通过以上确定的上海地区高层建筑各主要朝向的形态自遮阳参数和形式，建立建立高层建筑形态自遮阳分析模型，通过计算机分析软件对其遮阳效能进行评价和分析。
4.2.3.1 选择模拟软件
Autodesk Ecotect Analysis是由英国Square One公司开发的生态建筑设计软件，它主要应用于方案设计阶段，具有速度快、直观、技术性强等优势，而且可以和一系列精确分析软件相结合作进一步的分析。Ecotect的计算得到了国外专业评估组织的认可，已经广泛地运用到建筑设计中，如澳大利亚大学的社会科学馆、英格兰赫尔市的大型露天体育场和西澳大利亚佩思的圣玛丽剧场等。Ecotect的核心基于建筑工程师特许协会（CIBSE） 所核定的内部温度和热负荷计算方法—准入系数法。这种运算法非常灵活且对于建筑物的体形以及仿真分的区域的数量没有限制。更重要的是，在完成一些投影和遮蔽的前期计算后，软件系统可以非常快的速度进行计算并且能够将非常有用的设计信息显示出来[6]。计算结果的相对精确度可以使设计者在设计的初期就能做出适当的决断。
在本模拟分析中，通过在Ecotect中建模分析计算，对比有无遮阳情况下夏季室内受太阳辐射辐射影响程度、夏季外窗入射太阳辐射情况和全年外窗透过/吸收太阳辐射情况，得出对比图像或计算出相应数据来分析形态自遮阳的遮阳效能。
图4—20 建筑模型的平面与轴 测图
4.2.3.2 建立数学分析模型
设定该建筑位于上海，正南北朝向，建筑平面尺度为30 m×30 m，中间布置12 m×12 m的核心筒，建筑层数20层，标准层层高3.9 m。根据上一节得到的上海地区各主要朝向的形态自遮阳参数和形式，对该建筑的各朝向采用相应的形态自遮阳设计：南向——外围护结构水平折叠；东向——遮阳表皮；西向——遮阳表皮；北向——外围护结构垂直折叠（图4—20、图4—21）。
若直接对标准层进行分析，各朝向之间相互影响很大，特别是形态自遮阳对室内热辐射影响分析，不能确定各朝向的形态自遮阳设计的遮阳效果。所以将一个标准层分割为四个朝向区域单独进行分析，这样可以简化和清晰地分析各个朝向采用的形态自遮阳方式的遮阳情况，以下将选取南向面进行分析。
图4—21 建筑模型的各立面做法
4.2.3.3 南面遮阳效能
从整体的建筑体量中截取标准层的南面部分，如图4—22，东西方向长度30 m，进深10 m，整个外墙布置高 2.7 m的落地玻璃幕墙。南面采用的围护结构水平折叠形态设计，落地玻璃向外倾斜，玻璃上方的墙相对向内倾斜，形态折叠状。从Ecotect软件材料库中选择墙体的材料为混凝土空心砌块，玻璃幕墙为双层中空玻璃，顶部的楼板为钢筋混凝土屋面板。为形成对比分析，将玻璃幕墙向外倾斜的角度设定为α，α的角度分别为0°、15°、30°。
建筑模型其他参数都保持不变，南面玻璃幕墙垂直，在外窗上设置水平遮阳百叶，叶片宽度100 mm，间距为173.2 mm（按遮阳角度60°计算）。在模拟过程中，百叶都处于水平位置，如图 4—23所示。通过此模型对比高层形态自遮阳的遮阳效果。
图4—22 南面水平形态自遮阳模型
图4—23 南面水平百叶遮阳模型
1. 夏季室内热辐射分析
在Ecotect中选取夏季南向需要遮阳的时间，根据前文分析，选取6月20日至9月10日。分别对α角度不同的三个模型的室内地板的热辐射情况进行分析，得到不同α倾斜角度的室内受室外太阳辐射影响情况。模拟分析得到指定时间日平均入射太阳辐射引起的建筑室内热辐射情况，从图4—24、图4—25、图4—26可知，随着倾斜角度的增加，其室内受室外太阳辐射影响越小。当α角度为30°时，基本遮挡了直射太阳辐射，只有少部分散射辐射透过玻璃进入室内，降低室内热辐射量效果明显。
图4—24 α＝0° 室内热辐射情况
图4—25 α＝15° 室内热辐射情况(www.xing528.com)
图4—26 α＝30°室内热辐射情况
2. 夏季外窗入射太阳辐射分析
依然选取6月20日至9月10日为遮阳时间，对不同α角度的三个模型进行外窗逐时（指定时间的小时平均值）入射太阳辐射分析，得到表4—12的数据。
表4—12 南向窗口三种倾斜角度α的逐时（时均）入射太阳辐射量 （单位：Wh）
根据分析的数据，在上海地区水平太阳轨迹图上绘制逐时外窗入射太阳辐射曲线图。如图4—27、图4—28、图4—29，太阳辐射曲线与太阳轨迹线围合的区域（黄色部分），为一天中，外墙入射的太阳辐射总量。其形状与“遮阳帽的帽檐”形状类似。
当α＝0°时，其太阳辐射值在上午9点至下午2点较高，且有局部值突变使得曲线不平滑，在11点时达到最大值，高达487 Wh；当α＝15°时，其太阳辐射值11点左右较高，最大值为305 Wh；当α＝30°时，其入射辐射量随时间平稳的变化，且太阳辐射量均低于135 Wh。
图4—27 α＝0°逐时入射太阳辐射曲线图
图4—28 α＝15°逐时入射太阳辐射曲线图
图4—29 α＝30°逐时入射太阳辐射曲线图
从数据及图像可以看出，随着倾斜角度的增加，南面外窗的逐时入射太阳辐射量减小，对比α为0°，当α为30°时南向外窗入射太阳辐射量可以减少69%[7]。
3. 全年外窗吸收/透过太阳辐射分析
对南向形态自遮阳的外窗在倾斜一定角度与安装有水平外遮阳系统进行对比分析，分别对其进行全年逐月（指定时间的小时平均值）吸收/透过的太阳辐射分析，得到表4—13的数据，将数据生成折线图，得到图4—30。
表4—13 南向墙口三种倾斜角度α的逐月（时均）入射太阳辐射量 （单位：Wh）
图4—30 全年外窗吸收/透过的太阳辐射量
由图4—30可以看出，当外窗安装水平外百叶遮阳系统时，夏季5—9月份有极佳的遮阳效果，但其他月份特别是冬季，由于遮阳百叶的遮挡，采暖受较大影响；当采用形态自遮阳外窗倾斜角度时，倾斜15°时，在5—7月份有较好的遮阳效果，其他月份对比0°时太阳辐射基本相同；而倾斜30°时，在5—9月份有很好的遮阳效果，其他月份特别是冬季，对比0°时太阳辐射略有减少，但影响不大。因此可以得到结论：针对上海地区夏热冬冷的气候特点，南向形态自遮阳外窗倾斜30°时可以于外窗安装水平外百叶遮阳系统，在夏季月份达到的遮阳效果，且对冬季的采暖影响不大。
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