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摘要：用建立实验房做对比实验实测的方法对夏热冬冷地区建筑采光顶的气候的适应性进行研究；
关键词： 夏热冬冷地区 对比实验 气候适应性
1 对实验的基本思考
鉴于计算机模拟的局限性及可能存在的不真实性，以及实地调研中所受干扰因素太多，无法将影响室内光热环境的各因素剥离出来单独研究的缺陷，我们采取的主要研究方法是在大量的建筑实测发现问题的基础上的具体的实验实测。我们将影响建筑光热环境的种种因素逐一从复杂的现实环境中抽象剥离出来再进行适当的组合，用建立两个完全相同的实验房的办法进行对比实验；在其他实验条件完全相同的情况下，我们通过将影响建筑光热环境的不同遮阳，通风，淋水等方式进行系统的，量化的对比实验，试图发现影响建筑采光顶覆盖下的室内热环境的主要因素。珠海精艺玻璃工程有限公司资助我院建造了一对实验房，于2003年在武汉炎热的夏季针对建筑采光顶的若干典型状态进行了对比测试。
2 实验条件及设备
2.1 实验房概述
实验房平面尺寸为4.5m×4.5m，高3m，墙面、屋顶均采用200mm复合板材(内外为1mm喷塑钢板,中间为聚苯保温层)，房内所有阴角及门窗联接部位均用发泡剂填充，玻璃采光顶采用8mm单层平板白玻，可以滑动开启。经本人在实验室经过建筑围护结构保温性能检测测定，实验房墙板及屋面板的K值为：0.23，具有良好的保温隔热效果，经实验布点测试基本可忽略外界对实验房内的热传导影响。
实验在典型的夏热冬冷城市武汉进行，实验房置于华中科技大学建筑与城市规划学院屋面，两房相距6米，彼此不形成遮挡，四周也无遮挡。（图3.2.1-1、3.2.1-2）
2.2 实验设备及测点布置
2.2.1 实验设备及提取参数
主要仪器：室内——热电温度计（热电偶）、清华同方温度自记仪、清华同方温湿度自记仪、微风仪、PC-2D太阳辐射热流量测试记录仪、MICROTHERM热舒适仪
室外——便携式气象站
仪器主要提取参数：室内工作点空气温度、玻璃表面温度、太阳辐射值、室内风速
2.2.2 测点布置
实验在每个实验房内设置7个空气测点，均分布在实验房的几何中心，高度分别为：A测点，玻璃采光顶内表面；B测点，离实验室地面2.75米处； C测点，离实验室地面2.50米处；D测点，离实验室地面2米处；E测点，离实验室地面1.5米处(主要测点)；F测点，离实验室地面1米处；G测点，实验室地面处。（见图：3.2.2.2-1）
3 实验思路
鉴于夏季防热是建筑采光顶的主要矛盾，故设计了4组夏季实验，分别检验“遮阳模式、淋水模式、通风模式及遮阳与通风共同作用模式”对防热的影响。部分具有代表性的实验列表如下：（见表：3.3-1）
4 冬季实验描述与分析
对于改善夏热冬冷地区建筑采光顶的冬季气候适应性问题，其核心在于白天打开遮阳，让太阳辐射能够透过建筑水平采光顶，进入室内，加热室内空间，在晚上则关闭遮阳，减少室内长波辐射的热量散失。因此我们在冬季实验中，主要针对角度可调节的百页外遮阳在不同天气，以及操作模式下的气候适应性，做了一系列的四个实验。得出的主要实验数据如下：
A实验房无遮阳，无通风；B实验房为百页外遮阳页片角度可调节，无通风；由上述的实验数据可知，在夏热冬冷地区的冬天的白天，在晴天百页应该尽量打开，减少对太阳辐射的遮挡，使尽可能多的太阳辐射透过采光顶进入到室内加热室内，由实验AW1-3硬遮阳与无遮阳对比实验（晴天）的实验数据可知，在晴天时无遮阳的实验房要比外百页遮阳全闭合的实验房温度要高9.1摄氏度，可见在天气晴好的冬天的白天打开遮阳，充分利用太阳辐射来改善室内热环境的重要性；即使在阴天，虽然没有太阳的直接辐射，但是天空中的漫反射对室内的加热效应同样不可忽视，在白天同样要打开遮阳，利用太阳辐射能来改善室内的热环境。而在雨天和晚上由于天空中的漫反射较弱，此时遮阳则应该完全闭合，以反射室内向室外的长波辐射，减缓室内热量的散失。
由冬季的实验结果，我们可以总结出建筑采光顶百页外遮阳，适应于夏热冬冷地区冬季气候特点的操作规则：即在冬季的晴天和阴天的白天百页完全打开，充分利用太阳辐射的能量来加热室内空间，在夜晚和雨天的白天则应该闭合百页来减缓室内热量的散失。
5 实验结果总结
6.1 夏季实验结果总结
通过前述的4个系列共11个实验，我们可以发现如下规律：
1） 在夏热冬冷地区的夏季，不遮阳的天窗会出现严重过热，内遮阳具有一定的防热作用，但其效果远不如外遮阳，而且使用内遮阳的房间室内温度分布不均匀。但外百页遮阳在页片关闭时会影响玻璃顶的晚上散热。
2） 因为遮阳网透光无方向选择性，故在为室内提供相同照度的情况下，其防热能力不如北向开启的百页外遮阳。遮阳网在晚上还会形成对天窗冷辐射的阻碍，影响天窗晚上散热。
3） 鉴于北向天光也会造成室内升温（尽管其影响小于南向），对于采光效率极高的天窗采光方式，如果采用可调节的百叶外遮阳，夏季可以调整百页的角度，在自然采光和防热之间找到一个最佳平衡点，有利于节省制冷能耗。
4） 百页外遮阳的页片角度对夏季白天遮挡阳光辐射及晚上利用天空进行冷辐射具有一定的影响，智能化可调节百页有利于实现防热及散热效益的最大化。
5） 采光顶淋水具有一定的降温作用，但因为水的辐射透过率高于不透光（或半透光）材料，因此，淋水的防热功效不如外遮阳。如果再加上对运行成本的考虑，淋水的优势则更小。但在夏季，若选择最热的时辰清洗采光顶，则有利于防热效益的最大化。
6） 玻璃顶的通风有助于减缓“温室效应”导致的室温升高，因此，夏热冬冷地区的玻璃采光顶宜设计为“可开启”式。
7） 应该在尽量远离屋面的地方设置进风口（拉开进、出风口的竖向距离），这样有利于利用“烟囱效应”，以提供有效的温差通风，对于竖向尺度较大的公共建筑中庭，这种手法具有现实意义。
8） 通风与遮阳均是建筑建筑采光顶夏季防热的有效手段，在辐射出现时，遮阳的作用远大于通风，在没有辐射的情况下，遮阳无意义（甚至因阻碍对天空的冷辐射而导致负面效果），但通风有作用。遮阳，淋水，通风这三者相对于夏季防热的关系可以归纳为：遮阳是关键，通风是手段，淋水是补充。
6.2 冬季实验结果总结
如果针对夏热冬冷地区建筑采光顶的气候适应性问题，我们在夏季主要要解决的是防热的问题的话，那么在冬季我们主要要解决则是保温的问题：对于夏热冬冷地区冬季采光覆盖的气候适应性问题，我们应该注意“要利用温室效应来提高室温，由于顶棚玻璃吸收太阳的短波热辐射，使室内气温升高，而晚上的长波热辐射透不过玻璃，能保持能量。因此，天冷时天窗关闭，让日光进来：晚上利用遮阳装置增大热阻，防止热量散失。”[彭小云，中庭的物理环境与节能，华中建筑，2001/4，P59]由冬季的实验结果，我们可以总结出建筑采光顶百叶外遮阳，适应于夏热冬冷地区冬季气候特点的操作规则：即在冬季的晴天和阴天的白天百叶应该完全打开，充分利用太阳辐射的能量来加热室内空间，在夜晚和雨天的白天则应该闭合百叶来减缓室内热量的散失。
7 本文小结
本文从气候适应性角度对夏热冬冷地区的建筑采光顶进行了系统量化的实验研究，并总结出建筑采光顶适应于夏热冬冷地区的若干条规律。针对夏热冬冷地区季节气候差异大的特征，本章从定量的角度，运用足尺模型露天实验测试的方法，系统分析了夏季遮阳、通风、淋水与建筑水平采光室内热环境之间的关系。此外，通过一系列对比实验，分析了建筑采光顶获得最佳隔热保温能力的措施和方法，并总结出若干技术规律和操作规则，以便于对夏热冬冷地区的建筑采光顶进行合理的设计和操作。
参考文献：
1.彭小云，中庭的物理环境与节能，华中建筑，2001/4，P59
论文作者:王浪
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期
论文发表时间:2015/10/12
标签：遮阳论文; 采光论文; 防热论文; 建筑论文; 室内论文; 地区论文; 夏季论文; 《基层建设》2015年16期论文;