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采光板采光效果的评价方法

1 模拟方法及软件简介 评价一种采光板采光方式的优劣,除了通常采用的采光系数,采光均匀度外,从建筑整体节能的角度还应考虑于采光相关的建筑能耗,如灯具的耗电及大量灯具散热增加的空调能耗。能将采光效果与建筑能耗结合起来模拟的软件有DOE2及Energyplus。Energyplus是在DOE2基础上开发出来的新一代的建筑性能模拟软件,它具有详细的建筑结构及建筑设备输入,能逐时的计算建筑各分区及整体的负荷,特别是内建的采光计算模型能采用典型气象年数据中的日照辐射预测不同的采光方式的采光效果及其对建筑整体能耗的影响。
笔者采用Energyplus分别对一个简单的模型建筑的采光效果和节能效果在深圳的气象条件下进行了模拟。采光板采用图1所示的简单的内外平板形式。
2 模型建筑的模拟
A栋为安装采光板的目标建筑,B栋为普通的比较建筑,两栋建筑的结构及材料一致。B栋模型建筑宽6m,高3m,在深度方向有9m的进深;在南向开窗,窗高2.5m,宽4m;加装采光板的A栋目标建筑中,窗户分为上下两个部分:上部开窗高度为0.5m,下部高2m,窗总高度与B栋比较建筑相同;采光板内外长度都为0.5m,宽度与窗户平齐。分别在两栋模型距离窗户2m,及8m处高度为0.8m的工作平面上设置两个照度参考点,当参考点的照度低于500lux时启用人工照明,每个照度参考点各控制50%的照明耗电。两栋建筑都采用全空气系统,室内温度设定在25℃,相对湿度设定在60%。采光板由表面光滑的50㎜水泥板构成,表面涂吸收率为0.3的白色涂料。
2.1采光效果
在夏至日的模拟中,A栋建筑全天室内的采光均匀度都要好于B栋建筑,在10:00时A栋建筑内0.8m高度工作面上已经全部达到500lx的照度要求,照度分布均匀在3.6m~9m的范围内照度都在500~750lx之间;此时B栋建筑只是在4.7m以内的范围内达到了500lx的照度要求,并且达到照度要求的范围呈窄带状分布,照度变化较大,房间中轴剖面与工作面交线上大照度达到1884lux,而低值只有350lux。A栋建筑在自然光线的利用率上也具有很大优势,A栋建筑在09:00~16:00之间可以采用自然采光达到照度要求,而B栋建筑几乎全天需要人工照明,即使在室外照度强的时段也不能保证室内全部达到照度要求,在12:00时距离窗户7.2m以外的工作面上照度依然小于500lux。 在冬至日,由于太阳高度角较低,易于光线深入室内,A、B两栋建筑的差别不大。但从冬至日17:00室内照度分布图上依然可以看出A栋建筑内照度分布较为均匀,没有小于500lux的地方。
2.2建筑能耗
深圳地区属于以夏季空调能耗为主的气候区,因此主要对采光板对建筑夏季能耗的影响展开分析。夏至日A、B两栋建筑照明耗电量见图6(1)。A栋与B栋建筑相比全天节约照明能耗0.554KW,节能效果主要体现在7:00~11:00和14:00~18:00之间,在此时段室外自然光线照度相对较小,B栋建筑难以利用,而A栋建筑由于采光板的作用,降低了利用光进行采光时的室外低照度,从而减少了人工照明的使用时间,减少了照明能耗。全年照明能耗共节约42.79KW。
采光板在将光线从上部开口引入建筑内部同时,对于下部窗户起到了外遮阳得作用,因此对空调负荷的削减效果为明显,全天空调负荷减小了14.3%,如图6(2)夏至日空调负荷所示,在8:00~20:00时段内,A栋建筑的空调负荷明显小于B栋建筑,在没有太阳辐射的其他时段,A栋建筑的空调于B栋建筑相当。