一、夏热冬冷地区建筑遮阳技术概论
近年来建筑节能技术快速发展,人们对建筑遮阳的重视也越来越突出,采用遮阳来减少太阳辐射热进入室内降低空调能耗的效果得到共识。日本、美国、欧洲以及中国香港等国家和地区都把提高窗的热工性能和遮阳控制作为夏季防热、降低住宅空调负荷的重点。居住建筑普遍在窗外安装有遮阳设施,把窗的遮阳作为夏季建筑节能的一个重要措施来考虑,并正在以百叶挡板等遮阳方式,取代不透光的传统挡板,从而很好的解决了遮阳、通风与观瞻的矛盾。而我国大部分地区尚缺乏有组织的外遮阳设计。夏热冬冷地区把建筑遮阳作为夏季能抵御阳光进入室内,而冬季让阳光进入室内,成为减少能耗,实现建筑节能的重要手段,已经十分迫切。
二、夏热冬冷地区建筑遮阳的技术原理
夏季南向窗接受太阳辐射强度可高达2000W/㎡ ,西向窗接受太阳辐射强度近4000W/㎡ , 在这种强烈的太阳辐射条件下,阳光直射到室内,将严重地影响建筑室内热环境,增加建筑空调能耗。从建筑能耗分析看,窗对建筑能耗的损失主要有两个原因:一是窗的热工性能太差造成夏季空调、冬季采暖室内外温差的热量损失的增加;二是窗因受太阳辐射影响而造成的建筑室内空调采暖能耗的增减。从冬季来看,通过窗口进入室内的太阳辐射有利于建筑的节能,因此减少窗的温差传热是建筑节能中降低窗口热损失的主要因素。而夏季的能耗损失中,太阳辐射是其主要因素,应采取适当遮阳措施,以防止直射阳光的不利影响。
夏季窗户内部的遮阳设施(软百叶或窗帘)效果很差,因为热辐射可以直接到达玻璃表面,并透过玻璃进入室内,还会使遮阳构件升温,并以长波辐射和对流的形式向室内散热。遮阳构件发出的热属长波辐射,它和来自室内的其它长波辐射一样,难以透过玻璃到达室外,如果内部的遮阳构件不是白色或银色反射窗帘,情况会更差。所以不能依靠窗户内部的遮阳设施来降低热辐射的影响。
窗户本身遮阳的效果是有限的,并依赖于遮阳构件的形式以及它和玻璃的相对位置。但如果窗户外面有遮阳装置,到达玻璃的辐射热(特别是直接辐射)就会大大减少,从而对室内温度的影响也变小。当太阳照射到遮阳构件上,其中一部分光线会被发射掉,另一部分被反射到玻璃上(依遮阳构件的几何形状而定),余下部分由遮阳设施自身吸收,温度升高。因此遮阳设施本身也以对流和辐射的形式向外散发出一部分热量,所以遮阳构件最好选用蓄热量小的材料来做。另据实测在夏季连续空调时,计算不同负荷逐时变化曲线,可以看出通过实体墙的传热量仅占整个墙体传热量的30%,通过窗的传热所占的比例最大,而且在通过窗的传热中主要是太阳辐射热,温差传热部分并不大,如图1所示。因此窗户外遮阳是夏季节能的一个重点。
遮阳设施的功能要求随着地区和气候的不同而不同,除了不同地区太阳的高度角和方位角以及辐射强度不同外,还要注意天空中太阳的运行轨迹和辐射强度并不是和年气温变化相对应的,因此固定的遮阳装置并不总是有效的。
三、建筑遮阳的现状、类型与分析
1、建筑遮阳的现状
目前虽然对建筑遮阳技术的研究以及应用的探讨有很多,而且相关标准对建筑遮阳也有规定,如：《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2001)中规定,外窗宜设置活动外遮阳,《江苏省民用建筑热环境与节能设计标准》(DB32/478-2001)中规定,南、东、西向窗均应设置外遮阳设施。但是在大部分地区的建筑节能设计中,也只是注明采用软百叶或窗帘的内遮阳,外遮阳的运用很少而且也没有作为建筑节能和工程验收的一个重要部分加以控制。
2、建筑遮阳的类型与分析
目前,遮阳措施很多,可概括为三大类:利用绿化的遮阳,结合建筑构件处理的遮阳和专门设置的遮阳。结合建筑构件处理的手法,常见的有:加宽挑檐、外廊、凹廊、阳台、旋窗等。专门设置的遮阳包括水平遮阳、垂直遮阳、综合遮阳、挡板遮阳、百叶内遮阳、内遮阳加镀膜、活动百叶外遮阳等。活动式遮阳多采用铝合金、工程塑料等,它质轻、不易腐蚀、表面光滑、反射阳光辐射性能好。遮阳形式的选择,应从地区气候特点和窗户朝向来考虑。这些遮阳方式在工程实践中的应用(针对外遮阳)不妨作一探讨,见表1。
1)外窗绿化遮阳 利用绿化遮阳,这是一种经济而有效的措施,特别适用于低层建筑,或在窗外种植蔓藤植物,或在窗外一定距离种树。但中高层建筑种植和维护就比较困难。
2)外软百叶、布篷遮阳 采用软百叶、布篷等做临时可拆除的活动式外遮阳,适用于多层建筑和临时建筑,但风吹雨淋容易老化。
3)外百叶卷帘遮阳 外侧带铝、塑百叶卷帘的铝合金、塑钢窗的活动外遮阳。这种百叶卷帘,夏季遮阳、隔热并能遮挡80%的太阳辐射,冬季夜间保温,白天卷起采光。质量好的百叶卷帘是以铝合金卷帘板、卷帘束、轴、驱动部分和导轨组成,卷帘板为空心铝合金滚压成型内充发泡聚氨酯叶片,遮阳效果好、美观,但造价高、不透光,由于有卷帘箱,只适合新建建筑及推拉窗,设施维护比较麻烦,大量普及有一定难度。
4)固定综合遮阳 固定式遮阳板遮阳,在夏热冬冷地区特别是地理纬度φ<32°的南方地区对于南向或接近南向的窗户,利用单纯的水平遮阳方式进行遮阳效果已不理想,可考虑采用水平遮阳和垂直遮阳相结合的综合遮阳方式。对于落地大开窗或外飘窗综合遮阳方式,遮阳板比较大,使建筑设计比较被动,可能造成建筑立面不好处理,但可使窗户免受风雨的侵袭,也不影响通风和视觉效果。
5)外百叶窗遮阳 折叠式或推拉式金属、塑料、木百叶窗外遮阳,夏季遮阳,冬季可以拆下保证冬季采光,新老建筑都可采用,效果好,普及容易。但百叶角度应根据不同地区计算确定。 6)外遮阳板与太阳能电池板结合遮阳 活动外遮阳挡板与太阳能电池板结合,即遮阳又使太阳能发电,白天将电存入蓄电池(没有现成输电网的情况下),夜间提供照明用电,这样就有效的节约了城市用电。由于太阳能光伏电池价格昂贵,普及比较困难,但是随着光伏电池价格的降低将会是建筑节能的发展方向。
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