2026年美赛E题：被动式遮阳

2026 年 ICM E 题：被动式遮阳，英文原名为 Passive Solar Shading。本题围绕两所虚构大学的建筑改造与新楼建设，要求设计利用太阳位置、建筑形状和材料特性的遮阳方案，并评价供暖、制冷与室内舒适性的变化。

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背景：遮阳与蓄热要共同考虑

被动式设计希望在炎热季节限制进入室内的太阳热量，在寒冷季节允许有益的日照进入，并由室内蓄热体储存、随后释放热量。混凝土、石材和水等可承担蓄热作用，减缓一天中的室温波动。挑檐、植物遮挡、遮阳构件和高性能玻璃都是题面提及的手段，具体效果取决于朝向、各立面窗面积和气候。

传统简化设计常只用夏至、冬至太阳正午时的太阳高度来确定窗上遮阳板的伸出长度。原题图 1 表达的关系是：南立面窗上方的遮阳板可遮挡角度较高的夏季阳光，同时允许角度较低的冬季阳光进入；图中没有给出数值角度或构件尺寸。太阳正午指太阳在当地一天中达到最高位置的时刻，不必等同于钟表的 12 点。冬至与夏至分别对应当地一年中白昼最短与最长的日子。

本题要求提出比上述简化方法更充分的设计，解释方案如何同时改善夏季隔热和冬季得热。

两所大学及已知建筑条件

Sungrove University

Sungrove 位于温暖的低纬度地区，日照强，热浪日益频繁；校园面临制冷费用偏高和教室眩光的问题，计划在 2040 年实现净零制冷。题目所说的净零制冷，是提供冷却服务时不向大气增加温室气体，并不是规定制冷能耗为零。

本题的改造对象为 Academic Hall North，一栋两层教学办公楼。其已知条件如下：

• 矩形占地，东西向长 60 m，南北向宽 24 m；原题图 2 的北箭头朝上，长边沿东西方向。
• 办公室、教室位于周边，走廊位于内部。
• 外立面使用双层玻璃和砖饰面；南立面的平均窗墙比为 45%，其他立面为 30%。
• 夏季主要依靠机械制冷，冬季采用水系统供暖，目前被动式措施较少。

原题允许参赛队自行设定其他建筑特征，但必须在写给委托方的材料中明确说明这些补充设定。题目没有指定具体城市、纬度、层高或窗的尺寸。

Borealis University

Borealis 位于高纬度地区，冬季连续数月低于冰点，日照时间短，供暖需求大。它有一栋与 Sungrove 上述教学楼设计相似的建筑，需要研究适合寒冷环境的方案。

两校还各计划新建一栋学生中心，作为校园活动枢纽。新楼须充分依靠被动式遮阳来调节环境，并希望成为未来开发的样板；设计既要适用于当下，也要在预测的未来气候下保持有效。这两所大学均为题目设定的案例，不是真实学校。

方案必须扩展的范围

分析要覆盖一天中的遮阳需求，不能只检查太阳正午；还要容纳不同尺寸和形状的窗、没有严格朝向正南或正北的窗（取决于所在半球），以及与建筑风格相配的不同遮阳形式和材料。需要清楚说明新方案相对于传统方法的优势。

需要完成的工作

1. 温暖地区既有建筑改造

为 Sungrove 的 Academic Hall North 提出改造设计，并以模型作可行性分析。研究如何降低整个学年的制冷负荷，同时优化学年中的供暖与制冷；交代选用的被动式措施、相关建筑特征及性能评价方式。

2. 寒冷地区的蓄热与遮阳

把研究扩展到 Borealis 的相似建筑，重点纳入室内蓄热体的有效利用。目标是在寒冷季节充分获得太阳热量，同时避免暖季过热。建筑几何、材料、玻璃位置和内部蓄热体是原题提示的可考虑因素。

3. 迁移到其他地点

调整模型，讨论在其他地点应用时需要重新考虑哪些设计条件。即使纬度相近，地区之间的供暖和制冷需求也可能不同，不能把两所案例大学的结论直接当成普遍方案。

4. 为一所大学设计新学生中心

在 Sungrove 与 Borealis 中选择一所，为其新学生中心设计保持适宜室温的被动式遮阳方案。说明策略、建筑特征，以及如何用模型评价性能随时间的变化，并考虑未来气候下的表现。

原题提供了若干可选分析角度：预测太阳得热、估计供暖或制冷负荷的减少、考虑季节变化，以及评价自然采光需求与遮阳效果之间的取舍。这些是可选切入点，不要求把每项都作为独立任务完成。

提交成果

给两所大学中的一所，而非两所写一封 1—2 页的信，说明如何把被动式遮阳纳入该校既有建筑改造和新楼规划，两类项目都须涉及。

提交的 PDF 正文总计不超过 25 页，包括一页摘要、目录、完整研究报告、上述信件及参考文献。图表和计算等附加内容计入页数；无最低页数要求，允许部分完成的研究。

生成式 AI 不是必需工具。使用时须遵循 COMAP 的 AI 使用政策，将 AI 使用报告附在 PDF 末尾；该报告不计入 25 页上限。

原题与来源

• COMAP 官方题目 PDF：2026 ICM Problem E（4 页，含遮阳原理图与建筑平面尺寸图）。本页依据全题及图示，用中文重新组织条件和任务，不包含解答。
• COMAP 2026 年官方题目目录。