深圳市建筑科学研究院股份有限公司 广东深圳 518000
摘要：随着生活水平的提高，人们越来越追求接近自然的生活工作环境，建筑设计中也更多的采用幕墙、中庭等元素，极大地提高了建筑与自然的融合程度以及生活工作环境的舒适度，但随之产生的建筑能耗问题也越来越受到人们的重视。本文通过对深圳华大基因中心厂房A-1、A-2的自然采光、通风及光电幕墙遮阳等方面的模拟分析，结合厂房具有高大中庭的建筑特点，提出了一系列优化建议，为深圳华大基因中心的建筑节能设计提供了科学的依据。
关键词：自然采光 自然通风 光电幕墙 中庭
引言
自然光环境是人们长期习惯和喜爱的工作环境。各种光源的视觉实验结果表明，在同样照度的条件下，自然光的辨认能力优于人工光。[1]自然采光的意义不仅在于照明节能，而且为室内的视觉作业提供舒适、健康的光环境，是良好的室内环境不可缺少的重要组成部分。中庭结构的采用，是建筑内部环境分享外部自然环境的一种方式。中庭可以有效的吸收太阳辐射、改善自然采光，是影响建筑能耗控制的重要对象。[2]同时中庭空间的出现，减小了建筑平面进深，这一点不仅有利于自然采光，也同样给建筑自然通风带来了好处。[3]合理利用自然通风，既能改善室内空气品质，又能达到节能目的。[4]在立面辐射量满足的前提下，利用光电幕墙作为外遮阳手段，既集发电、隔音、隔热 装饰功能于一体，又能将太阳能转换为人们利用的电能，无废气，无噪音，不污染环境，可以达到节能环保的目的。
1 项目概况
该项目位于深圳市盐田区大梅沙地区12-1 E9地块，南邻盐坝高速公路，东、西、北三面环山，距海岸线仅约600米，背山面海，风景优美，地理位置如图1.1所示。厂房A-1位于基地最南侧的38米高程台地，共分为4层，主要功能包括食堂A就餐、特殊研发厂房和特殊用房等功能。厂房A-2位于48m高程台地，体量呈规则的四边形体块，首层全部架空，二到四层为开放式停车楼，五到九层为生物科技研发，内部形成一个巨大的庭院空间，主要功能包括通用实验室、专用实验室、普通研发以及相关服务用房。
2 自然采光分析及优化
本项目采用Ecotect 2011软件的全阴天模式和建筑研究组织（Building Research Establishment）的分项研究（Split Flux）方法，通过当前分析网格或独立的传感点来计算厂房的自然光照明。
2.1 厂房A-1自然采光分析及优化
如图2.1.1为厂房A-1的标准层模拟模型图。
图2.1.1 厂房A-1标准层采光模型图
通过软件模拟分析结果表明，当其他计算参数不变，玻璃可见光透射比为0.5时，厂房A-1标准层有66.27%的功能区域自然采光系数大于2%，模拟结果见图2.1.2；当其他计算参数不变，玻璃可见光透射比为0.6时，厂房A-1标准层有71.84%的功能区域自然采光系数大于2%，室内自然采光功能区域提升了8.4%，模拟结果见图2.1.3。
图2.1.2 厂房A-1标准层办公室及休息室采光模拟结果（玻璃可见光透射比为0.5）
图2.1.3 厂房A-1标准层办公室及休息室采光模拟结果（玻璃可见光透射比为0.6）
由于改变玻璃的可见光透射比后，自然采光的提升效果并不显著，并且厂房A-1主要功能为食堂、特殊研发厂房和特殊用房等，对自然采光要求不高，厂房A-1自然采光采用可见光透射比为0.5的玻璃即可满足需求。
2.2 厂房A-2自然采光分析及优化
厂房A-2具有高大中庭结构，整个厂房上方设计为一个巨型的太阳能光伏光热一体化生态棚架，设有100个可开启天窗，合计可开启面积约为1640平方米，标准层采光模型如图2.2.1所示。
图2.2.1 厂房A-2标准层采光模型
通过软件模拟分析表明，当其他计算参数不变，玻璃可见光透射比为0.5、没有设置光电幕墙时，厂房A-2标准层有33.7%的功能区域自然采光系数大于2%[5]，模拟结果见图2.2.2；当其他计算参数不变，玻璃可见光透射比为0.50、设置有光电幕墙时，厂房A-2标准层有11.77%的功能区域自然采光系数大于2%，模拟结果见图2.2.3；当其他计算参数不变，玻璃可见光透射比为0.60、设置有光电幕墙时，厂房A-2标准层有13.65%的功能区域自然采光系数大于2%，模拟结果见图2.2.4。
图2.2.4 厂房A-2标准层采光模拟结果（玻璃可见光透射比为0.6，设置光电幕墙）
由模拟结果可见设置太阳能光电幕墙对厂房A-2的自然采光影响非常大，自然采光效果下降了60%，如果采用太阳能光电幕墙，提高内侧玻璃的可见光透射比，自然采光效果仅提升不到2%，对于整个厂房A-2的自然采光效果改善非常有限。基于以上考虑，厂房A-2应采用可见光透射比为0.50的外侧玻璃，中庭内侧玻璃在满足节能计算的前提下应尽量采用高可见光透射比（如普通白玻），建议厂房A-2不考虑设置光电幕墙。
3 立面辐射分析及遮阳设计
深圳市位于南海之滨，珠江口以东的海岸山西侧地带，长夏无冬。7月份最热，平均气温为28.2℃，极端最高气温38.7℃，日最高气温≥35℃的日数年均1.1天。根据《建筑遮阳工程技术规范》（JGJ237-2011），并结合深圳地区实际情况，当室外全年太阳辐射总量大于618408Wh时，需要考虑设置外遮阳构件用于遮挡室外太阳辐射。立面辐射分析模型如图3.1所示。
图3.1 立面辐射分析模型
采用Ecotect 2011软件对深圳典型气象年的太阳辐射数据进行分析。分析结果显示，厂房A-1的南立面全年累计辐射量平均值为1060790Wh，东立面全年累计辐射量平均值为947882Wh，西立面全年累计辐射量平均值为834898Wh，厂房A-1的东、西、南立面全年辐射累计值均大于618408wh。从模拟分析结果来看，厂房A-1东、西、南立面均可以铺设薄膜式光电板。从厂房A-1室内布局来分析，项目南侧为主要采光面，且南侧面临大海的景观视野，而东西立面大多为辅助功能房间（楼梯间、卫生间、储藏间等）。综合上述进行考虑，建议厂房A-1东、西立面采用光电幕墙，其他立面不采用光电幕墙，南面可以结合建筑设计和室内功能布局采用可调节外遮阳措施。
厂房A-2的南立面全年累计辐射量平均值为1042893Wh，东立面全年累计辐射量平均值为921920Wh，北立面全年累计辐射量平均值为712437Wh，西立面全年累计辐射量平均值为810095Wh，厂房A-2的东、南、北、西南立面全年辐射累计值均大于618408wh，但北面接近618408Wh。从模拟分析结果来看，厂房A-2东、西、南立面均可以薄膜式光电板。从厂房A-2室内布局来分析，项目南侧、东侧、西侧为主要采光面，且根据2.2自然采光分析结果，采用光电幕墙对于室内自然采光影响非常大，且厂房A-2本身由于进深非常大（达到32.4m），对自然采光非常不利。综合上述进行考虑，建议厂房A-2不采用光电幕墙，东、西和南立面可结合建筑设计和室内功能布局采用可调节外遮阳措施。
4 自然通风分析及优化
本项目厂房A-2体量为呈规则的四边形体块，整体呈环状，在基地内部形成一个巨大的中庭空间，而整个厂房A-2上方设计为一个巨型的太阳能光伏光热一体化生态棚架。中庭效果图如图4.1所示。
图4.1厂房A-2中庭效果图
为了加强中庭自然通风的效果，本次模拟采取了四种设计措施：具体包括：①首层6米架空；②四层6米架空；③太阳能光伏光热一体化生态棚架架空5米，与周围建筑的间隙为8米；④屋顶结合中庭自然采光设有可开启天窗（100个可开启天窗，每个天窗可开启面积约为16.4平方米，合计可开启面积约为1640平方米）。通风措施示意图如图4.2所示。
图4.2 中庭通风设计措施示意
利用Ecotect 2011软件对采用了四种优化措施后的通风效果进行模拟。由于深圳地区属于夏热冬暖地区，全年长夏短冬，太阳辐射强烈，因此本分析主要考虑室外空调计算温度下的中庭热环境，模拟分析边界条件如下表4.1。
表4.1
模拟结果如下表4.2所示。
表4.2
从温度场的模拟结果可看出，中庭内部仍然存在部分黄色温度区域，降温没有达到理想效果；从速度场的模拟结果可看出，中庭内气流流通不够顺畅，尤其是四层以上存在明显的气流阻滞区。因此，由于中庭体量巨大（体积达到451497立方米），仅仅依靠首层架空、四层架空进行室外空气补风还不能完全排除中庭的热空气。建议将本项目二层~三层的地上停车库设置为开敞式的自然通风车库，从一定程度上增加室外空气的补风进风口，以更加优化中庭的自然通风效果。
5 结语
通过整个项目的模拟研究分析，对深圳华大基因中心的自然采光、外立面遮阳、自然通风和夏季空调送风策略等方面共做出以下优化建议：
（1）建议厂房A-1自然采光采用可见光透射比为0.5的玻璃即可；建议厂房A-2应采用可见光透射比为0.50的外侧玻璃，中庭内侧玻璃在满足节能计算的前提下应尽量采用高可见光透射比（如普通白玻），建议厂房A-2不考虑设置光电幕墙。
（2）建议厂房A-1东、西立面采用光电幕墙，其他立面不采用光电幕墙，南面可以结合建筑设计和室内功能布局采用可调节外遮阳措施；建议厂房A-2不采用光电幕墙，东、西和南立面可结合建筑设计和室内功能布局采用可调节外遮阳措施。
（3）建议中庭在采取①首层6米架空；②四层6米架空；③太阳能光伏光热一体化生态棚架架空5米，与周围建筑的间隙为8米；④屋顶结合中庭自然采光设有可开启天窗（100个可开启天窗，每个天窗可开启面积约为16.4平方米，合计可开启面积约为1640平方米）等措施前提下下再将本项目二层~三层的地上停车库设置为开敞式的自然通风车库，从一定程度上增加室外空气的补风进风口，以更加优化中庭的自然通风效果。
参考文献
[1]刘雅凝.办公建筑的天然采光与能耗研究[D].天津：天津大学，2008.
[2]苏龙梅.基于节能的办公建筑采光中庭形态优化设计[J].建筑节能，2014，（6）.
[3]谢华慧，朱琳.被动式生态建筑中庭的自然通风设计策略[J].节能，2010，（4）.
[4]魏景姝，赵加宁，高军.自然通风技术研究方法及工具[J].应用能源技术，2006，103（7）：1-2
[5]GB/T 50033-2001，《建筑采光设计标准》[S].
[6]GB/T 50785-2014，《民用建筑室内热湿环境评价标准》[S].
论文作者:雷娅蓉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/30
标签：采光论文; 厂房论文; 中庭论文; 自然论文; 可见光论文; 幕墙论文; 立面论文; 《建筑学研究前沿》2017年第26期论文;