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窗户是最基本的建筑元素,可以显著影响建筑室内热环境和光环境,并且在世界总能源消耗中占据重要份量。本文针对窗户遮阳的固定和动态遮阳性能以及对应的建筑能耗特性进行了分析讨论,以达到优化窗户性能,实现能源节约的目的。应用光线追踪算法计算复杂窗户系统动态遮阳系数,可以更准确评估窗户的动态遮阳特性,为综合评估遮阳结构性能奠定了基础。针对双层玻璃格栅遮阳结构,首先基于光线跟踪算法提出了评估复杂窗户系统遮光性能的几何计算方法,分析了具有复杂窗户系统典型住宅的建筑能耗;其次,通过实验验证了几何算法的有效性;最后对格栅遮阳结构进行了详细的参数分析,得出了最佳的遮阳结构尺寸。详细对比分析了典型气候区域及季节性典型日动态遮阳性能与最优恒定太阳得热系数(SHGC)在计算建筑负荷中的影响。根据格栅遮阳结构的动态遮阳系数,计算了年度建筑负荷;选取美国和中国的几个典型气候区域,对格栅间距等参数进行了节能优化。讨论了动态遮阳系数与恒定遮阳系数和纬度的相互关系,并得出了不同气候区域的最优遮阳系数取值,在论文讨论范围内,最佳SHGC窗户可获得显著的节能效果。进行了PV功能材料复合于遮阳结构的实验,并基于建筑能耗综合分析,对复合遮阳结构尺寸进行了优化。对多功能PV遮阳结构的遮阳性能和光电能量输出进行了理论计算,并对水平PV遮阳结构和45度倾斜PV遮阳结构进行了实验测试,获得了倾斜PV结构和水平PV结构的实际电量输出和动态遮阳系数,比较了不同PV结构运行表面温度和光电转化效率。倾斜PV结构电量输出比水平PV结构更优,水平PV遮阳结构和倾斜PV遮阳结构都达到了显著的节能效果。在一个典型节能建筑原型Midmod中引入格栅结构窗户,通过对其综合建筑能耗分析,评估了格栅遮阳结构窗户对建筑能耗的影响。比较了在建筑原型所在地Detroit以及典型炎热气候地区Miami,采用相同格栅遮阳结构窗户带来的能耗差异,在典型炎热气候地区使用效果更好,如Miami地区,节能率最高可达28.1%。