夏热冬暖地区办公建筑窗墙比对照明能耗和空调能耗影响分析
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ａｎｄ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｓｔａｇｅｓ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: ｗｉｎｄｏｗ￣ｗａｌｌ ｒａｔｉｏꎻ ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｗｉｎｄｏｗꎻ ｏｆｆｉｃｅ
ｂｕｉｌｄｉｎｇꎻ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ
ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｏｆｆｉｃｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｉｎ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ａｎｄ ｕｓｅｓ ＥｎｅｒｇｙＰｌｕｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ＷＷＲ
ｆｏｒ ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｃｅｎａｒｉｏｓ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ
降低建筑使用能耗对减少城乡建设领域碳排放
温差传热带来的得热和失热都随之变大ꎬ由于太阳辐
具有重要的意义ꎬ公共建筑规模大且能耗强度高ꎬ其
射带来的得热变大ꎬ采暖能耗变小而空调能耗变大ꎬ
运行能耗是我国建筑运行能耗占比最大的一部分ꎮ
但采光效果变好ꎬ照明能耗减少ꎬ引起采暖能耗的增
办公建筑面积在公共建筑中占比最大ꎬ且办公建筑的
Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎ Ｏｆｆｉｃｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｗｉｔｈｉｎ Ｈｏｔ Ｓｕｍｍｅｒ ａｎｄ Ｗａｒｍ Ｗｉｎｔｅｒ Ｒｅｇｉｏｎｓ
ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎ１ ꎬ ＣＨＥＮ Ｓｉｓｉ２ ꎬ ＺＨＥＮＧ Ｌｉｎｔａｏ３ ꎬ ＺＨＡＯ Ｌｉｈｕａ２
(１. Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｐｅａｒｌ Ｒｉｖｅｒ Ｆｏｒｅｉｇｎ Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ.ꎬ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１００６２ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ
同工况下基于照明智能控制的办公建筑标准层进行
于减少采暖能耗而增加空调能耗ꎬ其数值和到达外窗
能耗模拟ꎮ
的太阳辐射量、外窗的面积、太阳得热系数相关ꎬ进入
１ １ 广州地区典型办公建筑标准层模型
房间的瞬时得热是三者相乘的关系ꎮ 太阳辐射中的
通过对广州地区高层办公建筑进行图纸及文献
可见光部分进入室内达到采光的目的ꎬ采光效果同样
摘要: 窗墙比的大小决定了通过外窗进入房间内的可见光、太阳辐射量以及温差传热量的多少ꎬ影
响着室内自然采光效果及得热量大小ꎬ从而影响照明能耗和采暖空调能耗ꎮ 以广州地区办公
建筑为研究对象ꎬ采用 ＥｎｅｒｇｙＰｌｕｓ 软件模拟对比了不同工况下以建筑能耗最低为目标时的最
优窗墙比ꎮ 结果表明ꎬ在照明智能控制前提下ꎬ窗墙比和建筑能耗的关系相对复杂ꎬ要综合考
调研ꎬ发现近年来广州地区高层办公建筑多为核心筒
受到达外窗的可见光强度、外窗的面积、可见光透射
比以及房间的开间和进深的影响ꎮ 当房间的部分空
间或者全部空间无法达到采光要求时ꎬ需开启部分照
明设备或全部照明设备ꎬ照明设备使用时产生照明电
式的建筑类型ꎬ如图 １ 所示 [１６] ꎮ 长宽比、核心筒面积、
走廊 宽 度、 标 准 层 层 高 分 别 为 １、 ２５０ ｍ２ 、 ２ ｍ、
也是随着太阳得热系数的降低而降低ꎬ房间采光效果
变差进而引起照明能耗增加ꎬ节能灯具的使用和照明
１６
图 １ 核心筒式办公建筑标准层平面及建筑模型 [１６]
Ｆｉｇ １ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｌｏｏｒ ｐｌａｎ ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｏｒｅ ｔｕｂｅ ｏｆｆｉｃｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ
ｅｘｔｅｒｎａｌ ｗｉｎｄｏｗｓ. Ｆｏｒ ｎｏｒｔｈ ａｎｄ ｅａｓｔ￣ｆａｃｉｎｇ ｒｏｏｍｓꎬ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ＷＷＲ ｉｓ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｆｏｒ ｒｅｄｕｃｉｎｇ
ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎꎬ ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｔｏ ｍａｘｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｗｉｎｄｏｗ ｓｉｚｅ. Ｈｏｗｅｖｅｒꎬ ｆｏｒ ｓｏｕｔｈ ａｎｄ
ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎ ꎬ ｅｔ ａｌ . Ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｗｉｎｄｏｗ ￣ ｔｏ ￣ ｗａｌｌ Ｒａｔｉｏ ｏｎ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎ Ｏｆｆｉｃｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｗｉｔｈｉｎ Ｈｏｔ Ｓｕｍｍｅｒ ａｎｄ Ｗａｒｍ Ｗｉｎｔｅｒ Ｒｅｇｉｏｎｓ
４ ２ ｍ [１６ꎬ １７] ꎮ窗墙 比 的 大 小 以 及 房 间 进 深 直 接 影 响
耗ꎬ同时照明电耗转换成热能留在房间内成为内部得
热ꎬ减少供暖能耗而增加空调能耗ꎮ 随着建筑围护结
构的热工性能的不断提升ꎬ由围护结构造成的空调负
荷不断减少ꎬ外窗热工性能的提升主要体现在传热系
数和太阳得热系数的降低ꎬ外窗的可见光透射比一般
ｒａｄｉａｔｉｏｎꎬ ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｗｉｎｄｏｗｓ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ｓｐａｃｅꎬ ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ
ｌｉｇｈｔｉｎｇ ａｎｄ ｈｅａｔｉｎｇ / ｃｏｏｌｉｎｇ ｌｏａｄｓꎬ ａｎｄ ｔｈｕｓ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ａｎｄ ＨＶＡＣ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ. Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ
的 ＥｎｅｒｇｙＰｌｕｓ 软件是当前能耗模拟应用最广泛的软
研确定广州地区典型办公建筑标准层模型ꎬ根据相关
窗的传热系数和遮阳系数的要求ꎬ也是随着窗墙比面
的节能设计标准设置办公建筑的围护结构光热性能
[２ꎬ １３ꎬ１４]
参数以及能源设备参数ꎬ采用建筑能耗模拟软件对不
积的增大而越来越严格
ꎮ
太阳辐射透过外窗进入室内形成室内得热ꎬ有利
夏热冬暖地区办公建筑窗墙比
对照明能耗和空调能耗影响分析 ∗
张 进１ ꎬ 陈思思２ ꎬ 郑林涛３ ꎬ 赵立华２△
(１. 广州珠江外资建筑设计院有限公司ꎬ广州 ５１００６２ꎻ
２. 华南理工大学 亚热带建筑与城市科学全国重点实验室ꎬ广州 ５１０６４０ꎻ
３. 中国科学院 广州能源研究所ꎬ广州 ５１０６４０)
收稿日期:２０２３￣０７￣０４ꎻ 修回日期:２０２３￣１２￣１９
∗基金项目:国家重点研发计划资助项目:“ 近零能耗高层办公建筑自适应围护结构关键技术研究” (２０１９ＹＦＥ０１２４５００)
１５
张进ꎬ等:夏热冬暖地区办公建筑窗墙比对照明能耗和空调能耗影响分析
０ 引言
智能控制可有效地减少照明能耗ꎮ 随着窗面积变大ꎬ
能问题提供借鉴ꎮ 夏热冬暖地区办公建筑常规能耗
向、窗和墙热工参数、房间几何参数等相关ꎬ因此包含
中ꎬ空调系统能耗比例最高ꎬ其次为照明系统能耗ꎬ插
采暖能耗、空调能耗、照明能耗在内的综合能耗随窗
座及动力系统能耗ꎮ 空调能耗和照明能耗均受到外
墙比的变化趋势比较复杂ꎮ
窗的影响ꎮ 作为透明的围护结构ꎬ外窗满足了室内的
ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ＷＷＲ ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎ ｗｈｅｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｌｉｇｈｔｉｎｇ
ｃｏｎｔｒｏｌꎬ ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒｏｏｍ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎꎬ ｄｅｐｔｈꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ
近年来ꎬ公共建筑的窗墙面积比有越来越大的趋
响ꎬ对建筑师合理确定窗墙面积比具有很好的辅助作
势ꎬ这是由于人们希望公共建筑更加通透明亮ꎬ建筑
用ꎮ 本文以广州地区办公建筑为研究对象ꎬ考虑了不
立面更加美观ꎬ建筑形态更为丰富
[２]
ꎮ 而基于降低建
同建筑几何参数下窗墙比大小对自然采光效果的影
筑采暖空调能耗的研究ꎬ多倾向于采用尽可能小的窗
响ꎬ基于照明智能控制以照明和采暖空调能耗最低对
墙面积比ꎬ考虑包括采光能耗和采暖空调能耗的综合
窗墙比进行了优化分析ꎬ为建筑设计方案阶段提供共
能耗时ꎬ存在最优窗墙面积比
[３ － １３]
ꎮ 徐燊等人对采用
中空玻璃的标准办公单元进行了分析ꎬ包括照明能
耗、采暖能耗、空调能耗的综合能耗最小的最优窗墙
性的参考ꎮ
１ 模型构建及参数设置
中图分类号: ＴＵ２０１ ５ 文献标志码: Ａ 文章编号: ２０９６￣９４２２(２０２３)１２￣００１５￣０６
Ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｗｉｎｄｏｗ￣ｔｏ￣ｗａｌｌ Ｒａｔｉｏ ｏｎ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ
加和空调能耗的减少ꎮ 对于全年包括采暖能耗、空调
几何形态相对规则、内热源及作息较固定、能耗特征
能耗、照明能耗在内的综合能耗而言ꎬ随着窗墙比变
及规律较为明确
[１]
ꎮ 从办公建筑着手研究公共建筑
大ꎬ采暖能耗变大、照明能耗变小、空调能耗有变大的
节能问题具有可行性ꎬ并可为其他复杂公共建筑的节
可能ꎬ也有变小的可能ꎬ而且这种变化的程度还与朝
自然采光情况ꎬ从而影响照明智能控制的节能潜力ꎮ
因此本文将窗墙比的变化范围定为 ０ ２~０ ８ꎬ变化步
长为 ０ １ꎻ房间进深的变化范围定为 ６~ １２ ｍꎬ变化步
长为 １ ｍꎮ
１ ２ 围护结构光热性能参数
根据 « 建 筑 节 能 与 可 再 生 能 源 利 用 通 用 规 范»
２０２３ 年第 １２ 期( 总第 ５１ 卷 第 ３９４ 期)
Ｎｏ. １２ ｉｎ ２０２３( Ｔｏｔａｌ Ｖｏｌ. ５１ꎬＮｏ. ３９４)
建筑节能( 中英文)
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＢＥＥ
■绿色建筑
Ｇｒｅｅｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ
ｄｏｉ:１０.３９６９ / ｊ.ｉｓｓｎ.２０９６￣９４２２.２０２３.１２.００３
虑房间朝向、进深以及外窗光热性能的影响ꎮ 对于北向和东向房间ꎬ增大窗墙比ꎬ有利于降低
建筑能耗ꎬ建议尽量开大窗ꎻ但对于南向和西向房间ꎬ不能一味地开大窗ꎬ提出了不同房间进
深以及外窗性能组合下对应的最佳窗墙比ꎬ方便设计师在建筑设计阶段进行组合搭配ꎮ
关键词: 窗墙比ꎻ 外窗光热性能ꎻ 办公建筑ꎻ 照明智能控制
随着节能减碳工作的深入ꎬ窗的热工性能越来越
采光、通风、视野等需求ꎬ但也是围护结构热工性能最
好ꎬ照明和空调设备越来越高效、智能ꎬ窗墙比对建筑
薄弱的部位ꎮ 外窗的面积直接影响建筑的立面效果ꎬ
能耗的影响规律也会发生变化ꎬ采用参数化模型分析
一般在建筑方案设计阶段窗墙比就需要被确定ꎮ
新标准下窗墙面积比对照明能耗、空调能耗的共性影
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４０ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄｏｗ￣ｔｏ￣ｗａｌｌ ｒａｔｉｏ( ＷＷＲ) ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔꎬ ｓｏｌａｒ
广州地区全年高温高湿ꎬ无采暖需求ꎬ本文中的
ꎮ 薛鹏等人研究
建筑能耗指照明能耗与空调能耗之和ꎮ 模拟所采用
的增大ꎬ建筑空调能耗增加ꎬ但可以通过增加外遮阳
件之一ꎬ其准确性和可靠性已得到验证 [１５] ꎮ 通过调
面积比因朝向、进深不同而不同
[１２]
低纬度地区宾馆建筑窗墙比的优化设计ꎬ随着窗墙比
把这部分增加的能耗再降下来ꎬ相关节能设计标准对
ｗｅｓｔ￣ｆａｃｉｎｇ ｒｏｏｍｓꎬ ｉｔ ｉｓ ｎｏｔ ａｄｖｉｓａｂｌｅ ｔｏ ｂｌｉｎｄｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ＷＷＲ. Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ＷＷＲ
ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｏｏｍ ｄｅｐｔｈｓ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｗｉｎｄｏｗ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓꎬ ｆａｃｉｌｉｔａｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ ｔｏ ｍａｋｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ
２. Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｎｄ Ｕｒｂａｎ Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎬ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４０ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ３. Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈꎬ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: ｗｉｎｄｏｗ￣ｗａｌｌ ｒａｔｉｏꎻ ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｗｉｎｄｏｗꎻ ｏｆｆｉｃｅ
ｂｕｉｌｄｉｎｇꎻ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ
ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｏｆｆｉｃｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｉｎ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ａｎｄ ｕｓｅｓ ＥｎｅｒｇｙＰｌｕｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ＷＷＲ
ｆｏｒ ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｃｅｎａｒｉｏｓ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ
降低建筑使用能耗对减少城乡建设领域碳排放
温差传热带来的得热和失热都随之变大ꎬ由于太阳辐
具有重要的意义ꎬ公共建筑规模大且能耗强度高ꎬ其
射带来的得热变大ꎬ采暖能耗变小而空调能耗变大ꎬ
运行能耗是我国建筑运行能耗占比最大的一部分ꎮ
但采光效果变好ꎬ照明能耗减少ꎬ引起采暖能耗的增
办公建筑面积在公共建筑中占比最大ꎬ且办公建筑的
Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎ Ｏｆｆｉｃｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｗｉｔｈｉｎ Ｈｏｔ Ｓｕｍｍｅｒ ａｎｄ Ｗａｒｍ Ｗｉｎｔｅｒ Ｒｅｇｉｏｎｓ
ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎ１ ꎬ ＣＨＥＮ Ｓｉｓｉ２ ꎬ ＺＨＥＮＧ Ｌｉｎｔａｏ３ ꎬ ＺＨＡＯ Ｌｉｈｕａ２
(１. Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｐｅａｒｌ Ｒｉｖｅｒ Ｆｏｒｅｉｇｎ Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ.ꎬ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１００６２ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ
同工况下基于照明智能控制的办公建筑标准层进行
于减少采暖能耗而增加空调能耗ꎬ其数值和到达外窗
能耗模拟ꎮ
的太阳辐射量、外窗的面积、太阳得热系数相关ꎬ进入
１ １ 广州地区典型办公建筑标准层模型
房间的瞬时得热是三者相乘的关系ꎮ 太阳辐射中的
通过对广州地区高层办公建筑进行图纸及文献
可见光部分进入室内达到采光的目的ꎬ采光效果同样
摘要: 窗墙比的大小决定了通过外窗进入房间内的可见光、太阳辐射量以及温差传热量的多少ꎬ影
响着室内自然采光效果及得热量大小ꎬ从而影响照明能耗和采暖空调能耗ꎮ 以广州地区办公
建筑为研究对象ꎬ采用 ＥｎｅｒｇｙＰｌｕｓ 软件模拟对比了不同工况下以建筑能耗最低为目标时的最
优窗墙比ꎮ 结果表明ꎬ在照明智能控制前提下ꎬ窗墙比和建筑能耗的关系相对复杂ꎬ要综合考
调研ꎬ发现近年来广州地区高层办公建筑多为核心筒
受到达外窗的可见光强度、外窗的面积、可见光透射
比以及房间的开间和进深的影响ꎮ 当房间的部分空
间或者全部空间无法达到采光要求时ꎬ需开启部分照
明设备或全部照明设备ꎬ照明设备使用时产生照明电
式的建筑类型ꎬ如图 １ 所示 [１６] ꎮ 长宽比、核心筒面积、
走廊 宽 度、 标 准 层 层 高 分 别 为 １、 ２５０ ｍ２ 、 ２ ｍ、
也是随着太阳得热系数的降低而降低ꎬ房间采光效果
变差进而引起照明能耗增加ꎬ节能灯具的使用和照明
１６
图 １ 核心筒式办公建筑标准层平面及建筑模型 [１６]
Ｆｉｇ １ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｌｏｏｒ ｐｌａｎ ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｏｒｅ ｔｕｂｅ ｏｆｆｉｃｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ
ｅｘｔｅｒｎａｌ ｗｉｎｄｏｗｓ. Ｆｏｒ ｎｏｒｔｈ ａｎｄ ｅａｓｔ￣ｆａｃｉｎｇ ｒｏｏｍｓꎬ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ＷＷＲ ｉｓ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｆｏｒ ｒｅｄｕｃｉｎｇ
ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎꎬ ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｔｏ ｍａｘｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｗｉｎｄｏｗ ｓｉｚｅ. Ｈｏｗｅｖｅｒꎬ ｆｏｒ ｓｏｕｔｈ ａｎｄ
ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎ ꎬ ｅｔ ａｌ . Ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｗｉｎｄｏｗ ￣ ｔｏ ￣ ｗａｌｌ Ｒａｔｉｏ ｏｎ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎ Ｏｆｆｉｃｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｗｉｔｈｉｎ Ｈｏｔ Ｓｕｍｍｅｒ ａｎｄ Ｗａｒｍ Ｗｉｎｔｅｒ Ｒｅｇｉｏｎｓ
４ ２ ｍ [１６ꎬ １７] ꎮ窗墙 比 的 大 小 以 及 房 间 进 深 直 接 影 响
耗ꎬ同时照明电耗转换成热能留在房间内成为内部得
热ꎬ减少供暖能耗而增加空调能耗ꎮ 随着建筑围护结
构的热工性能的不断提升ꎬ由围护结构造成的空调负
荷不断减少ꎬ外窗热工性能的提升主要体现在传热系
数和太阳得热系数的降低ꎬ外窗的可见光透射比一般
ｒａｄｉａｔｉｏｎꎬ ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｗｉｎｄｏｗｓ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ｓｐａｃｅꎬ ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ
ｌｉｇｈｔｉｎｇ ａｎｄ ｈｅａｔｉｎｇ / ｃｏｏｌｉｎｇ ｌｏａｄｓꎬ ａｎｄ ｔｈｕｓ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ａｎｄ ＨＶＡＣ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ. Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ
的 ＥｎｅｒｇｙＰｌｕｓ 软件是当前能耗模拟应用最广泛的软
研确定广州地区典型办公建筑标准层模型ꎬ根据相关
窗的传热系数和遮阳系数的要求ꎬ也是随着窗墙比面
的节能设计标准设置办公建筑的围护结构光热性能
[２ꎬ １３ꎬ１４]
参数以及能源设备参数ꎬ采用建筑能耗模拟软件对不
积的增大而越来越严格
ꎮ
太阳辐射透过外窗进入室内形成室内得热ꎬ有利
夏热冬暖地区办公建筑窗墙比
对照明能耗和空调能耗影响分析 ∗
张 进１ ꎬ 陈思思２ ꎬ 郑林涛３ ꎬ 赵立华２△
(１. 广州珠江外资建筑设计院有限公司ꎬ广州 ５１００６２ꎻ
２. 华南理工大学 亚热带建筑与城市科学全国重点实验室ꎬ广州 ５１０６４０ꎻ
３. 中国科学院 广州能源研究所ꎬ广州 ５１０６４０)
收稿日期:２０２３￣０７￣０４ꎻ 修回日期:２０２３￣１２￣１９
∗基金项目:国家重点研发计划资助项目:“ 近零能耗高层办公建筑自适应围护结构关键技术研究” (２０１９ＹＦＥ０１２４５００)
１５
张进ꎬ等:夏热冬暖地区办公建筑窗墙比对照明能耗和空调能耗影响分析
０ 引言
智能控制可有效地减少照明能耗ꎮ 随着窗面积变大ꎬ
能问题提供借鉴ꎮ 夏热冬暖地区办公建筑常规能耗
向、窗和墙热工参数、房间几何参数等相关ꎬ因此包含
中ꎬ空调系统能耗比例最高ꎬ其次为照明系统能耗ꎬ插
采暖能耗、空调能耗、照明能耗在内的综合能耗随窗
座及动力系统能耗ꎮ 空调能耗和照明能耗均受到外
墙比的变化趋势比较复杂ꎮ
窗的影响ꎮ 作为透明的围护结构ꎬ外窗满足了室内的
ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ＷＷＲ ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎ ｗｈｅｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｌｉｇｈｔｉｎｇ
ｃｏｎｔｒｏｌꎬ ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒｏｏｍ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎꎬ ｄｅｐｔｈꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ
近年来ꎬ公共建筑的窗墙面积比有越来越大的趋
响ꎬ对建筑师合理确定窗墙面积比具有很好的辅助作
势ꎬ这是由于人们希望公共建筑更加通透明亮ꎬ建筑
用ꎮ 本文以广州地区办公建筑为研究对象ꎬ考虑了不
立面更加美观ꎬ建筑形态更为丰富
[２]
ꎮ 而基于降低建
同建筑几何参数下窗墙比大小对自然采光效果的影
筑采暖空调能耗的研究ꎬ多倾向于采用尽可能小的窗
响ꎬ基于照明智能控制以照明和采暖空调能耗最低对
墙面积比ꎬ考虑包括采光能耗和采暖空调能耗的综合
窗墙比进行了优化分析ꎬ为建筑设计方案阶段提供共
能耗时ꎬ存在最优窗墙面积比
[３ － １３]
ꎮ 徐燊等人对采用
中空玻璃的标准办公单元进行了分析ꎬ包括照明能
耗、采暖能耗、空调能耗的综合能耗最小的最优窗墙
性的参考ꎮ
１ 模型构建及参数设置
中图分类号: ＴＵ２０１ ５ 文献标志码: Ａ 文章编号: ２０９６￣９４２２(２０２３)１２￣００１５￣０６
Ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｗｉｎｄｏｗ￣ｔｏ￣ｗａｌｌ Ｒａｔｉｏ ｏｎ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ
加和空调能耗的减少ꎮ 对于全年包括采暖能耗、空调
几何形态相对规则、内热源及作息较固定、能耗特征
能耗、照明能耗在内的综合能耗而言ꎬ随着窗墙比变
及规律较为明确
[１]
ꎮ 从办公建筑着手研究公共建筑
大ꎬ采暖能耗变大、照明能耗变小、空调能耗有变大的
节能问题具有可行性ꎬ并可为其他复杂公共建筑的节
可能ꎬ也有变小的可能ꎬ而且这种变化的程度还与朝
自然采光情况ꎬ从而影响照明智能控制的节能潜力ꎮ
因此本文将窗墙比的变化范围定为 ０ ２~０ ８ꎬ变化步
长为 ０ １ꎻ房间进深的变化范围定为 ６~ １２ ｍꎬ变化步
长为 １ ｍꎮ
１ ２ 围护结构光热性能参数
根据 « 建 筑 节 能 与 可 再 生 能 源 利 用 通 用 规 范»
２０２３ 年第 １２ 期( 总第 ５１ 卷 第 ３９４ 期)
Ｎｏ. １２ ｉｎ ２０２３( Ｔｏｔａｌ Ｖｏｌ. ５１ꎬＮｏ. ３９４)
建筑节能( 中英文)
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＢＥＥ
■绿色建筑
Ｇｒｅｅｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ
ｄｏｉ:１０.３９６９ / ｊ.ｉｓｓｎ.２０９６￣９４２２.２０２３.１２.００３
虑房间朝向、进深以及外窗光热性能的影响ꎮ 对于北向和东向房间ꎬ增大窗墙比ꎬ有利于降低
建筑能耗ꎬ建议尽量开大窗ꎻ但对于南向和西向房间ꎬ不能一味地开大窗ꎬ提出了不同房间进
深以及外窗性能组合下对应的最佳窗墙比ꎬ方便设计师在建筑设计阶段进行组合搭配ꎮ
关键词: 窗墙比ꎻ 外窗光热性能ꎻ 办公建筑ꎻ 照明智能控制
随着节能减碳工作的深入ꎬ窗的热工性能越来越
采光、通风、视野等需求ꎬ但也是围护结构热工性能最
好ꎬ照明和空调设备越来越高效、智能ꎬ窗墙比对建筑
薄弱的部位ꎮ 外窗的面积直接影响建筑的立面效果ꎬ
能耗的影响规律也会发生变化ꎬ采用参数化模型分析
一般在建筑方案设计阶段窗墙比就需要被确定ꎮ
新标准下窗墙面积比对照明能耗、空调能耗的共性影
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４０ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄｏｗ￣ｔｏ￣ｗａｌｌ ｒａｔｉｏ( ＷＷＲ) ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔꎬ ｓｏｌａｒ
广州地区全年高温高湿ꎬ无采暖需求ꎬ本文中的
ꎮ 薛鹏等人研究
建筑能耗指照明能耗与空调能耗之和ꎮ 模拟所采用
的增大ꎬ建筑空调能耗增加ꎬ但可以通过增加外遮阳
件之一ꎬ其准确性和可靠性已得到验证 [１５] ꎮ 通过调
面积比因朝向、进深不同而不同
[１２]
低纬度地区宾馆建筑窗墙比的优化设计ꎬ随着窗墙比
把这部分增加的能耗再降下来ꎬ相关节能设计标准对
ｗｅｓｔ￣ｆａｃｉｎｇ ｒｏｏｍｓꎬ ｉｔ ｉｓ ｎｏｔ ａｄｖｉｓａｂｌｅ ｔｏ ｂｌｉｎｄｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ＷＷＲ. Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ＷＷＲ
ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｏｏｍ ｄｅｐｔｈｓ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｗｉｎｄｏｗ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓꎬ ｆａｃｉｌｉｔａｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ ｔｏ ｍａｋｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ
２. Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｎｄ Ｕｒｂａｎ Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎬ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４０ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ３. Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈꎬ