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《天津大学》 2004年
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办公建筑的天然采光与能耗分析

陈红兵  
【摘要】:与人工照明相比,利用天然光照明既节能环保又可能提高工作效率有益健康,因此,特别受到建筑业内人士的关注。然而,建筑物天然采光的影响因素很多,包括建筑的特性参数、建筑所处环境状况以及天空状态等,其中最主要的影响因素是透进天然光的窗或幕墙的特性参数,具体又与窗户的朝向、面积、外形、透光率以及在外墙上的位置等有关。国内关于天然采光的研究工作大部分是建筑学专业科技人员所做,主要局限于定性分析或美学方面,尚未查阅到综合天然采光和建筑能耗进行量化研究的相关文献。 本课题采用数值模拟计算的方法,对建筑物天然采光的主要影响因素如窗墙比、窗户高、玻璃透光率和朝向等进行了全面的分析,包括其对室内天然采光的分布、照明节电和采暖空调能耗的影响,以及相互之间的关系,并建立了实验模型,通过实测验证了几个主要影响因素与自然采光的实际关系。具体的研究内容包括: 1 通过实地调查或查阅建筑施工图以及相关的参考资料,对香港地区几十幢玻璃幕墙办公建筑的建筑特性进行分析与研究。调查结果显示,根据维护结构构造的不同,外墙可分为五类。其中Ⅱ和Ⅲ类最为普遍,占了调查建筑的68%;以占总量约2/3的较具代表性的玻璃幕墙为例,建立了一个幕墙建筑模型,采用TRNSYS能耗模拟软件计算分析了窗墙比、窗台高、透光率和朝向等参数对供暖空调能耗的影响。 2 通过对建筑物室内照度数值模拟研究发现,采用CIE晴天天空模型和CIE阴天天空模型既能较准确地预测建筑物的室内天然光分布,又能有效地节省运算时间和计算机存储空间;基于本文能耗模拟计算的同一模型,采用RADIANCE软件计算分析了CIE晴天和CIE阴天工况下窗墙比、窗台高、透光率和窗户外形等参数对室内照度的影响,分别回归出各影响因素下室内照度的计算公式; 3 依据相似理论原则建立了验证天然光模拟计算的实验房,从理论和模拟两个方面验证了模型与原型天然光分布的相似性。基于天空状态的多变性,提出用天然采光因数替代照度进行实验验证,对实验中的几种测试方法进行了误差分析,并通过实验验证了窗墙比、窗台高和透光率对天然采光因数分布的影响。 4 为了更直观地分析各参数对照明节电的影响,提出了“特征点”、“特征线”和“特征距离”等概念;分析了天然采光下的照明节能状况,综合考虑照明、采暖和空调能耗,计算分析了几个主要特性参数对总能耗的影响。
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