结合天然采光的办公建筑节能研究

与人工照明相比,天然采光可以节省能源,削减建筑能耗峰值;太阳是一个取之不尽、用之不竭的绿色能源,最大限度的利用天然光不但可以节省照明用电,还减少了环境污染;天然采光可以舒缓神经,舒畅心情,提高工作效率。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,未与建筑节能相联系。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。 本课题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。双层木(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