穿孔铝板应用对建筑自然采光及通风的影响_康宁.pdf

建设科技 65交 流 平 台建筑遮阳的种类、材料和形式繁多，其分类方法也是多种多样。根据遮阳构件相对于窗口的位置不同，可分为内遮阳、中间遮阳和外遮阳1。从对太阳辐射的遮挡角度来讲，外遮阳措施的效果最优，中间遮阳效果要稍差一点，内遮阳效果则最差。对于建筑外遮阳的效果以及外遮阳对室内采光、通风的影响的模拟方面，在建筑技术人员的不断探索下，模拟软件的设计及应用都有了完善的方案。余理论通过分析四种外遮阳形式的不同设置参数对室内采光系数、全年天然采光利用率及全年照明能耗的影响，得出了四种遮阳形式对全年天然光利用率的影响程度2。李跃群通过使用phoenics软件对建筑室内风场进行模拟，揭示遮阳构件对室内通风的具体影响3。建筑业是耗能最多的行业之一。在以低碳节能环保穿孔铝板应用对建筑自然采光及通风的影响康宁 王雯翡 张艳芳 闵行博 钱景超 王恬（中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013）摘要 为探究穿孔铝板在夏热冬暖地区公共建筑的应用前景和效果，本文以南沙青少年宫项目为依托，针对青少年宫的造型特点和遮阳需求，分析开孔率为30%的穿孔铝板对室内自然采光和通风效果的影响。研究结果表明：建筑加设穿孔铝板后，主要功能房间的平均采光系数为6.71%，等值线间距为1.1%，有很好的遮阳效果的同时对整体室内自然采光和通风影响不大，可以满足立面造型需求，适用于夏热冬暖地区公共建筑，对于同类项目的设计具有一定借鉴意义。关键词 夏热冬暖；公建；穿孔铝板；自然采光；自然通风Effects of Perforated Aluminum Panels on Natural Lighting and Ventilation in BuildingsKang Ning,Wang Wenfei,Zhang Yanfang,Min Xingbo,Qian Jingchao,Wang Tian(China Academy of Building Research,Beijing,100013)Abstract：In order to explore the application prospect and effect of perforated aluminum panels in public buildings in hot summer and warm winter areas,based on the Nansha Youth Palace project and aiming at its modeling characteristics and shading requirements,this paper analyzes the influence of perforated aluminum panels with a porosity of 30%on indoor natural lighting and ventilation effect.The results show that the average lighting coefficient of the main function rooms is 6.71%,and the isoline spacing is 1.1%after the perforated aluminum panels are added.,it shows that perforated aluminum plates can play a practical shading effect without affecting natural lighting and ventilation and meet the requirements of facade modeling at the same time,which is suitable for public buildings in hot summer and warm winter areas and has particular reference for the design of similar projects.Keywords：hot in summer and warm in winter,public building,perforated aluminum plate,natural lighting,natural ventilation为重要主题的今天，建筑节能的重要性显得愈加突出。在日照时间长、太阳辐射强烈的地区，建筑外遮阳能减少从外窗进入室内的太阳辐射，降低建筑空调负荷，有效控制室内热环境，实现建筑节能4。建筑外遮阳作为建筑节能的最有效的途径之一，日益受到建筑师们的关注。继混凝土构件、木材构件、塑料构件、半透明玻璃构件之后，金属外遮阳慢慢发展起来。同时随着穿孔技术的发展，穿孔金属遮阳构件也越来越多，随之带来的建筑采光和通风问题也无法回避。本文以南沙青少年宫项目为依托，针对青少年宫的造型特点和遮阳需求，分别对未加设开孔铝板和加设开孔率为30%的穿孔铝板进行室内自然采光和自然通风模拟，通过直观的模拟结果图和数据进行分析，从而为夏热冬暖地区同类型的项目的遮阳设计提供一定的借鉴DOI:10.16116/ki.jskj.2023.07.01666 建设科技交流平台意义。1 工程简介1.1 项目概况广州南沙区青少年宫项目位于广州市南沙区明珠湾区起步区内，凤凰大道西侧南沙体育馆片区A1-12-01地块。项目东侧为60米宽的凤凰大道，西侧为规划路（12米宽），南北两侧现有20米宽的主要道路，地块南侧为南沙体育馆，北面为规划体育公园。项目总建筑面积为：51656.29m2，其中，地上共五层（局部四层），建筑面积约37481.95m2，地下共一层，建筑面积14174.34 m2。建筑高度为23.63米，为多层公共建筑，地上耐火等级为二级，地下防火等级一级。初步统计建筑空调面积约32897.15 m2。建筑功能主要为多功能儿童剧场、文化交流展厅、图书馆、科技互动展厅、报告厅、教学用房，建筑为局部5 层的多层公共文化建筑。地下部分主要为地下汽车库及配套餐饮和设备用房。地上除展厅教室外，设有部分配套、会议、办公及相关设备用房等。图1为项目效果图。图1 项目效果图1.2 气候概况广州南沙区位于夏热冬暖地区，其最低平均温度大于10，最热平均温度在2529之间，日平均温度不低于25的天数在100-200d之间5。属于IV级光气候区，光气候系数K值为1.10，室外天然光设计照度值Es为13500.0lx。光气候系数k值如表1所示。表 1 光气候系数K值6光气候区IIIIIIIV(本区)VK值0.850.901.001.101.20室外天然光设计照度值Es（lx）18000165001500013500120001.3 参数设置（1）采光参数设置。本项目玻璃及内饰面材料光学性能参数取值具体如表2所示。表2 材料光学性能参数构造部位材料内饰面反射比可见光透射比墙面大白粉刷0.75-透明幕墙6mm普通白玻-0.89顶棚大白粉刷0.75-地板白色大理石0.60-外窗6mm普通白玻-0.89内窗普通平板玻璃-0.40 （2）通风参数设置。本项目以当地的过渡季主导风SSE（东南偏南22.5），平均风速2.3m/s工况进行边界条件的设置。总网格数为582.50万，最小网格尺寸为150 mm x 150 mm x 150 mm，最大网格数为250 mm x 250 mm x 250 mm。2 模拟分析本项目地下1层，地上共5层，建筑的12层未加穿孔铝板，建筑35层在外墙外侧加设了穿孔铝板，其中3层建筑面积最大，功能房间及穿孔板布置较多，4层及5层和3层功能房间类似，开窗位置大小基本相同。综合考虑最不利因素，选取建筑三层进行自然采光和自然通风的模拟计算，分析不加设穿孔铝板和加设开孔率为30%的穿孔铝板两种工况下对功能房间的影响。2.1 自然采光模拟分析在夏热冬暖地区，由于夏季漫长而炎热，太阳辐射强烈。因此从建筑热工的角度，建筑外遮阳的使用对于建筑节能来说尤为重要。但建筑的外遮阳与建筑的自然采光是一对矛盾体，遮阳会对入射到室内的自然光线有一定的遮挡，进而影响建筑室内的自然采光，好的建筑外遮阳应该兼顾遮阳与室内自然采光。图23分别模拟了未加设穿孔铝板和加设开孔率为30%的穿孔铝板两种工况下的自然采光效果。3层主要功能空间各计算区域采光情况如下表3所示。图2 工况1采光效果图 图 3 工况2采光效果图建设科技 67交 流 平 台表3 工况2达标面积统计表标准层房间名称采光系数模拟值（%）标准要求值（%）达标情况计算面积（）达标面积（）达标比例（%）3层办公室18.283.30281.02281.02100%办公室27.953.3028.1428.14100%办公室36.233.3036.3636.36100%教室17.223.30325.22325.22100%教室27.653.30422.88422.88100%教室36.023.30226.05226.05100%教室49.293.3093.2093.20100%教室56.013.3071.3071.30100%活动室9.763.30147.47147.47100%实验室8.113.30317.99317.99100%展厅5.952.205505.905505.90100%由图2所示，工况1为未设穿孔铝板的情况。由图3所示，工况2为加设开孔率为30%的穿孔铝板情况。通过图3可知，建筑加设穿孔铝板后，平均采光系数为6.71%，等值线间距为1.1%，且有很好的遮阳效果，能提高室内采光均匀度。通过表3可知，3层主要功能空间面积约为7455.53m2，其达标面积为7455.53m2，达标面积比为100%，说明开孔率为30%的穿孔铝板情况下对整体室内自然采光效果没有影响。2.2 自然通风模拟分析在夏热冬暖地区，实现建筑的自然通风尤为重要。建筑外遮阳作为构件，其设计对建筑室内的自然通风有着重要的影响。而通常情况下，建筑的外遮阳对建筑的室内自然通风具有一定的阻碍作用。但是通过合理设计，可使建筑的外遮阳构件对自然通风起到良好的引导作用。图45分别模拟了未加设穿孔铝板和加设开孔率为30%的穿孔铝板两种工况下的自然通风效果。3层换气次数统计情况如下表4所示。图4 工况1 1.2m高度平面风速云图 图5 工况2 1.2m高度平面风速云图表4 工况2换气次数统计表工况房间体积（m3）房间面积（m2）通风量（m3/h）换气次数（次/h）标准限值（次/h）是否满足SSE2.3m/s1629.92281.0227993.6017.172.00是163.2128.141944.0011.912.00是210.8936.362624.4012.442.00是1886.28325.2223328.0012.372.00是2452.70422.8854237.6022.112.00是1311.09226.0523328.0017.792.00是540.5693.204320.007.992.00是413.5471.304762.8011.522.00是855.33147.4713608.0015.912.00是1844.34317.9932270.4036.782.00是31934.22 5505.90 200880.006.292.00是由图4所示，工况1为未加设穿孔铝板的情况。由图5所示，工况2为加设开孔率为30%的穿孔铝板情况。通过图5可知，整体风速较大，局部产生汇流，北侧的办公室效果较差；受表演间及设备用房的气流阻挡，通风较差，自然通风不能满足要求，其他的房间基本要求。通过表4可知，3层换气次数大于2.00次/h的房间面积为7455.53m2，房间总面积为7455.53m2，换气次数达标面积比例为100%。说明开孔率为30%的穿孔铝板情况下对功能房间通风影响不大，满足自然通风要求。3 结论利用数值模拟的方法，以对南沙青少年宫项目为依托