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天津大学
博士学位论文
办公建筑的天然采光与能耗分析
姓名:陈红兵
申请学位级别:博士
专业:建筑技术科学
指导教师:涂光备
20040401
中文摘要
中文摘要
与人工照明相比,利用天然光照明既节能环保又可能提高工作效率有益健
康,因此,特别受到建筑业内人士的关注。然而,建筑物天然采光的影响因素
很多,包括建筑的特性参数、建筑所处环境状况以及天空状态等,其中最主要
的影响因素是透进天然光的窗或幕墙的特性参数,具体又与窗户的朝向、面积、
外形、透光率以及在外墙上的位置等有关。国内关于天然采光的研究工作大部
分是建筑学专业科技人员所做,主要局限于定性分析或美学方面,尚未查阅到
综合天然采光和建筑能耗进行量化研究的相关文献。
本课题采用数值模拟计算的方法,对建筑物天然采光的主要影响因素如窗
墙比、窗户高、玻璃透光率和朝向等进行了全面的分析,包括其对室内天然采
光的分布、照明节电和采暖空调能耗的影响,以及相互之间的关系,并建立了
实验模型,通过实测验证了几个主要影响因素与自然采光的实际关系。具体的
研究内容包括
通过实地调查或查阅建筑施工图以及相关的参考资料,对香港地区几十
幢玻璃幕墙办公建筑的建筑特性进行分析与研究。调查结果显示,根据维护结
构构造的不同,外墙可分为五类。其中和类最为普遍,占了调查建筑的
以占总量约的较具代表性的玻璃幕墙为例,建立了一个幕墙建筑模型,采用
能耗模拟软件计算分析了窗墙比、窗台高、透光率和朝向等参数对供暖
空调能耗的影响。
通过对建筑物室内照度数值模拟研究发现,采用晴天天空模型和
阴天天空模型既能较准确地预测建筑物的室内天然光分布,又能有效地节省运
算时间和计算机存储空间基于本文能耗模拟计算的同一模型,采用工
软件计算分析了晴天和工阴天工况下窗墙比、窗台高、透光率和窗户外形
等参数对室内照度的影响,分别回归出各影响因素下室内照度的计算公式
依据相似理论原则建立了验证天然光模拟计算的实验房,从理论和模拟
两个方面验证了模型与原型天然光分布的相似性。基于天空状态的多变性,提
出用天然采光因数替代照度进行实验验证,对实验中的几种测试方法进行了误
差分析,并通过实验验证了窗墙比、窗台高和透光率对天然采光因数分布的影
响。
为了更直观地分析各参数对照明节电的影响,提出了“特征点”、“特
征线”和“特征距离”等概念分析了天然采光下的照明节能状况,综合考虑
照明、采暖和空调能耗,计算分析了几个主要特性参数对总能耗的影响。
关键词办公建筑幕墙建筑天然采光照度分布照明节电
建筑能耗软件软件
人

















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