玻璃采光頂下的溫室效應(yīng)及解決方法

　　1 前言

　　玻璃采光頂在現(xiàn)代化建筑中是普遍采用的，但采光頂下面的室內(nèi)溫度過(guò)高、熱輻射較強(qiáng)、光線刺激人眼睛等缺陷也越來(lái)越引起人們的關(guān)注，采光頂?shù)倪@種現(xiàn)象人們稱(chēng)之為溫室效應(yīng)。玻璃具有溫室效應(yīng)，特別是采光頂，其溫室效應(yīng)更加明顯。何謂溫室效應(yīng)?簡(jiǎn)單地說(shuō)，在陽(yáng)光輻照下，太陽(yáng)能量透過(guò)玻璃進(jìn)入室內(nèi)引起室內(nèi)溫度升高，特別是在夏季，且進(jìn)入室內(nèi)的熱量不易通過(guò)建筑物自然散發(fā)，使得室內(nèi)的熱舒適性和光舒適性變差。

　　現(xiàn)代化建筑不僅要好看，還要好用。因此找出采光頂溫室效應(yīng)的原因和解決方法，使得采光頂下面空間的熱環(huán)境優(yōu)化是非常重要的。本文采用解析計(jì)算的方法，定量闡述了玻璃采光頂下的溫室效應(yīng)機(jī)理，首次提出室內(nèi)空氣綜合溫度的概念，并采用室內(nèi)空氣綜合溫度來(lái)表征室內(nèi)熱舒適性。建立了室內(nèi)空氣綜合溫度與采光頂遮陽(yáng)系數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系式，結(jié)果表明，遮陽(yáng)系數(shù)不僅與建筑節(jié)能密切相關(guān)，也與采光頂室內(nèi)熱舒適性密切相關(guān)。分別計(jì)算了玻璃板遮陽(yáng)、室外遮陽(yáng)和室內(nèi)遮陽(yáng)三種遮陽(yáng)方式對(duì)熱舒適性的作用，定量說(shuō)明了室內(nèi)遮陽(yáng)對(duì)室內(nèi)熱舒適性的作用。

　　2 溫室效應(yīng)

　　以長(zhǎng)沙市為例，夏季太陽(yáng)輻射照度 最大為1000W/m²，即使玻璃的遮陽(yáng)系數(shù)Sc采用0.35，每平方米每秒進(jìn)入室內(nèi)的能量E為：

　　E高達(dá)311焦耳。設(shè)采光頂玻璃傳熱系數(shù)U采用2.0W/m²K，夏季室外溫度To設(shè)定為30℃，即使室內(nèi)溫度Ti高達(dá)40℃，采光頂玻璃每平方米每秒由室內(nèi)傳出室外的熱量E1為：

　　僅為20焦耳，即通過(guò)玻璃每平米每秒進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)能量是通過(guò)玻璃每平米每秒傳出室外熱量的15.5倍。進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)能量是要轉(zhuǎn)化成熱量的，室內(nèi)不斷有熱量積累，因此室內(nèi)溫度不斷升高，單純靠散熱室內(nèi)溫度是不會(huì)降低的，這就是溫室效應(yīng)。仍以長(zhǎng)沙市為例，夏季，南朝向太陽(yáng)輻射照度為236W/m2，東西朝向太陽(yáng)輻射照度為138W/m2，北朝向太陽(yáng)輻射照度為138W/m2，垂直朝向太陽(yáng)輻射照度為1000W/m2，是東南西北朝向的4—7倍左右，這就是采光頂下面溫室效應(yīng)比立面玻璃幕墻強(qiáng)烈的原因。

　　此外，采光頂下面不僅熱環(huán)境不佳，熱舒適性差，其光環(huán)境也不佳。具體表現(xiàn)為太陽(yáng)光過(guò)強(qiáng)，刺激人眼睛，如同人站在室外陽(yáng)光下，有些采光頂下面室內(nèi)大理石地面反射太陽(yáng)光，加劇了采光頂下面光的不舒適性。

　　3 室內(nèi)空氣綜合溫度

　　同為室內(nèi)22℃的空氣溫度，在普通窗的建筑和采光頂下人體感覺(jué)的溫度差別極大，在采光頂下面的室內(nèi)，僅采用空氣溫度不足以表征室內(nèi)的熱環(huán)境和人體的熱舒適性，本文引入室內(nèi)空氣綜合溫度的概念，它能準(zhǔn)確地的表征采光頂下室內(nèi)熱環(huán)境（詞條“室內(nèi)熱環(huán)境”由行業(yè)大百科提供）和人體熱舒適性。

　　4遮陽(yáng)作用

　　由公式(5)顯示的室內(nèi)空氣綜合溫度可見(jiàn)，室內(nèi)空氣綜合溫度與太陽(yáng)輻射照度成正比。在夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)，夏季太陽(yáng)輻射照度強(qiáng)烈，因此這些地區(qū)采光頂下的溫室效應(yīng)極為顯著，必須采取措施給予解決，否則由于采光頂下面人體感覺(jué)過(guò)熱而無(wú)法使用。在寒冷地區(qū)，夏季也有一段時(shí)間太陽(yáng)輻射照度較為強(qiáng)烈，采光頂下溫室效應(yīng)也應(yīng)考慮采取適當(dāng)措施給予解決。由公式(5)還可見(jiàn)，室內(nèi)空氣綜合溫度與采光頂?shù)恼陉?yáng)系數(shù)成正比。降低遮陽(yáng)系數(shù)可顯著降低采光頂溫室效應(yīng)，改善采光頂下面的熱環(huán)境，增加熱（詞條“加熱”由行業(yè)大百科提供）舒適性。通常認(rèn)為采光頂遮陽(yáng)系數(shù)對(duì)降低夏季制冷能耗有作用，引入室內(nèi)空氣綜合溫度后，遮陽(yáng)系數(shù)對(duì)降低室內(nèi)空氣綜合溫度，改善采光頂下面熱環(huán)境，增加采光頂下面熱舒適性的作用也表現(xiàn)出來(lái)。

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