不同活动外遮阳对室内热环境影响的比较研究

　　1.南京地区自然通风的生活习惯

　　南京地处长江下游，为典型的夏热冬冷地区。闷热潮湿和阴冷潮湿是南京夏季与冬季的基本气候特点。南京夏季主导风向为东南风，冬季主导风向为东北风。

　　自然通风利用自然界的空气的能量，既对建筑进行制冷，降低了室内温度，又向室内补充了新鲜、清洁的自然空气，带走潮湿污浊的空气，有利于人体的生理和心理健康。因此，自然通风不仅是重要的被动式建筑节能技术，更代表了健康、自然的生活方式。南京地区长久以来一直有着开窗通风的传统生活习惯。即使在家用空调机和取暖器基本普及的今天，大多数居民仍然在夏季在非高温日和过渡季节持续开窗进行自然通风，调节室内热舒适度;或者在夏季夜间进行自然通风以冷却房间;即使在夏季空调制冷或冬季制热时，也会定时开窗通风，以改善室内空气质量。

　　2.南京地区主要活动式建筑遮阳设施

　　有效的活动式建筑遮阳设施在夏季可以阻挡太阳辐射，减少空调能耗，避免眩光，改善室内热环境。而在过渡季节或夏季非高温日，南京地区白天室外最高气温常常超过30℃。按照传统生活习惯，此时并不需要进行空调制冷，只需采取活动式建筑遮阳措施减少室内的直接太阳得热，并对室内进行有效的自然通风，不消耗任何能源即可获得令人十分满意的室内舒适度;而在冬季，活动式建筑遮阳设施可以收起或关闭，不影响阳光进入室内，保证了室内被动采暖的效果。但是，选用不恰当的活动式建筑遮阳设施，往往会对自然通风效果起一定的阻碍作用，有的甚至会完全阻断室内自然通风。

　　南京地区目前经常出现的活动式建筑遮阳产品有3种，分别为：

　　1)活动外遮阳百叶安装在窗户玻璃外侧，通过电动或手动装置可控制百叶片翻转、升降，不仅可达到理想的遮阳隔热效果，而且可调节通风量和光线强弱。

　　2)活动外遮阳卷帘 安装在窗户玻璃外侧，通过电动或手动装置可控制卷帘升降，卷帘活动式叶片上方设有透气孔，也可调整透气、采光效果。

　　3)活动式中空玻璃内置百叶 在中空玻璃腔内安装活动百叶，百叶可调整角度或升降以调节采光效果。

　　3.模型和边界条件

　　本研究的内容是模拟夏季非高温日或过渡季节时段，室内既需要遮阳隔热、又进行自然通风的状态下，不同的活动式建筑遮阳设施对自然通风效果的影响。为减少计算工作量，对选取的居住空间建筑模型、建筑遮阳设施模型、计算边界条件等均作了简化。

　　3.1 建筑模型

　　本次研究对象为一个南向卧室，室内未布置任何家具物品。卧室内部空间尺寸为4.5m(进深)×3.6m(宽度)×2.8m(高度)。外窗为带上亮的双扇推拉窗，位于南墙中部，充分开启，窗扇均位于西侧;尺寸为1.8m(宽)×1.8m(高)，上亮窗高度0.45m，窗台离地高度0.9m。卧室门洞在北墙西侧，尺寸为0.9m(宽)×2.1m(高)，门完全打开。

　　3.2 活动式建筑遮阳设施模型

　　活动式建筑遮阳设施模型分为活动式遮阳设施完全收起(模型1)和活动式遮阳设施充分打开(下降到底部)两种状态。后者又包括叶片水平的活动外遮阳百叶(模型2)、叶片倾斜30º的活动外遮阳百叶(模型3)、透气孔完全打开的活动外遮阳卷帘(模型4)等三种模型。因活动式中空玻璃内置百叶在提供有效遮阳隔热性能时，玻璃窗必须关闭，基本阻断了室内自然通风，故仅分析比较，不进行模拟计算。

　　3.3 边界条件和控制方程

　　自然通风往往是热压和风压的综合作用。但南京地区绝大多数居住建筑进深较浅，且为平层，同一套居住空间内空气进出口的高度差(或空气温度差)有限，因此风压是自然通风效果控制性因素。故计算时假定室内外空气温度均为28℃，无温差，仅考虑风压作用。室外气流的方向正对着卧室外窗;在窗洞外表面风压为4.0Pa(约相当于室外风速为2.5m/s)。卧室门洞处风压设为零。

　　计算采用标准双方程湍流模型，控制方程为见参考文献2。四种模型的计算采用相同的湍流模型和边界条件;除遮阳设施本身外，其余物体和空间的网格划分均相同。因此计算结果的不同可以认为是由遮阳设施模型不同所导致。

　　4.分析

　　根据计算结果，对在充分打开并提供有效遮阳隔热性能前提下，活动式建筑遮阳设施对南京地区居住建筑的室内自然通风性能影响分析如下。

　　5.1 叶片水平的活动外遮阳百叶

　　室内通风换气量为完全收起时的96%，基本不影响室内通风换气量;从空气龄云图可以看出，其室内1.5m高处新鲜空气分布与完全收起时基本相同，但平均空气龄最大值和大于25s的区域面积明显小于完全受收起时，这表明该遮阳设施有效地改善了室内人体活动高度范围内的空气新鲜程度;风速矢量图说明室内气流还是主要集中在开启窗口和门洞之间，但风速稍有降低。

　　5.2 叶片倾斜30°的活动外遮阳百叶

　　室内通风换气量为完全收起时的85%;空气龄云图表明，其室内1.5m高处新鲜空气分布与完全收起时基本相同，平均空气龄最大值基本不变，但大于25s的区域面积明显减小，说明该遮阳设施也有效地改善了室内人体活动高度范围内空气新鲜程度;风速矢量图说明室内气流也是主要集中在开启窗口和门洞之间，室内人体活动高度范围内的风速有所降低。

　　5.3 透气孔完全打开的活动外遮阳卷帘

　　室内通风换气量为完全收起时的36%，很大程度地降低了室内通风换气量;空气龄云图表明，其室内1.5m高处新鲜空气基本分布在窗口附近，平均空气龄大于25s的区域在北墙处，面积也大于完全收起时，说明该遮阳设施降低了室内人体活动高度范围内空气新鲜程度;风速矢量图说明室内气流散开分布在室内，但室内人体活动高度范围内的风速很小。

　　5.4 玻璃窗关闭时的中空玻璃内置百叶

　　此时室内无法自然通风，室内通风换气量为0，空气不新鲜。

　　6.结论

　　6.1活动外遮阳百叶自然通风效果最为理想，基本不影响室内自然通风，既符合南京地区气候特点和用能习惯，又体现了健康、自然的生活态度;

　　6.2 活动外遮阳卷帘显然对自然通风效果有较大程度的削弱;

　　6.3 中空玻璃内置百叶在进行遮阳隔热时不能进行自然通风。

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