建筑遮挡对超低能耗建筑太阳辐射得热的影响

吴杏1,范苑2,高永利1

[摘要]  在严寒和寒冷地区，最大限度的获得太阳能辐射得热，对于供暖季被动式超低能耗居住建筑提高室内温度、降低供暖能耗起到了非常重要的作用；同时在“碳达峰、碳中和” 的大背景下，降低建筑运行能耗，可有效减少建筑碳排放。

[关键词]  被动式超低能耗建筑；严寒和寒冷地区；太阳辐射得热；供暖；建筑布局

中图法分类号  TU71；              文献标志码  A

Influence of building shading on solar radiation heat gain of ultra-low energy consumption buildings

WU Xing1、FAN Yuan、GAO Yong-Li1

（1.Guangdong Boyi Architectural Design Institute Co., Ltd，528000, Foshan,China）

[Abstract] In severe cold and cold areas, the maximum solar radiation heat gain plays a very important role in improving indoor temperature and reducing heating energy consumption of passive ultra-low energy consumption residential buildings in the heating season; At the same time, under the background of "carbon peaking and carbon neutralization", reducing building operation energy consumption can effectively reduce building carbon emissions.

[Key words]  passive ultra-low energy consumption building; Severe cold and cold regions; Solar radiation heat gain; Heating; architectural composition

很多被动式超低能耗建筑规划、设计过程中，未充分考虑周围的建筑遮挡，忽略规划布局对被动式超低能耗建筑的影响，导致建成后，采暖季室内温度常常低于设定温度，同时未能体现真正低能耗的特点。本文以河北沧州某小区两栋同楼型不同位置的17层超低能耗居住建筑为例，对建筑物遮挡、建筑朝向和楼间距等因素进行计算分析。

1  研究对象

本项目位于河北省沧县，属于寒冷B区。总平面布局如图1所示，项目总用地面积56580.07㎡，6#住宅楼为被动式超低能耗建筑，位于地块东北角，西侧与南侧均有建筑遮挡。11#住宅楼为模拟分析楼栋，位于地块西南角，无建筑遮挡。6#住宅楼、11#住宅楼均为地上17层，地下1层，建筑高度54.00m。结构形式为剪力墙结构。

2  气象参数

气象分析计算参数及模拟，选用临近项目地址的天津市逐时气象数据。

图1 建筑平面图

3  软件介绍

建筑能耗模拟软件采用Honeybee+Ladybug建筑环境及性能分析模块，该模块内的计算核心可在灵活设计及修改各项参数的前提下准确计算出建筑的年供冷、供暖需求及分项需求，并可视化数据结果。

4  初步模拟

假设在相同条件下，仅建筑遮挡导致的11#住宅楼、6#住宅楼太阳能得热量不同，进行模拟分析。11#住宅楼无建筑遮挡，太阳辐射得热占比为34%，供暖得热占比为30%,；而6#住宅楼因存在建筑遮挡，太阳辐射得热占比仅为17%，其供暖得热占比为47%，其中包含供暖能耗需补足建筑遮挡下太阳能辐射的热占比减少的17%，如图2所示。由此可见建筑遮挡对太阳得热影响较大。

图2 住宅楼供暖季室内得热占比 

4.1  得热分析

（1）日照辐射量分析：6#住宅楼受周边建筑遮挡明显，层间日照总辐射量分布不均。1层供暖季日照总辐射量为152.8kWh/㎡，17层为337.3kWh/㎡，1层至17层供暖季日照总辐射量逐层递增，1层的日照总辐射量仅为17层的45.3%。11#住宅楼南向为市政道路，无建筑遮挡，日照条件充足，层间日照总辐射量分布均匀。6#住宅楼的供暖季日照总辐射量仅为11#住宅楼的67.8%，如图3所示。因此11#住宅楼的日照总辐射量更为理想。

图3 供暖季 - 南向每层日照总辐射差异分析

（2）能耗分析：以6#、11#住宅楼1层为例。冬季：6#住宅楼1层的年供暖需求高出11#住宅楼1层年供暖需求的65.6%，夏季：11#住宅楼1层的年供冷需求高出6#住宅楼1层年供冷需求11.32%；6#住宅楼1层的全年总能耗高出11#住宅楼1层总能耗23.5%。如图4所示可以看出11#住宅楼的全年能耗低于6号楼，因此选择11#住宅住宅为被动式超低能耗建筑，更利于降低建筑全年能耗。

图4全年能耗需求及南向供暖季辐射量分析

4.2  小结

建筑布局造成的遮挡对被动式建筑的太阳辐射得热影响明显。本项目南侧临街的11#、12#、16#住宅楼由于没有建筑遮挡，有良好的太阳辐射条件，有利于冬季的太阳辐射得热。而项目其余楼栋建筑均存在不同程度的建筑遮挡，不利于冬季辐射得热。如图5所示，本项目实际落地的被动式超低能耗建筑为6#住宅楼，位于地块东北角，太阳辐射得热条件较差。在规划设计阶段选择无遮挡或少遮阳楼栋，对降低能耗十分重要。

图5 供暖季建筑太阳辐射模拟结果

5  影响太阳能辐射得热因素

窗墙比、窗玻比、窗户太阳得热系数、建筑朝向、建筑群布局形式、楼间距、建筑形体等均对建筑太阳能辐射得热存在影响。以下从主要几方面进行分析：

5.1  建筑朝向

以最南侧11#、12#和16#住宅楼为例，当建筑朝向为正南北和南偏西15°时，层间日照总辐射量分布均匀，为理想的角度朝向。当建筑朝向为南偏西30°时，日照总辐射量有所降低，角度朝向较理想。当建筑朝向为南偏西45°时，日照总辐射量降低明显，如图6所示。所以在规划阶段选择合理的建筑朝向对被动式设计十分重要。

图6 建筑朝向示意图

5.2  自身遮挡（不考虑周围环境影响）

（1）塔楼（存在自身遮挡）：由于户型朝向不同和建筑自身遮挡，户型间辐射分布不均匀，A、D户型太阳能辐射得热明显较低，仅B、C户型太阳辐射充足，导致不同户型供暖能耗需

求差异明显，如图7所示。

（2）板楼（无自身遮挡）：所有楼层供暖季日照总辐射量均匀，供暖季南向太阳辐射得热充足，分布均匀，如图7所示。

图7 板楼与塔楼太阳辐射模拟

5.3  建筑楼间距

建筑群采用被动式超低能耗建筑时，建筑布局产生的相互遮挡将影响太阳辐射得热，对供暖季室内温度、建筑能耗影响明显。建筑遮挡程度与楼间距关系较大。

在严寒和寒冷地区，如图8所示，以行列式正南北向排布的50m高板楼为对象，楼间距南北向为35m并依次递增5米至110m，东西向楼间距25m并依次递增5米至70m，基准需求26.68kWh/㎡时建筑能耗变化情况。

图8 建筑排列方式及楼间距示意图

经模拟分析，随着对目标建筑有影响的楼间距的不断加大，建筑年能耗需求呈现降低趋势，如图9所示。因此，在严寒和寒冷地区，确定合理的楼间距，对降低建筑能耗具有重要意义。

图9 建筑年能耗需求随楼间距变化表

6  结论

双碳目标下建筑减碳任重而道远，而建筑运行阶段碳排放占建筑整个周期碳排放的70%左右，被动式超低能耗建筑作为国家鼓励的新型建筑形式，对于降低建筑运行阶段碳排放起着关键性作用，在严寒和寒冷地区，太阳辐射得热设计是超低能耗建筑设计的一项重要内容。

参考文献

1《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》发布[J]. 信息技术与标准化,2021,(12):4.

2付素娟,时元元,赵士永,王萌. 河北省被动式超低能耗建筑发展对策研究[J]. 建筑技术，2021，52(04):388-391.

3崔佳豪，赵士永，刘少亮，田靖.基于太阳得热建筑布局对超低能耗居住建筑的影响分析[J]. 建筑技术，2021,52(4):400-403.

4张铁,周乐实,曲雅婷. 严寒地区建筑空间布局优化过程中风环境模拟的应用——以沈阳某办公建筑项目为例[J]. 建筑节能,2020,48(08):118-125+136.

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收稿日期：2022年6月24日

作者简介：吴  杏(1989—)，女，河南， e-mai：[e-mail]