□ 刊发于《新建筑》
2004年第06期
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南京遮热板降温与时间相关性统计分析
毛建西 柳孝图 傅秀章
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Statistical analysis of temperature reduction of shading shield and time in Nanjing
毛建西 柳孝图 傅秀章 王 焱
Mao Jianxi Liu Xiaotu Fu Xiuzhang Wang Yan
摘 要 太阳辐射是南京夏季室内过热的主要原因之一，遮阳板能有效地减弱经窗口射入的太阳辐射。利用电子表格和数字处理软件对遮热板（西墙）降温效果与时间的关系进行了统计分析，曲线拟合的结果显示：在南京遮热板降温与时间之间存在较强的三次方关系。
关键词 统计分析 遮热板 时间
ABSTRACT Solar radiation is the main problem to affect the indoor thermal environment in Nanjing in summer. As is well known， sun shading can effectively descend the solar radiation entering room through the windows. In the present study， the relationship between temperature reduction of shading shield（west wall） and time has been statistically analyzed， using Excel and Matlab. According to the results obtained through curve regression analysis， there is a strong correlation between temperature reduction of shading shield and time.
KEY WORDS statistical analysis， shading shield， time。
中图分类号 TU-86 文献标识码 B 文章编号 1000-3959（2004）06-00-00
一 背景和问题
南京是我国四大火炉之一，夏季十分炎热。近年来，又由于南京城市的不断扩大，人口快速增加，建成区建筑密度增大，城市热岛强度加强，室内过热现象十分严重。为此，专家学者和工程技术人员进行了许多相关研究，采取了相应的工程技术措施。2001年公布实施了“江苏省建筑节能设计标准”（DB32/478－2001），2003年颁布了“江苏省节能住宅小区评估方法”（DGJ32/TJ01－2003），进行节能示范建筑、节能示范小区认定工作。建筑主管部门严格审查节能设计要求，不满足要求不批准；新建建筑采用多种新型保温隔热材料、技术；对既有建筑采取了立体绿化、外墙保温隔热、平屋顶改坡屋顶、活动遮阳等措施，这一系列工作卓有成效。
来自太阳的热辐射主要经两个途径进入室内影响室内的热舒适：一是透过窗户进入室内并被室内表面所吸收，产生了加热的效果；二是被建筑的外围护结构表面吸收，其中又有一部分热量通过建筑围护结构的热传导进入室内。即使建筑外墙、屋顶和门窗的隔热和蓄热作用在一定程度上稳定了室内的温度变化，但透过窗户进入室内的日照还是对室温有直接而重要的影响。所以，建筑遮阳的目的在于阻断直射阳光透过玻璃进入室内，防止阳光过分照射和加热建筑围护结构，防止直射阳光造成的强烈眩光。在所有的被动式节能措施中，建筑遮阳也许是最为立竿见影的方法。根据文献●[1]，计算各朝向墙（含窗）的得热在有、无遮阳情况下的比较（表1）。
由表1可以看出，窗户遮阳是限制太阳辐射进入室内、减少室内过热很有效的一项措施。在高层建筑的实例中，汉诺威的玻璃大楼和伦佐·皮亚诺设计的德比斯总部大楼的双层玻璃幕墙综合解决了遮阳和通风问题，成为现代建筑围护结构的一个亮点。今天，双层幕墙在技术方面更趋成熟。特别是在改善和提高玻璃幕墙的隔热性能及节省能源消耗等方面具有很大突破●[2]。基于类似的思路，东南大学建筑学院建筑节能研究组进行了西墙体遮热板实验，这是一种用于不透明围护结构外侧的隔热措施。实验结果显示，遮热板（西墙）对室内温度状况有一定的改善。本文目的是采用该实验数据，利用电子表格和数字处理软件分析遮热板降温效果和时间的相关性，寻求与一天中太阳运行规律一致的拟合曲线，为节能设计、施工，空调热负荷计算等提供参考。
二 特征和数值
1 南京室外热气候特征
南京处于长江中下游夏热冬冷地区的中心。在我国的大气候背景下，该地区本身就比同纬度其他地区气候条件更为恶劣。这里夏天气温高、湿度大，十分闷热，但冬季又是寒潮冷空气南下的通道，特别是寒潮天气中气温在零下时，又冷又潮，格外寒冷；昼夜温差大，年降雨量大，日照偏少；而且夏冬时间长，春秋时间短（表2）。
南京地区现有的大部分城市住宅建筑围护结构的保温、隔热性能较差。墙体多为用240 mm厚的粘土砖，内外各抹20 mm厚的混合砂浆，不作任何的保温、隔热处理，总传热系数约为1.83W/m●2.K。屋面多采用平屋顶，不设保温层；窗户一般为单层玻璃金属窗，外遮阳较少，夏季太阳辐射入室较多，冬季冷风渗透严重。建筑总体热工性能较差，室内热环境远达不到热舒适的要求，必须采取相应的保温隔热措施。
2 数值分析
（1）测试方案。为了检验遮热板降温效果，实验在自建的两间1：1足尺模型房间中进行，见（图1）。房间处于自然通风状态，阳台门关闭。测试内容包括：未装置遮热板时，两房间的温度变化（以下称基础状态）；在西房西墙外侧装置遮热板（板离西墙外表面200mm）时，两房间的温度变化。主要测试参数为室外气温、室外太阳辐射照度（包括南墙面、东墙面及西墙面）、室内气温及内表面（东、北、西墙面及屋顶）温度。
（2）测量仪器。①建筑热工温度热流巡回检测仪（55路温度测量，测量范围-50℃～100℃，分辨率：0.1℃，精度0.5℃）；②太阳辐射照度仪；③数字万用表。
（3）测试结果。测试数据经处理绘制在图2中。遮热板对室内空气温度和围护结构内表面温度具体降温效果如下：①西墙内表面：平均下降0.57℃，最大下降1.6℃；在2：00～7：00时比未设置遮热板时高，最高为0.15℃，其他时间均比未设置遮热板时低。这说明遮热板对墙体的夜间散热稍有影响；②室内气温：平均下降0.47℃，最大下降1.85℃；有三个时刻比未设置遮热板时高，最高为0.20℃，有一定的偶然；③室内其他内表面：其中东墙面平均下降0.45℃，最大下降1.0℃；北墙面平均下降0.36℃，最大下降1.0℃；屋顶平均下降0.55℃，最大下降1.0℃。而且全天均比未设置遮热板时低。测试结果表明：西墙外侧加遮热板后，不仅西墙内表面温度有所下降，而且室内气温及其他内表面的温度均出现不同程度的降低，遮热效果良好。
为了寻求遮热板降温效果随时间的变化关系，我们在图2中利用电子表格的趋势线功能直观的比较了拟合曲线T = f（t）。这里：T是温度降低（℃），t是时间（h）。显然一次曲线不能满足一天中太阳运行规律，经观察发现，3次多项式比较接近测试结果和太阳一天运行规律。一般的3次多项式拟合曲线方程如下：
T=at●3＋bt●2＋ct＋d（1）
公式中：T 是温度降低（℃），t是时间（h），a 、b、c、d分别为拟合曲线常数。
图3给出了采用遮热板后室内西墙温度降低与时间的关系，该结果以时间为独立自变量进行拟合。
三 结果和讨论
利用数字处理软件经过统计分析获得的室内气温及室内各表面温度降低拟合结果列于表3中。根据表3统计分析结果，西墙内表面降温与时间关系可表示为：
T＝-0.0012t●3＋0.00775t●2－1.5740t＋8.8429（2）
分析该结果可以看出，西墙内表面温度降低随时间呈周期性变化，最佳降温效果出现在下午4点多（图中16.4069时），最差降温效果出现在凌晨2点多（图中26.6486时）。这说明遮热板对遮挡太阳辐射、降低室内气温和围护结构内表面温度有较好的作用，但对墙体夜间散热有一定影响。该规律与太阳在空中运行照射围护结构规律一致，该结果对研究遮热板降温规律，计算空调热负荷等有一定的指导意义。然而，由于曲线拟合只能保证拟合结果在该类曲线中方差最小，不能保证在所有可能的曲线中误差最小，因此是否存在其他更好的曲线形式比如指数形式，有待进一步研究。在该实验中的遮热板采用轻质隔热材料，没有考虑其蓄热特性。遮热板的蓄热特性对室内温度的影响，遮热板采用热反射材料、采用光电转换板，以及立体绿化的隔热降温效果的规律是我们下一步的研究方向。
南京西墙遮热板降温效果的统计分析显示，西墙遮热板能够有效地降低室内气温和外围护结构内表面的温度，温度降低与时间之间存在较强的三次方关系。特别是，当太阳直射西墙时降温效果最好，这对南京既有建筑节能改造，创造舒适的室内热环境以及空调热负荷计算等都有一定的借鉴意义。□
参考文献
[1]柳孝图. 夏热冬冷地区住宅热环境设计研究. 涂逢祥主编. 建筑节能. 北京： 中国建筑工业出版社， 2001（33）： 58～66
[2]刘念雄. 欧洲新建筑的遮阳. 世界建筑， 2002（12）： 48～53
收稿日期 2004-01-20
1 西墙遮热板模型试验房平面布置
2 西房西墙外设遮热板时温度差值
a 气温及西墙、屋面内表面
b 东、北墙内表面
3 室内西墙温度降低随时间的变化
表1 有、无遮阳情况下通过各朝向墙（含窗）的平均热流强度比较（单位：W/m●2）
表2 南京夏季天气参数
表3 三次曲线拟合结果
作者单位：东南大学建筑学院（ 南京，210096） |
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