遮阳对室内热环境的影响

遮阳对室内热环境的影响
作者：赵群
来源：《中国住宅设施》 2014年第11期
赵群/同济大学
太阳辐射对于建筑夏季空调空间的影响可以通过如下过程阐述：太阳辐射照射到建筑外表面，一部分通过传热造成建筑围护结构内表面温度上升，另一部分则透过透明围护结构进入房间，其中绝大部分热量将被地板、墙壁或室内家具等蓄热体所吸收，导致这些物体表面温度上升，并引起室内气温提高，从而形成空调负荷和开启空调的需求。

而外遮阳设施有效地将太阳
辐射中的直射辐射挡在了室外，减少了进入建筑的太阳辐射得热，从而降低了空调负荷，实现
建筑节能。

这部分结论已经为广大科研人员与民众所认可。

事实上，遮阳设施的影响还存在于
对室内人员热感觉的影响上。

以图1为例，办公室室内人员主要受到来自墙壁、地板、玻璃等表面的长波辐射，当室内
人员靠近窗户时，也会受到来自太阳的辐射作用。

当室内人员受到的辐射热造成其过热的热感
觉时，空调就会被开启，此时，空调的开启实际上与空调室内温度并不直接相关，而与人体所
处的室内辐射环境密切相关。

随着越来越多的现代建筑追求“光、薄、透”的建筑美学效果，采用大玻璃幕墙作为外围
护结构的建筑比比皆是，有的地方甚至还出现了墙面、屋顶一体的全玻璃大厦，这类“晶莹剔透”的建筑中外窗玻璃面积较大的空间，对人体造成的辐射热环境的影响尤其突出。

在传统的热环境评价指标中，太阳辐射对室内辐射环境的影响被认为是均匀的，导致现有
理论体系不足以充分描述大面积窗户附近的热环境和人体热感觉。

因此需要重新审定遮阳对室内热环境的影响，尤其是对外窗玻璃面积较大的室内热环境的
影响，需要将室内环境视为一个整体来评价遮阳使用效果。

考虑到遮阳对室内辐射环境的改善，为了更准确地描述遮阳房间室内热环境，以下三个参数也应该纳入到遮阳房间室内热环境的评
价指标中去，并在传统计算模型上进行相应的修正。

1平均辐射温度
（Mean Radiant Temperature）
平均辐射温度是指环境四周表面环境四周表面对人体辐射作用的平均温度。

传统模型中的
平均辐射温度，没有考虑太阳辐射部分。

Gennusa平均辐射模型从平均辐射温度的定义出发，
将太阳辐射分为直射辐射和散射辐射两部分，建立了新的平均辐射温度计算模型，增加了太阳
辐射部分，能够记录太阳辐射的直接影响。

Gennusa模型相比传统模型来说，更适合描述具有
大面积透明围护结构的室内热环境，能够快速反映太阳辐射改变对室内的影响。

图2是根据浙江嘉兴市的两间玻璃试验房所测数据计算的传统模型下的平均辐射温度，图
3则是根据所测数据计算的Gennusa模型下的平均辐射温度，可以看出，尽管传统模型下的平
均辐射温度在有无遮阳时是有明显差异的，但Gennusa模型下的平均辐射温度值不仅差异更大，而且无遮阳房间由于太阳直射辐射的缘故，其平均辐射温度比传统模型下无遮阳房间的平均辐
射温度值有很大的陡升，这说明在描述遮阳对室内热环境影响时，太阳辐射的直接影响不能忽
略不计。

2操作温度
（Operative Temperature）
如前所述，建筑遮阳不仅阻挡掉了太阳辐射，还降低了围护结构的内表面温度，是从调节
室内空气温度和平均辐射温度两个方面对室内热环境起到降温作用的。

综合考虑空气温度和平
均辐射温度的影响，应该引入操作温度作为描述遮阳房间室内热环境的指标。

操作温度是室内
空气温度和平均辐射温度与换热系数的加权平均值，更能准确评价建筑遮阳对室内热环境的影响。

图4是采用Gennusa模型下的平均辐射温度和实测室温进行计算的有无遮阳房间的操作温度，可以看出使用外遮阳后室内热环境得到显著改善。

3辐射温度不对称度（Radiant
Temperature Asymmetry）
辐射温度不对称度用于描述人体处在非均匀热场中的热环境，通常用于评价冷辐射吊顶或
者其他辐射热源。

它的定义为室内人员两侧感受到的辐射温度差异，如果差异太大会产生不适感。

根据不同的冷热源类型，人员反映的敏感程度也不同，辐射不对称度与人员感觉之间有如
图5的关系。

以5%的不满意率为分界点，对于热吊顶形式的辐射不对称度临界值约为5℃，冷
墙约为10℃，冷吊顶约为14℃，热墙约为23℃。

对遮阳房间来说，较大的玻璃面积可以引入太阳辐射，因此计入太阳辐射后玻璃面的辐射
温度会比较高，与相对面之间的辐射温度差异太大就会产生人体不适感。

对有无遮阳房间的透
明面和相对面进行辐射温度计算，结果如图6所示。

根据ASHRAE Standard 55-2010，当对象为垂直热墙时，不对称度应小于23℃以保证热舒
适不满意度小于5%。

计算显示由于太阳直射的影响，未使用遮阳时房间中心测点不对称度大于23℃，会使人不舒适，使用遮阳则会减少不舒适的产生。

4结语
考虑太阳辐射的直接影响，将室内热环境视为一个整体来描述遮阳对于室内热环境的影响，需要在温度、壁面温度、辐射得热量等相关参数的基础上增加平均辐射温度、操作温度及辐射
温度不对称度的研究与计算，从空调负荷和使用时间两个层面来探讨遮阳对于减少空调能耗的
贡献，从而更为客观地评估遮阳的节能潜力。