大，北向窗口空调能耗最小；北向窗口供暖能耗最大，南向窗口供暖能耗最小，综合供暖能耗和空调能耗南向最小，北向最大；东西向能耗总和大于南北向总和。2)空调能耗随窗墙比的增加而增加，供暖能耗随窗墙比的增加略微下降，但空调和供暖的总能耗是增加的。3)夏季空调能耗随着窗遮阳系数和窗玻璃有效面积的减少而减少，冬季窗的传热量下降比太阳得热量下降的快，所以冬季供暖能耗也是随之减少的。双层本(塑)窗能耗最低4)如果遮阳板尺寸设计合理，可以使夏季空调能耗降低的同时，供暖能耗增加很少，使总能耗降低，南向窗口的节能效果最显著。 3.参考现有的研究结果建立了一个简单的天空模型，该模型含有了太阳高度、建筑朝向和天空状态等基本信息，根据立体角投影定律即可模拟计算不同时间，不同朝向的天空光在室内产生的照度，分析了相关建筑特性参数如窗墙比、窗台高、窗设计形式、窗户朝向和遮阳等对室内天然光分布的影响。 4.对天然采光照明控制方式以及减少的建筑能耗进行分析和计算，结果表明：1)调光控制方式比开关控制方式更节能，2)南向窗口天然采光量最大，相应的南向窗口采用调光控制节能也最多，北向窗口照明节能量最少。3)窗墙比越大天然采光节约的电力越多，4)遮阳使两种控制方式照明节能量都减少了，东向遮阳要比南向遮阳对节能量的影响大。 5.从理论和模拟两个方面验证了模型与原型室内照度分布的相似性，对实验中的不同工况下误差值进行了误差分析，结果表明误差均在可接受范围内；实验验证了窗墙比、透光率、天空状态和遮阳对天然采光照度分布的影响，结果表明对本文中讨论天然采光节能问题，模拟计算的结果是可靠和可信的。 6.分析了天然采光照明能耗对空调能耗和供暖能耗的影响，结合空调采暖能耗和照明能耗，对窗设计与天然采光的建筑能耗进行了综合分析。1)南向窗口的房间采用单层钢窗时窗墙比取20％和单层木(塑)窗时窗墙比取25％时，房间的建筑能耗最小；双层钢窗和双层木(塑)窗合理的窗墙比可取在40％左右。2)东(西)向窗口房间窗设计为单层钢窗和单层木(塑)窗时，建筑能耗随窗墙比的增大而增大，较小的窗墙比建筑能耗也越小，可根据节能建筑设计的标准来确定窗墙比；采用双层钢窗和双层木(塑)窗的房间窗墙比取25％时最节能。3)北向窗口建筑的能耗随窗墙比的增大而线性增大，可以根据建筑节能设计标准确定适宜的窗墙比；采用调光控制方式时，单层钢窗和单层木(塑)窗的房间的建筑能耗也随窗墙比增大而增大，双层钢窗和双层木(塑)窗的房间窗墙比为20％时建筑能耗最小。4)南向窗口采取遮阳措施可比不采用遮阳时节能，各种窗设计形式下适宜的窗墙比，单层钢窗为25％，单层木(塑)窗为30％，双层钢窗和双层木(塑)窗为45％，采用遮阳措施的房间与不采用遮阳措施的房间相比，适宜的窗墙比可取稍大值。5)东向房间采用外遮阳措施时，与不采用遮阳措施的房间相比，考虑天然采光的建筑能耗稍高，对于各种窗设计形式下适宜的窗墙比，单层钢窗和单层木(塑)窗的能耗随窗墙比的增大而增大，双层钢窗为20％和双层木(塑)窗为25％.

关 键 词： 办公建筑 天然采光 照明节能 窗墙比 建筑能耗

分 类 号： [TU201.5 TU243 TU113.542]

领　　域： [建筑科学] [建筑科学] [建筑科学]