既有办公建筑外窗采光与节能技术研究

摘要

面对当前能源紧缺，资源匮乏，环境污染严重等现状，如何做好建筑节能的工作已经成为人类面临的严峻课题。公共建筑是城市构成的主要部分，也是能源和资源的主要消耗者，与居住建筑相比有着更大的节能潜力。办公建筑在在公共建筑中数量最多，有着举足轻重的作用。办公建筑怎样才能充分利用天然采光来节约能耗，已经引起了国际和国内各界人士越来越多的关注。办公建筑的窗口设计在建筑节能工作中一直都是重中之重。窗户面积的大小直接影响着室内采光效果以及建筑的能耗。一般来说，窗户的面积越大室内的自然采光效果越好，但是窗户面积大又会增加太阳辐射得热，使空调能耗增加。
　　本文首先以某办公室为研究对象，使用ECOTECT软件和Designbuilder软件分别建立模型并进行了室内光环境和空调能耗的模拟，并进行了实验测试。通过对比模拟结果和现场实测的结果，验证了模型以及相关参数设置的正确性以及软件模拟的可靠性。进而利用Designbuilder软件对整个办公楼进行能耗模拟计算，以窗墙比为变量，分别模拟了使用Low-E中空玻璃窗和使用外遮阳等节能措施时在有无照明节能控制时的能耗，并分析研究了这些因素对夏季空调能耗、冬季采暖能耗、照明能耗以及全年能耗的影响。最后提出了在不同外窗条件下适宜的窗墙比。
　　通过本次研究，得出了以下主要结论：
　　①模拟结果和实验结果均表明，在重庆地区夏季晴天工况下，该办公室从9：00到17:00之间，天然采光至少能满足一半以上房间面积的照度要求，照明能耗的节能潜力很大。
　　②在重庆地区当不使用照明控制的时候，无论是采用低辐射中空玻璃还是外遮阳，全年总能耗的节能效果不是很明显。对于采用低辐射中空玻璃的情况，窗墙比应控制在0.5左右为宜，当使用外遮阳的情况，窗墙比应控制在0.6左右为宜。
　　③重庆地区使用照明控制之后，节能效果显著。仅采用照明控制的情况下，窗墙比应该控制在0.4左右为宜。在有照明控制且采用低辐射中空玻璃的情况，窗墙比应控制在0.5左右为宜。在有照明控制且有外遮阳的情况，窗墙比应控制在0.5左右为宜。
　　④在北京地区，在没有照明控制的时候，低辐射中空玻璃的节能效果比外遮阳更好。对于采用低辐射中空玻璃的情况，窗墙比应控制在0.5左右为宜，当使用外遮阳的情况，窗墙比应控制在0.6左右为宜。
　　⑤北京地区使用照明控制之后，节能效果显著。在仅采用照明控制时，窗墙比应该控制在0.4左右为宜。在有照明控制且低辐射中空玻璃时应控制在0.5左右为宜。在有照明控制且有外遮阳的情况，窗墙比应控制在0.6左右为宜。
　　⑥对于夏季空调能耗来说，无论是北京还是重庆外遮阳的节能效果要好于低辐射中空玻璃。而低辐射中空玻璃却能够更有效的减少冬季采暖能耗。从全年能耗的角度来说，北京地区更适合采用低辐射中空玻璃来节能。
　　⑦与南偏东30度朝向的建筑相比，南北朝向的建筑的室内采光环境更好，照明控制的节能率也更高。

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1 绪 论

1.1 我国建筑能耗现状

1.2 办公建筑能耗的现状和特点

1.3 天然采光的意义

1.4 国内外天然采光研究现状

1.5 研究方法和研究内容

2 外窗相关理论和模拟软件的选择

2.1 太阳辐射对建筑的热作用

2.2 透光围护结构的显热传递理论

2.3 外窗组合构件分析

2.4 办公建筑室内光环境要求

2.5 模拟软件的选择

2.6 能耗模拟软件的选择

2.7 Designbuilder软件

2.8 主要能耗模拟软件的综合比较

3 模拟与实验验证

3.1 采光模拟

3.2 采光模拟结果

3.3 能耗模拟

3.4 能耗模拟结果

3.5 实验验证

3.6 实验结果

3.7 实验结果和模拟结果的比较分析

4 外窗相关因素对空调能耗的影响分析

4.1 基准建筑简介

4.2 重庆地区无照明控制时基准建筑的窗墙比对空调能耗的影响

4.3 重庆地区有照明控制时窗墙比对各项能耗的影响

4.4 北京地区无照明控制时基准建筑的窗墙比对空调能耗的影响

4.5 北京地区有照明控制时窗墙比对各项能耗的影响

4.6 各项能耗占总能耗的比例

4.7 本章小结

5 朝向对建筑能耗的影响

5.1 模拟方案与结果

5.2 朝向对建筑的能耗的影响

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文的研究结论

6.2 不足与展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录