提升大型商业中庭热舒适度研究

汤丹

方兴置业（上海）有限公司 上海 200072

摘要：文章以某商业项目夏季顶层出现极热现象的问题发现与解决措施为出发点，通过对多个商业项目的调研分析总结出优化中庭热舒适度的设计解决路径，实现控制成本、改善购物体验、提升项目收益。

Abstract:

Based on the problem discovery and solution measures of extreme heat on the top floor of a commercial project in summer, through the investigation and analysis of several commercial projects, this paper summarizes the design and solution path to optimize the thermal comfort of the atrium, so as to control the cost, improve the shopping experience and enhance the project revenue

关键词： 玻璃天窗、热舒适度、遮阳、送风量

Key words: Glass roof, thermal comfort, sunshade , air supply volume

1 引言

玻璃采光天窗中庭作为丰富建筑空间、创造良好建室内光环境、减少日间照明补充的设计手法，几乎成为大型购物中心的必备。但由此带来夏天多数项目均出现顶部楼层过热，舒适性体验差，影响高区楼层的商铺租赁，影响商业运营品质，且如果后期改造也是难度很大和成本显著增加，影响正常商场的经营。

良好的室内热环境是人们追求高品质生活环境的重要内容，随着商业的迭代更新，人们在商场中的时间越来越长。因此，对中庭热舒适的研究对于消费端的体验和运营开发端的成本效益控制、提升项目品质都有重要意义。

2 案例研究

杭州某商业项目，占地面积25980 平方米，总建筑面积约24万平方米，其中地下二层为室内停车库，地下一层至5 层为商业，6 层为屋顶花园和商业。夏季时，中庭区域L5 层处室内温度普遍超过26.0℃，极端时段达到29.0℃。对其进行全面的过热原因并给出可行的改善方案。

问题一：L5中庭温度过高。冷机运行不合理。运行数据显示，即使极端天气下商场也只开启一大一中（3000RT+1000RT）两台冷机，实际供冷量为装机容量的43%。两台冷机均 100% 负荷运行，冷冻水二次泵供水温度从未达到正常值8℃。其次，L5 层中庭区域风量不平衡、送风管道存在漏风现象，两台空调箱送风管道有漏风现象，总送风量为设计风量的50%。

问题二：L5~L6扶梯厅温度过高。大面积玻璃天窗导致夏季阳光直射时热负荷过大，产生温室效应。其次，商场中庭烟囱效应,由于中庭顶部缺少自然排风，热空气聚集在L5~6 层处，导致该区域温度明显高于其他区域。

问题一解决方案： L5 层中庭区域风量合理分配，使之达到设计值；对L5 层进行风量平衡调试工作，优化组织气流，避免冷热不均；排查漏风点；根据二次泵供水温度及冷机负荷率调整运行策略，当开启一大一中两台冷机（3000RT+1000RT）时，冷机运行后如果二次泵供水温度≥8.5℃，且连续30 分钟100%负荷运行水温降不超过0.5℃的，开启两台3000RT 冷机。极端天气下开启两大一中（3000RT+3000RT+1000RT），以保证8℃的二次泵供水温度。

问题二解决方案：在玻璃天窗上增加临时外遮阳；六层电梯厅增设玻璃罩，形成隔离空间，增设VRV 空调设备，风口吹向扶梯部分。

通过整体改善调整后，第二年8月份中庭温度比往年低约3℃，租户投诉大大减少。在8月份室外温度40℃以上的极端天气，五层中庭中午12时的最高平均温度仅26.8℃，中庭过热得到解决。

通过对以上典型项目及华东区域同类项目的深度调研，发现大部分项目均有类似设计或施工图问题共同导致夏季顶层商业环境的热舒适度差，对顶层的客流产生影响严重。如何通过设计手段在设计阶段从根本上解决过热问题，提升中庭舒适度成为本课题研究目标。

3 解决策略

通过以上案例研究，从建筑、机电设计等维度总结设计提升措施：

建筑设计：复核窗廊比，确定合理的天窗玻璃大小对应合理的送风量；选择合适的天窗玻璃参数及遮阳措施；增加顶层出屋面门斗保证气密性增加VRV；控制天窗覆盖范围，避免阳光直射活动公区及走道。

机电设计：顶层AHU要求尽量独立服务顶层；顶层应按中庭空调分区进行空调负荷计算，避免全层均摊空调风量计算，疏忽部分分区送风量不足；空调分区应考虑消防分区和天窗分布等因素；空调分区内的天窗太阳得热负荷应全部计入顶部服务本分区AHU负荷中；夏热冬冷及夏热冬暖地区选型为顶部8排管，其他地区顶部楼层至少6排管；末端设备选型按照冷冻水供回水7/12度设计温度选型，按照10/15度供回水温度校核选型，以利于后期商场运营提高供回水温度节能运行。

其中提升天窗遮阳效果与增加空调送风量是最为直接的两种措施，那如何判断哪种方式更为经济。

首先需要讨论那种遮阳效果更经济有效，常见可分为外遮阳、内遮阳、镀膜或彩釉玻璃等。对不同遮阳方式下的中庭太阳热辐射进行计算发现：（SC基础值0.35）

方式一：中庭天窗无遮阳

	6月	7月	8月	9月	夏季6-9月太阳辐射
遮阳系数	11.186	11.8424	10.1893	10.4404	43.658

中庭采用较低遮阳系数天窗玻璃（遮阳系数：0.35）的状态下，中庭室内夏季太阳辐射的热量约在43.65MWh。

方式二：中庭天窗（天窗SC值：0.35）+外遮阳（斜向45度遮阳百叶）参考综合SC值：0.16- 效果最佳

	6月	7月	8月	9月	夏季6-9月太阳辐射
外遮阳	4.5649	4.7423	4.1777	4.1717	17.6566

中庭有遮阳百叶（斜向45度；间隔1m；深处长度0.5m）的状态下，中庭室内夏季太阳辐射的热量约在17.66MWh，室内太阳辐射减少最为显著。

方式三：中庭天窗（天窗SC值：0.35，参考综合SC值：0.16）+内遮阳（内遮阳卷帘） - 效果一般

	6月	7月	8月	9月	夏季6-9月太阳辐射
内遮阳	6.1984	6.5399	5.6739	5.855	24.2672

室内遮阳的效果不如外遮阳，其遮阳设施会反射、吸收、透过部分阳光，吸收和透过的部分阳光均变成室内的冷负荷，它们对得热的峰值有所延迟、衰减。

方式四：低遮阳系数玻璃（天窗SC值：0.24；参考综合SC值：0.21） – 效果一般

	6月	7月	8月	9月	夏季6-9月太阳辐射
遮阳系数	7.8015	8.2724	7.1306	7.338	30.5425

通过玻璃本身的选择或者着色涂膜或贴膜处理，降低材料的遮阳系数，与普通玻璃相比，彩色玻璃可以避免30%~60%的太阳辐射。中庭采用较低遮阳系数天窗玻璃（遮阳系数：0.24）的状态下，中庭室内夏季太阳辐射的热量约在30.54MWh，遮阳效果一般。

综上分析得出结论，遮阳效果：外遮阳>内遮阳>镀膜玻璃>低遮阳系数玻璃

外遮阳对于室内太阳辐射得热量效果较好，内遮阳相对于外遮阳效果略差。采用较低遮阳系数的天窗玻璃，对于室内太阳辐射得热量有一定效果。但外遮阳也是这几种遮阳方式中价格最贵的。

遮阳类型	遮阳种类	优点	缺点	成本排序
内遮阳	电动遮阳帘布 电动遮阳百叶 固定遮阳构件	相对外遮阳易维护，可调节	①热量已进入室内反射后热量仍积聚在顶部，热工效果甚微。 ②物业反映：电动帘布存在遥控不灵、且电机位置不便维修，损坏后无法进行修复，遮阳卷帘布材下垂，遮阳效果不理想，遮阳帘落灰无法清理等问题。	600-900元
外遮阳	电动遮阳帘布 电动遮阳百叶 固定遮阳百叶	对室内热工环境的改善效果直接明显，遮阳效果好	①采光顶为异形，周边非标准矩形的玻璃无法安装遮阳帘。 ②外遮阳时，转接件胶缝伸出，电动马达布置在室外，防水要求高，漏水隐患大； ③物业反映：影响玻璃清洁维护，遮阳设备维护困难易损坏，风力超过5级会自动收回造成损坏；	成品电动百叶价格单方约2000元，电动卷帘价格单方约1200元

采用外遮阳与增加空调冷量相比如何呢？

以某项目为例，天窗玻璃面积约为700 m2。

方案一增加冷量：补充的冷量为了消除夏季最太阳辐射最大时间段（10点～14点为太阳辐射值最大的时间段）内多出的热负荷。机组按照1800元/RT，冷却塔、水泵成本按照机组20%的计算，按照空调系统寿命15年，运行天数为90天，每天运行时间为4小时，空调平均能效比为4，电费1元/KWH计算，则补充冷量后的成本增量=建设费+运行费。建设费=（8RT×1800元/RT）×1.2=11.52万元， 运行费=15×（26.22Kw×4h/4）×90×1元/kwh=3.54万元 ，则总成本=15.06万元。

方案二增加外遮阳：中庭顶部采用电动遮阳板，电动遮阳遮挡时间为夏季太阳辐射较为强烈的时间段（10点～14点），其余时间段可全部打开。电动遮阳板使用年限为15年，成本增量约800元/m2，天窗顶部遮阳面积约为700m2，则电动遮阳板成本增量为56万元。

由上面的分析可知设置外遮阳的初投资较大，但采用外遮阳板后，约降低太阳辐射457.32KW，可得节约空调运行费用为=15×（457.32Kw×4h/4）×90×1元/kwh=61.74万元。

综合以上分析，可以尝试结合局部外遮阳及适度增加空调送风量，同时兼顾运营期的电费支出，以杭州某项目为例进行模拟测算，组合方式可获得较好的平衡效果，预计10年可以投入。

4 小结

中庭热舒适度优化设计主要有三种技术路径可以实现：一是应注重透明采光中庭的遮阳设计，包括外设遮阳和玻璃自遮阳技术的应用；二是对中庭的空调系统进行气流组织模拟，根据分析结果对各层活动区域分层进行温度和风量设计，避免统一设定而造成冷量浪费，徒增机组容量，增加初次投资。三是可以采用遮阳+气流组织优化的综合优化设计，大大提高中庭的室内热舒适性。

参考文献

[1] 崔艳秋. 玻璃采光顶中庭建筑室内光热环境优化研究综述[J]. 建筑节能(中英文). 2021,49(09)

[2] 薛韩玲,郭栋.商场中庭夏季热舒适分析与优化研究[J]. 商场中庭夏季热舒适分析与优化研究[J].  山西建筑. 2019(06)

作者简介：

姓名：汤丹（1983-），女，上海，中国金茂华东区域主任建筑师，从事商办项目建筑设计及管理。