成都地区遮阳范文

成都地区遮阳范文（精选7篇）

成都地区遮阳 第1篇

建筑节能工作的开展在我国已有近30年的历史, 在国家技术政策和节能标准的推动下, 节能技术正在迅速发展。一方面, 人们出于对通风、采光、审美等等要求, 偏爱较大的开窗面积, 同时, 建筑还必须满足节能要求, 控制窗地比, 这似乎是一个矛盾。我们可以看到, 不少建成与建设中的居住建筑, 立面上常出现大面积的落地窗、飘窗、转角窗, 由于外窗是维护结构中建筑冷、热量损失的薄弱环节, 因此这无疑给建筑节能指标的实现带来一定困难。

根据《民用建筑热工设计规范》 (GB50176) 中的气候分区规定, 全国划分成五个气候分区, 重庆市地处夏热冬冷地区, 夏季最高气温平均在27～29 ℃, 极端最高气温38～40 ℃, 部分地区甚至高达42～43 ℃。夏季是重庆全年最长的季节, 普遍有120～140天, 东南部稍短, 也有100天左右。且盛夏7～8月也是全年光照最强的季节, 日照时数约占全年的40%左右, 日照百分率达到50%。又因重庆市区四周被山包围, 热量不易向上空辐射, 导致夏季气候闷热, 成为长江三大“火炉”之一。夏季房间温度过高的主要原因来自太阳辐射, 而实验证明简单的遮阳措施对于降低进入房间的热辐射量来说确实起到了不可忽视的作用, 无任何遮阳措施的外窗不仅为大部分热量大开方便之门, 同时冷空气的逸散也造成一定程度上空调能耗的浪费。“遮阳虽有内外遮阳之别, 但以外遮阳为重要。”[1]因此, 遮阳可谓是性价比很高的夏季降温的措施。建筑遮阳设计是建筑设计的重要组成部分, 针对不同朝向或具体情况采取适宜的遮阳措施, 减少由窗户进入室内的辐射能, 对保持室内良好热舒适度, 降低空调能耗及改善室内光环境具有重要意义。对旧建筑的节能改造来说, 遮阳改造设计适应性广、投资小, 具有很强的可实施性。本文主要就窗口遮阳问题对重庆市几栋多层住宅进行调研分析并提出“充气式遮阳”的设想, 旨在为广大的居住建筑提供探讨性的遮阳措施。

1调研分析

笔者于2007年10月对重庆市地处不同区域、建成于不同年代的几栋多层住宅进行了调研, 并就窗口遮阳的相关因素进行了汇总 (见表1) 。调研中我们发现, 首先, 公众的遮阳意识尚普遍不足。经与用户沟通得知用户自行加建的“遮阳蓬”设置初衷主要为挡雨之用, 而遮阳用户认为应对炎热的夏季的最好办法就是关起窗户打开空调, 至于有无遮阳措施, 并不是那么重要。遮阳可降低空调能耗的节能意识尚未深入人心。其次, 建筑设计中也反映出一些问题:窗口遮阳的设置随意, 不同朝向的立面并没有根据对阳光的不同需求而做出相应的处理。例如表1中的美茵河谷某多层住宅北向窗设置了水平混凝土板, 而东南向则设计为毫无遮阳措施的凸窗。

2发现问题

调研过程中我们注意到以下问题:

(1) 遮阳与采光的矛盾。上世纪80年代建造的住宅中, 有色玻璃的使用较为普遍, 有色玻璃一般能阻挡50%左右的阳光辐射, 如6 mm厚的蓝色玻璃可透过50%的太阳光, 但经有色玻璃过滤过的阳光使室内颜色失真, 长期生活在这样的环境里, 会对人的心理生理均造成不利影响, 而适当的遮阳措施可以有效弥补这一不足。[2]

我们调研的多层住宅窗口外遮阳形式以混凝土水平遮阳板和骨架+面材居多, 均固定不可调, 出挑长度较为随意, 200～450 mm不等。由于为未经过科学计算, 遮阳板或在夏季遮阳效果不佳或在其它季节阻挡了阳光进入室内。事实上, 夏季的遮阳和其它季节对阳光需求的矛盾是普遍存在的。

(2) 遮阳蓬的老化问题。遮阳蓬的不易拆卸性使得其长期暴露于室外, 日晒雨淋, 易损坏, 老化迅速, 对于市容市貌有一定不利影响。在我们的与住户沟通的过程中, 许多住户也表示对现有的遮阳蓬并不满意:易老化、不易清洁、不可调节。

(3) 我们发现在一些位于交通较便利、地理位置较好地段的住宅楼内流动人口数量较大, 他们以租房模式居住, 并不愿意花钱为不固定的住宅做遮阳。对于他们来讲, 做窗口外遮阳的投资与收益显然不成比例。同时, 一些旧建筑有可能面临拆迁的问题, 遮阳蓬也随之遗弃, 造成严重浪费。

3解决方案充气式遮阳的提出

3.1 充气式遮阳的特点

针对以上提出的遮阳和采光的矛盾等等问题, 我们将遮阳构件的“便携性”作为解决问题的关键。遮阳构件的便携性可使得其安装方便及拆卸, 可根据对阳光的需求将其收起或安装使用, 如此不易清洗、过早老化及因拆迁废弃等问题都可得到有效解决。经过大量构想和比较, 最终发现了一个创意点“充气式遮阳”。充气式遮阳构件有以下几点益处:首先, 采光和遮阳是个很难调和的矛盾, 对于充气式遮阳而言面材可选择半透明性质的, 一定程度上弥补了遮阳的同时室内光线不足的问题, 加之遮阳面材空气间层的存在, 大大提高了隔热性能。其次, 重庆处于夏热冬冷地区, 冬夏两季对遮阳有着截然不同的要求, 而充气式的遮阳由于安装拆卸方便, 能很好的解决时令性的问题并大大延长其使用寿命;再次, 考虑到重庆处于准静风区, 有别于沿海地区的风气候条件, 因此充气式的遮阳不会因为轻质而被风环境破坏, 反而因为自重轻, 有着其他遮阳没有的安全性能:即使发生意外掉落也不易伤到路人;最后, 充气式遮阳非常轻便易于搬迁时候携带, 这在一定程度上使得短期居住者对其的使用成为可能。

3.2 充气式遮阳构件

充气式遮阳构件由两部分组成, 即用于支撑的杆件 (见图1) 及用于遮阳的面材。杆件的设计以方便拆卸、方便使用者操作为原则。遮阳面材采用充气式, 由若干相互连接的三维充气小型体块构成百叶状, 允许一部分阳光经过反射后进入室内, 同时使用半透明材质的面料, 如此可增加室内漫反射光, 解决采光与遮阳的矛盾。具体如下:

3.2.1 杆 件

杆件的易操作性是考虑的重点, 同时, 安装及拆卸过程中操作人员的安全必须有可靠的保障。杆件 (见图1) 的操作方法大致如下:首先, 将可收缩的杆件放置于外窗台上, 而后摇动操作杆使其伸长并依靠向上和向下的压力固定;而后使用充气泵对充气面材进行充气, 最后运用人们常见的躺椅调整角度的原理将支撑遮阳面材的杆件撑开, 整个过程操作人员探出窗外的动作很小, 无需专业装人员, 一般成年人均可独立轻松地进行安装和拆卸 (见图2) 。在无需遮阳的日子里可方便地将其拆卸、收纳于室内, 充气遮阳板在放气过后可折叠, 所占空间小, 适宜于现代人的生活。

承载充气遮阳板的杆件可根据窗户不同朝向进行90度正、反向旋转, 呈现出水平及垂直遮阳状态 (见图3) , 可将构件进行简单的调节, 使其对下午的西向窗进行垂直遮阳, 为传统遮阳手法难以解决的西向窗遮阳问题提供参考。

3.2.2 充气式遮阳板设计

目前市面上遮阳蓬面材多为涤纶、各类膜布等柔性面料, 遮阳效果不理想 (见图4) , 而遮阳效果较好的混凝土遮阳板造价较高且固定不可调。充气式遮阳板取二者之长, 空气间层加强了遮阳隔热效果。对于充气式遮阳板的思考经历了整体板材充气到若干模数化小充气块的过程。整块的充气体块无疑制作简单, 节约成本, 但遮阳板下方空气被加热后由于空气流动受阻, 不易散开。而由分散的若干小充气体块上下交错排列组成的遮阳板在遮挡阳光的同时保证了空气的顺畅流动, 同时使得部分阳光经过漫反射进入室内, 弥补了用户的采光需求 (见图5) 。

4小结

充气式遮阳的想法目前仅仅处于概念阶段, 距离具体实现还有很长的距离。但是通过此次调研分析概念提出的过程, 我们意识到对社会问题深入调查对于遮阳产品设计的重要性, 正是因为观察到所调研的部分住宅人口有很强的流动性, 才促使了概念形成前期“便携”的出发点及充气式遮阳想法的产生。

随着经济的发展、住宅能耗居高不下已经成为全民关注的问题, 住宅建筑节能显得越来越重要。而对于旧建筑来讲, 住宅建筑外窗遮阳技术的研究、推广显得更为迫切, 外窗遮阳技术也因此有着良好的产业化前景。 [ID:6717]

参考文献

[1]林宪德.绿色建筑——生态.节能.减废.健康[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007.

南京地区南窗外遮阳构件尺寸研究 第2篇

窗户遮阳的目的在于减少夏季进入室内的太阳辐射得热,从而改善室内热环境,降低空调制冷负荷。而南京地处夏热冬冷地区,遮阳对于冬季的室内热环境是不利的;另一方面,遮阳效果也随遮阳形式及遮阳板构造尺寸而变化,不同朝向采用的遮阳方式也不尽相同。因此,理想的遮阳形式及遮阳板构造尺寸要能够同时满足冬、夏季不同时刻室内热环境对太阳辐射热的不同要求,故对不同遮阳形式的遮阳效果进行分析十分必要。

本文综合考虑夏季遮阳和冬季得热的要求,以南京地区的南向窗户为研究对象,计算研究了最常用的3种外遮阳方式:水平遮阳、垂直遮阳和综合遮阳。

1 遮阳板构造数学模型

当太阳光线照射某朝向玻璃窗时,会在窗口上形成日影区和光照区。由于遮阳构件均由各种有规律的平行直线构成,在任意平面上的投影所形成的日影和光斑也必然是各种有规则的图形,在近似认为太阳光是平行光的前提下,可以方便地确定出日影区和光照区[1]。图1给出了外窗综合遮阳的构造形式,可以分别用来计算水平遮阳、垂直遮阳和综合遮阳的日影区和光照区面积[1]。

从图1可看出,B点在窗面上的投影点b至窗右侧的距离为mb,可以用公式(1)计算:

式中:V侧向垂直遮阳板的挑出长度,m;

ε该窗所在壁面的壁面太阳方位角。

A点在窗面上的投影点a至窗上边缘的距离为na,可用公式(2)计算:

式中:W水平遮阳板的挑出长度,m;

h该时刻的太阳高度角。

1.1 水平遮阳(见图2)

从图2可知,当V=0时即为水平遮阳构造形式,其中X=L,即水平遮阳板与窗同宽;Y=H+H',即窗户的高度H加上遮阳板距窗户上沿的距离H'。光照区面积SSP为平行四边形面积加上小三角形abc面积(三角形aef不在玻璃窗面上,但相对于三角形abc来说较小,此处将其忽略)。平行四边形面积为:X(Y-na);小三角形斜边ac为遮阳板右边缘ad的在玻璃窗上的投影,由角度投影关系可知ac的长度为Wtan i,因此玻璃窗上的光照区面积SSP_1为:

式中:i为太阳入射角,即壁面上某点至太阳的连线与壁面法线之夹角,此处i的取值范围为,因为当时,太阳光线根本照射不到壁面上。

当水平遮阳板与窗同宽时,有一部分外窗面积,即三角形abc不能被遮挡,若延长遮阳板的长度可将abc移出玻窗。因此水平遮阳板两端的延长长度也需要研究。X>L时玻璃窗上的光照区面积SSP_2为:

1.2 垂直遮阳(见图3)

从图3可知,当W=0时即为垂直遮阳构造形式,其中X=L+2L',即窗户宽度L加上垂直遮阳板距窗户左右两侧的距离L';Y=H,即与窗同高,光照区面积SCZ_1也是平行四边形面积加上小三角形abc面积(忽略三角形aef面积):

SCZ_1=H(X-mb-L')+21mb姨(Vtan i 2-mb2(5)

垂直遮阳板与窗同高时,也有一部分外窗面积不能被遮挡,要实现满窗遮阳,则Y>H时玻璃窗上的光照区面积SCZ_2为:

SCZ_2=H(X-mb-L')+21mb(姨(Vtan i)2-mb2-H')2/

姨(Vtan i)2-mb2(6)

1.3 综合遮阳

综合遮阳时,由于W和V的取值一般相差不大,所以三角形abc面积可以忽略,此时玻璃窗上受到太阳直接照射的面积SZh应为:

1.4 透过玻璃窗的太阳辐射得热量

透过窗户的日射得热包括太阳直射辐射得热和太阳散射辐射得热,遮阳板主要是遮挡太阳直射辐射,而对太阳散射辐射被遮阳板遮住的能量很少,加之散射热在总日射得热中比例很小,计算时将其忽略[1,2,3]。

式中:SSGDi标准透光材料太阳直射辐射得热量,W/m2;

IDi入射角为i时射到玻璃表面上的太阳直射辐射强度,W/m2;

GDi不同入射角i的条件下,太阳直射辐射标准太阳得热率;

τDi、αDi普通玻璃的透过率、吸收率;

Ra玻璃外表面换热热阻;

Rr玻璃内表面换热热阻;

xS阳光实际照射面积比,等于光照区面积与窗面积之比。

2 计算结果分析

夏季建筑外遮阳的设置可以减少太阳辐射得热,降低空调冷负荷;冬季却减少了太阳辐射得热,增加了供暖热负荷,因此需综合全年情况进行研究。假设冷热源为空气源热泵,空调的额定能效比COP取值为2.6,供暖的额定能效比取为2.0[4],则全年有效太阳直射辐射得热量为HGS冬/2.6-HGS夏/2.0。本文以宽分别为1.5、2、2.5、3 m,高均为1.5 m的外窗为研究对象。

2.1 水平遮阳

水平遮阳板的挑出长度W为0～1.0 m,距窗户上沿的高度H'为0～0.8 m,4种外窗的计算结果都很接近,现以1.5 m1.5 m的窗为例,计算出单位面积外窗全年有效太阳辐射得热量见图4。

从图4可以看出,遮阳板距窗户上沿高度H'从0变化到0.8 m均可找出最合适的遮阳板挑出长度W,此时全年有效直射辐射得热量最大。随着H'的增大,W取值也逐渐增加,即遮阳板离窗上沿越远,遮阳板需挑出越长。当H'大于0.5 m以后,W值不断增大,全年有效直射辐射得热量增加已经不显著,节能效果已经不明显,继续加大W和H'的取值将会提高初期投资,并影响建筑物的立面效果。因此,对于南京地区南向外窗水平遮阳板构件尺寸建议取W为0.6～0.7 m,H'为0.5 m。

2.2 垂直遮阳

垂直遮阳板的挑出长度V为0～1.0 m,距窗户左右两侧的距离均为L'为0～0.6 m,V和L'对单位面积外窗全年有效太阳辐射得热量的影响如图5。

仅以外窗尺寸1.5 m1.5 m为例,可以得出,垂直遮阳板距窗户两侧的距离L'不论多长,全年有效直射辐射得热量均随遮阳板挑出长度V的增加而减少;V取值一定时,L'取值越大全年有效直射辐射得热量越多,即当遮阳板挑出长度一定时,离外窗两侧越远越节能,表明在南向不适合采用垂直遮阳的方式。

由于南向不适合采用垂直遮阳,本文对综合遮阳也不做研究,但为了满足夏季的满窗遮阳,对水平遮阳板的延长长度有研究的必要。在已知最佳水平遮阳板挑出长度W和距窗户上沿高度H'条件下,计算出L'为0～0.8 m对全年有效直射辐射得热量的影响如图6所示,由此可知相对应的水平遮阳板两端延长长度L'。最后得出4种外窗水平遮阳构件推荐尺寸见表1。

3 结论

(1)由于水平遮阳方式对南窗节能效果最显著,同时结合初期投资和建筑立面效果的考虑,推荐水平遮阳板挑出长度W为0.6～0.7 m,遮阳板距窗户上沿的高度H'为0.5 m,遮阳板两端延长长度L'为0.6～0.7 m。

(2)垂直遮阳板的设置不仅减少了冬季太阳辐射得热,而且对夏季太阳辐射起不到遮挡效果,不推荐使用,因此综合遮阳也不适合。

参考文献

[1]彦启森,赵庆珠.建筑热过程[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.

[2]张欢,杨斌,杨向劲,等.住宅建筑南向墙遮阳板尺寸设计及节能潜力分析[J].天津大学学报,2004(7):610-613.

[3]陈震,何嘉鹏.夏热冬冷地区窗墙比对办公建筑能耗的影响[J].建筑科学,2008(10):64-68.

夏热冬冷地区建筑遮阳优化设计分析 第3篇

1 夏热冬冷地区的气候特点

我国的疆域辽阔, 从气候的分布范围来看, 纵向呈现出明显的地域特点, 由南向北呈现出热带到寒带的明显差异。总的来说, 我国的夏热冬冷气候较为明显的区别是以大陆的中部为主, 夏季的气候环境是太阳的辐射强度较大, 日照时间较长, 天气较为闷热;冬季则是气候寒冷, 太阳辐射强度低, 以湿冷天气为主。那么在这一气候变化较为明显的地区, 建筑物的建造设计需要充分的满足夏季放热、冬季保暖的基本居住要求。

2 建筑遮阳设计工作的具体阐述

2.1 遮阳设计的部位

上述提到, 我国的夏热冬冷地区主要是在北回归线以北地区, 太阳的辐射高度角和方位角会随着时间的变化而进行相应的推移, 但是, 它的阳光照射主要是集中在房屋的南面、西面、东面、西南面、东南面以及屋顶部位, 不会照射到北面, 因此, 根据这一特点, 对于建筑物的外墙遮阳设计就侧重于屋顶、南面、西面、东面、西南面、东南面, 在进行设计的过程中, 还要根据具体每个面的阳光照射量多少来进行合理的调整优化, 确保各个部位都有很好的遮阳防护, 进而提高建筑物的使用效果。

2.2 遮阳设计的相关事项

如果建筑是属于一个单体式的, 需要根据建筑在整个小区或者是四周的建筑群中的平面位置和建筑的高度, 根据当地的主导风向, 在自然通风条件良好的基础上, 进行细致合理的建筑遮阳设计工作。它的建筑外墙一般可以考虑采用内遮阳、中间遮阳、外遮阳以及建筑阴影遮阳等的形式来起到遮阳防护的作用。

如果采用的是内遮阳和中间遮阳时, 遮阳采取的设施面向室外时需要采用可以反射太阳光的材质, 并根据太阳辐射的实际情况来进行实施的调整, 对其反射角度和位置有合理的规划, 遮阳可以对建筑室内的光环境和热环境起到调节优化作用。

外遮阳在现代大多数建筑遮阳防护措施中是使用范围最广的一种, 具有很好的遮阳效果, 根据其的遮阳原理, 可以分为多种类型, 每一类型的采用需要遵循以下两个原则:一是外窗靠近南面或者是南面的话, 在设置时要以水平的形式, 也可以是可以遮住窗户正面的活动外遮阳;二是如果外窗是西偏北30°至西偏南60°或者是东偏北30°至东偏南60°的话, 要设置挡板式遮阳, 也可以是直接的遮住窗户正面的活动外遮阳。

如果是高层建筑群的遮阳, 就需要依据于太阳在夏季时的运行变化规律, 根据其阴影移动的范围规律, 对建筑的平面设置认真合理的设计, 尽可能的发挥建筑阴影对建筑物的遮阳作用, 这种遮阳设计是一种没有经济成本投入的形式, 值得大力推广应用。

3 对夏热冬冷地区建筑遮阳设计的优化

建筑的遮阳设计工作, 除了要兼顾隔热和节能的作用外, 还需要重视建筑的居住舒适度和外观, 将其作为一个整体来对待, 从整体上入手进行综合的设计优化。

3.1 舒适度的设计优化

建筑的居住舒适度涉及到诸多的方面, 包括光环境、热环境、通风环境以及声音环境等, 这些是进行舒适度设计的主要考虑因素。

首先, 光环境方面。这一方面主要考虑的是建筑室内除了要有足够的照明度外, 还要避免阳关的直射, 削减室内的眩光, 保持室内的光环境是均匀平衡的, 最常见的光调节设施就是百叶窗, 它的自身结构可以对室内光环境起到合理的优化作用, 光会被划分为条状、点状、块状的形式, 光线会变得更为柔和, 而且, 随着百叶活动, 室内可以变幻出多样的光影效果, 增加了室内的艺术性。

其次, 热环境方面。这一方面主要是对夏季的空调使用能耗来说的, 在遮阳设施的作用下, 可以大幅度的减少空调制冷带来的能耗。采用外遮阳时, 可以把将近80%的太阳辐射直接的反射到外边, 使太阳辐射的热量散发到室外, 从而减少了室内的太阳热, 可以把室内的温度下降到5℃左右, 也就实现了改善室内热环境的目的。

第三, 通风环境方面。众所周知, 散热的最为有效方法就是通风, 在自然通风的作用下, 可以大大的减少太阳热量的积存, 不论是外遮阳措施还是内遮阳措施, 在进行隔热的过程中, 遮阳设施自身都会吸收大量的太阳辐射热, 并以长波辐射的形式向室内进行传播, 如果具有良好的自然通风环境, 就会把这部分的热量及时的扩散, 从而降低室内的温度, 也就减少了空调的使用, 在具体的通风设计工作上, 要尽可能的利用建筑物的地形地势特点, 利用风压差, 实现穿堂风。

第四, 声音方面。它是针对于减少室外噪音对室内的影响来说的, 很多的建筑外窗采用的是遮阳设施和中空玻璃节能窗联合应用的形式, 其中, 中空玻璃节能的隔音效果十分良好, 内置遮阳百叶中空玻璃节能窗会比其略好, 两者同时处于关闭的状态, 可以大大降低室内的噪音, 经过实际的应用测试表明, 内置的遮阳百叶中空玻璃节能窗可以把噪音降低36d B以上。

3.2 艺术性的设计优化

除了上述提到的建筑遮阳设施所起到的作用外, 还需要把其直接的作为建筑的元素进行艺术性的设计, 主要有光影美学、线条韵律、色彩匹配、层次感、节奏感以及虚实对比等。建筑结构设计师和遮阳设计技术人员在进行艺术性的设计时, 根据实际的建筑特点精心思考, 创造性的设计出具有艺术特点的建筑遮阳。例如柯布西耶设计师所设计的印度昌迪加尔高等法院, 就是把光影美学、虚实对比等设计手法进行有机的融合, 成为遮阳艺术设计的典范。

3.3 一体化的设计优化

大多数的遮阳设施都是单一式的, 设计完成后再安装到建筑的外墙上, 在安装的过程中就会不可避免的对建筑的外观带来一定程度的破坏, 如果采用的是外遮阳, 它的结构安全性是首要的注意点。进行一体化的遮阳设计, 可以减少对建筑的破坏, 建筑的施工和遮阳设施安装是同步进行的, 确保了遮阳设施和建筑之间的良好衔接, 从而有助于遮阳效果的有效发挥。

4 总结

夏热冬冷地区的建筑遮阳设计, 首要的考虑点就是要把建筑的节能放在第一位置, 然后综合考虑光调节、热调节以及声音调节等的其他功能发挥。在具体的遮阳设计优化时, 要根据建筑的实际位置, 依据当地的气候条件, 进行科学合理的设计, 并兼顾艺术性、舒适性, 进而促进建筑遮阳效果的提高。

参考文献

[1]李谟彬, 郭德平.夏热冬冷地区建筑遮阳设计优化[J].建筑科学, 2014, 30 (12) :93-97.

成都地区遮阳 第4篇

1 传统建筑遮阳

传统的老宅和村落中, 古老的室内陈设中没有现代化的空调和通风管道, 甚至没有电灯。但烈日当空的夏季, 室内舒适的凉风拂过, 清爽的感觉就像开着空调。传统的建筑中, 遮阳体现在建筑本身的挑檐、窗构件上, 改善了室内热环境, 降低了室内的温度。这些设计都是在年代久远, 技术落后的条件下, 结合当地的地理、气候、生活习俗、等条件下使用廉价的材料建造的。华南地区的建筑也因地势、经济发展情况等不同原因, 表现出细微的差别, 值得我们一一学习和品鉴。

传统建筑的遮阳特点在于, 其直观地反映建筑与自然的共融, 古老的遮阳形式折射出质朴的生活习俗;干栏式建筑自遮阳也尊重地势条件;山墙的延伸和挑檐为炎热的气候增加凉意;当地材料的广泛运用;植物也小量种植于房前屋后;房屋结构简易, 实施方便;窗户的遮阳细节灵活可变, 随情况而变。

2 现代建筑遮阳

遮阳从传统发展至今, 形式和种类如同百花齐放。关于建筑的遮阳计算也规范化, 技术化, 建筑师在选择遮阳方式时有了更多理论化的支持。现代化的可活动式遮阳构件的特点在于:可根据日照时段进行自动或手动调节, 便于掌握阳光照射时室内的光量;将遮挡物对通风的影响降至最低, 构造与建筑相融合;尺寸规范化, 适合大批量生产;舒适程度更高, 使用者可根据自身习惯进行调节;构件拆装简易, 清洁人员能轻松换洗, 后期维护方便;具有一定的美观性, 能成为建筑表皮的肌理;新型质能控制系统正在研发;与太阳能电板的结合, 为电能进一步减轻负担;植物遮阳得到进一步推广。

3 共性及差异性

3.1 共性

(1) 角度的一致性。虽然各个年代的遮阳造型和材料不同, 但是遮阳的朝向对于太阳的照射角度维持了一致性。山墙的遮阳依然对应东北和西北的朝向, 大屋檐遮盖的仍然是南方的窗口, 挡板式的窗户依旧安装在东西朝向的位置。

(2) 视线遮挡和热传递。山墙遮阳和百叶遮阳在传统和现代遮阳中, 对于视线的遮挡都没有本质的区别。当太阳光照在山墙上, 建筑的外围都会受热, 墙体材料都会吸收热量并反射, 室内温度也会慢慢升高。

3.2 差异性

(1) 视线遮挡与采光。传统遮阳采用的都是不透明的原始材料, 没有经过特殊加工。在开启密不透光的遮阳构件时, 才能看到室外环境。关上遮阳板之后, 室内光线昏暗。现代遮阳材料中, 部分采用的是透明遮阳材料 (见3.4.2表格) , 现代城市中的建筑多数是高层, 除了视线位置提高之外, 通透的玻璃遮阳材料也为使用者提供了更开阔的视线。材料和安装方式都有了改善和提升。加工过的玻璃会阻挡直射阳光, 防止眩光;遮阳百叶将室内光线调节到照度均匀, 降低视觉疲劳;遮阳蓬也伸缩, 不会对采光和视线造成影响。总之, 在视线遮挡与采光方面, 现代建筑遮阳都有了较大进步和提高。

(2) 通风。南宁地区的传统建筑的通风都属于自然通风, 室内与内外空气的快速交换变得凉爽、舒适。现代建筑中除了自然通风外, 还有机械通风。传统建筑中, 由于遮阳、绿化和建筑周边水体的结合, 在室内感受习习凉风, 舒适度比较高。现代玻璃幕墙的建筑中, 依赖机械通风的情况较多。从遮阳情况来分析, 板式遮阳和构件影响室内的通风效果, 遮阳板设置合理, 可以引导风向进入室内, 增加空气的对流, 增加人员的舒适程度, 真正做到低能耗的通风。如果从建筑遮阳的导风设计开始, 有意识地借鉴传统遮阳通风方式的精髓, 设计出适合华南区的低碳环保遮阳通风设施, 将大道减少建筑能耗的开支。

(3) 室内外的温度。传统建筑主要依靠绿化种植遮阳和木制遮阳材料, 太阳光转换成生物能, 周围的空气清凉舒适。现代建筑表面受太阳辐射时, 室温受太阳辐射作用而温度升高, 其中, 太阳辐射作用带来的热流量称为太阳辐射等效温度。夏季因太阳辐射造成室内过热叫做温室效应。由于对太阳辐射的遮挡, 夏季室内气温尤其室内最高气温明显下降。由于太阳直射, 商业铺面的温度达到50摄氏度, 空调作用很不明显。

(4) 材料的耐久性。传统建筑建筑遮阳多为木材所建。容易遭受虫灾, 每年的回潮天气、长久的老化侵蚀作用, 造成建筑的各个构件难以永久留存。防火性的不好, 容易引起大规模的火灾。长期的风化作用及空气中干湿程度交替, 导致木质遮阳构件膨胀收缩后变形。现代建筑则由多种复合材料构成, 耐磨损、热力、抗风化等等持久性更高的材料出现在建筑遮阳中。

4 外遮阳及内遮阳应该考虑的因素

4.1 外遮阳应该考虑的因素

外遮阳在设计中应注意根据建筑周边的实际情况进行设计, 结合建筑朝向、室内布局、周边景观以及太阳照射位置来考虑哪一种类型更适合。同时根据经济能力及配合建筑风格, 以协调遮阳形式, 保证其耐用性和实现的节能价值。晴天保证不受紫外线侵袭的同时, 阴天进入室内的光线充足。条件允许的情况下, 尽量使用活动遮阳, 以减少对通风的影响。配合种植绿色植物, 还需要考虑到与景观环境的协调, 从景观包括建筑的各个高度视点观看遮阳所体现的美感, 体现绿色植物及人工构件共同配合融入建筑的效果。所用的遮阳形式应满足夏季遮挡紫外线辐射, 保证冬季室内温暖。进行遮阳设计时, 遮阳板的大小、宽度角度、朝向和都经过详细计算, 以保证实现真正的节能。

4.2 内遮阳应该考虑的因素

内遮阳由使用者根据室内装修风格自行决定材质、颜色。进行内遮阳设计时尽量选择构造简单, 安装方便的形式, 价格相对于外遮阳更实惠。如果经济能力允许, 可根据喜好选择多功能电控的内遮阳帘。如果是公共建筑, 内遮阳的颜色可选择与单体建筑搭配的色系, 尺寸根据室内的情况进行调整, 考虑遮盖建筑内的结构梁柱或施工中造成的缺陷。

5 节能角度的建筑遮阳设计

南宁地区夏季时间长, 冬季日照不充足, 遮阳形式的节能要求就相对更高, 才符合南宁地区的地域性。节能材料价格比普通材料更高, 但后期维护成本大幅度降低。南宁地区的气候决定遮阳的节能潜力巨大, 其中改善室内热环境, 降低空调能耗, 对于热岛效应的影响至深。遮阳系统研究的发展和观念的进步, 节能规范也日渐成熟。材料的生产过程也进行规范和管理, 尽量做到低碳、排放少、污染少, 实现从生产过程到使用过程都达到节能环保的新标准。

6 结束语

本文总结了与建筑遮阳相关的采光、通风、的关系, 在对南宁地区建筑遮阳进行了系统研究总结之后, 从节能角度出发, 提出遮阳设计应考虑的因素和形式上的借鉴。遮阳类型的选择满足各要素的要求, 同时也应兼顾到选用材料的经济性, 以求建立全面综合的认识。

摘要：本文主要研究南宁地区现代建筑中低技术、低能耗的遮阳设施借鉴传统建筑的可持续性发展方向。

成都地区遮阳 第5篇

在建筑能耗中,通过建筑物的外围护结构与室外环境热交换消耗的能源占很大份额,而外窗又是建筑物外围护结构中隔热、保温最薄弱的环节。外窗的热损失(包括冷风渗透、辐射换热和传导热损失)可达建筑围护结构总热损失的50%左右,因此,在建筑节能工作中降低外窗的能耗非常重要[1]。但是,目前夏热冬冷地区广泛流行飘窗,飘窗的玻璃面积较大,受到的日照较多,使得夏天的空调能耗增加,而在冬天,日照得热却可以降低室内的取暖能耗。由此可见,飘窗采用何种遮阳方式使其既满足建筑的节能、保温、隔热、采光等一系列要求,又能满足建筑师、开发商和市场的要求,很值得研究。

外遮阳是实现建筑节能的有效途径之一。它是将遮阳设施设置在玻璃外,只有透过的部分阳光才会到达玻璃外表面,其中有部分透过玻璃进入室内形成冷负荷。被外遮阳设施阻挡了的太阳辐射热,一般都会通过对流换热和长波辐射散到室外环境中而不会对室内造成任何影响[2]。外遮阳可以分为固定外遮阳和活动外遮阳。其中固定外遮阳中的水平固定外遮阳能有效地遮挡高度角较大的、从窗口上方投射下来的阳光,而且合理的遮阳板宽度及位置能非常有效地遮挡夏季日光,而让冬季日光最大限度的进入室内[3],所以南向最好选用水平外遮阳[4]。而活动外遮阳夏季放下,冬季收起,在夏季隔热降温的同时,还保证了冬季最大限度的采暖和过渡季节的照明,适用于夏热冬冷地区的遮阳。外遮阳卷帘就是一种有效的活动外遮阳措施,适用于各个朝向的窗户,当卷帘完全放下的时候,能够遮挡住几乎所有的太阳直射辐射。

本文针对夏热冬冷地区的气候特点,以南京地区的气象参数为依据,以南京地区某住宅楼南墙飘窗为模型,选取PVC塑料平开中空玻璃飘窗,利用MATLAB编程研究当飘窗无外遮阳时和采用不同外遮阳方式时的能耗。

1 物理模型

本文的物理模型为南京某一南墙的90°飘窗,窗高1.8 m,窗宽1.5 m,PVC塑料平开中空玻璃飘窗,挑板宽度L=0.4 m[5],挑板厚度0.1 m,飘窗的东南西三侧均为同材料的玻璃窗。

室内设定温度分别为冬季18℃、夏季26℃,供暖的额定能效比取1.9,空调的额定能效比取2.3[6]。设备按连续运行考虑。飘窗的基本参数和遮阳方案分别如表1和表2所示。

2 数学模型

根据南京市典型年逐时气象参数(典型年逐时水平面直射、散射辐射强度,室外空气温度)[8],应用理论计算的方法,计算有无外遮阳时飘窗在全年空调和供暖季节的能耗值。整个计算过程分3步进行:

(1)计算飘窗的得热量,对其东南西三面分别计算后进行汇总;

(2)通过飘窗的得热量,计算出飘窗给房间带来的供暖、空调负荷;

(3)通过冬季和夏季的设备额定能效比计算耗电量。

2.1 建筑外窗引起的传热量

2.1.1 通过窗户的温差传热

由于玻璃很薄,且导热系数较大,也就是说窗玻璃的热惰性很小,因此这部分传热可按稳态传热考虑,即n时刻通过玻璃的温差传热HGg(n)可按式(1)计算[1]:

式中:K玻璃窗的传热系数,W/(m2K);

F玻璃窗的面积,计算飘窗时,南侧玻璃窗面积为1.8 m1.5 m,东侧和西侧玻璃窗面积为1.8 m0.4 m;

ta(n)n时刻室外空气温度,℃;

tr(n)n时刻室内空气温度,夏季取26℃,冬季取18℃。

2.1.2 透过窗户的太阳辐射得热

透过玻璃窗的太阳辐射得热量,与玻璃窗的朝向有关,并随季节和每天的具体时刻变化。计算时应考虑窗框的存在,采用玻璃的实际有效面积和阳光实际的照射面积。因此,透过玻璃窗的太阳辐射得热量HGS计算公式应为[1]:

式中:SSGDi标准透光材料太阳直射辐射得热量,W/m2;

IDi不同入射角i下,射到玻璃表面上的太阳直射辐射强度,W/m2;

gDi不同入射角i下,太阳直射辐射标准太阳得热率;

SSGd标准透光材料太阳散射辐射得热量,W/m2;

Id投射到玻璃表面上的太阳散射辐射强度,W/m2。由于水平辐射和垂直面辐射只是存在角度的关系(太阳高度角h和壁面太阳方位角ε),因此,可根据太阳辐射模型[1],利用南京市典型年的逐时水平面直射辐射和散射辐射反推求解垂直面的直射辐射和散射辐射;

SC全遮阳系数,据GB 501892005《公共建筑节能设计标准》:有外遮阳时,遮阳系数=玻璃的遮阳系数外遮阳的遮阳系数;无外遮阳时,遮阳系数=玻璃的遮阳系数。其中,有水平遮阳板时,外遮阳系数考虑到阳光实际照射面积比中,这里SC的取值为玻璃的SC值,,卷帘的外遮阳系数为0.6;

F窗面积,m2;

xf窗玻璃的有效面积系数;

xs阳光实际照射面积比,等于窗上实际照射面积(即窗上光斑面积)与窗面积之比。当卷帘全部放下时,xs为0,当卷帘收起时,xs为1;有水平遮阳板时,窗上实际照射面积的计算可见下面构造的水平遮阳板计算光照区数学模型。

当太阳光线照射某朝向玻璃窗时,就会在窗口上形成日影区和光照区。由于遮阳构件都是各种有规律的平行直线构成,它们在任意平面上的投影所形成的日影和光斑,也必然是各种有规则的图形,在近似认为照射到地球表面的太阳光线是一束平行光的前提下,可以方便的确定出日影区和光照区[1]。

图1为其中一侧窗采用水平固定外遮阳的飘窗构造形式,中间窗的构造形式与其相同。其中X=L=0.4 m,中间窗时则X=1.5 m;d点在窗面上的投影点c至窗上边缘的距离na:

式中:W水平遮阳板的宽度,m;

h该时刻的太阳高度角;

ε该窗所在壁面的壁面太阳方位角。

光照区面积Ssp为平行四边形面积加上小三角形abc的面积。平行四边形面积为X(Y-na);小三角形斜边ac为遮阳板右边缘ad在玻璃窗上的投影,由角度投影关系可知ac的长度为Wtan |i|,因此玻璃窗上的光照区面积Ssp_1为:

式中:i为太阳入射角,即壁面上某点至太阳的连线与壁面法线之夹角,此处i的取值范围为,因为当时,太阳光线照射不到壁面上。

2.1.3 空气渗透热损失

由于室内外空气存在压力差,从而导致室外空气通过门窗缝隙或外围护结构上的小孔进入房间,由此增加了室内的热损失,这一点在冬季的冷空气渗透尤为明显,而夏季由于空调房间多数保持正压状态,阻止了热空气的进入。因此,本文只考虑冬季的冷风渗透影响,由空气渗透引起的房间冬季失热量HGa为[1]:

式中:ca室外空气比热,k J/(kg℃);

ρa室外空气密度,kg/m3;

tr室内空气温度,℃;

ta室外空气温度,℃;

La渗透进入房间的室外空气量,m3/h,La=q1ZC,q1为单位缝长指标,外窗的气密性不应低于GB 71072004《建筑外窗气密性能分级及其检测方法》规定的4级[0.5

2.2 建筑外窗冷热负荷

建筑外窗的冷热负荷由外窗的传热负荷、太阳透射得热负荷以及空气渗透热负荷组成,其中空气渗透热负荷等于空气渗透热损失量,无需转换计算,而传热负荷和太阳透射得热负荷的计算方法类似,所以现仅以窗的传热负荷计算为例[1]:

式中:CX房间反应系数的公比,CX=1-WX(1)/[Fc-WX(0)],房间反应系数WX(1)、WX(0)由GB 501892005查得。根据经验反复计算4次,即可消除对CLX(0)初值取0的影响。

2.3 全年供暖、空调总耗电量

先分别计算供暖、空调季节耗电量qz,按式(7)计算:

式中:Qz空调、供暖累计冷负荷、热负荷,W。本文冬季供暖时间取为12月11日~4月15日,夏季空调时间取为6月1日~9月30日;

COP额定能效比,供暖的额定能效比取1.9,空调的额定能效比取2.3[6]。

全年供暖、空调总耗电量,即为:

由于MATLAB在矩阵计算上的方便性,对全年8760 h的动态模拟过程中均涉及到矩阵的计算,整个数学动态模拟计算过程采用MATLAB编程解决[10]。

3 结果分析

3.1 外窗夏季能耗分析

图2给出了在无遮阳和不同的遮阳方式下PVC塑料平开中空玻璃飘窗的夏季累计冷负荷。

从图2可以看出,在无遮阳,三侧窗水平固定外遮阳,中间窗卷帘窗活动外遮阳、两侧窗水平固定外遮阳,中间窗水平固定外遮阳、两侧窗卷帘窗活动外遮阳和三侧窗卷帘窗活动外遮阳这5种情况下,飘窗的夏季累计冷负荷逐次减小,分别为420.73、371.40、258.26、251.04和170.11 k W。可见采用任何一种外遮阳方式,其冷负荷都远小于无遮阳时,尤其是采用三侧窗卷帘窗活动外遮阳小了60%左右,这是由于不仅卷帘的外遮阳系数比较低,而且卷帘完全放下时使夏季的阳光实际照射面积为0;对于冷负荷最高的三侧窗水平固定外遮阳,由于其具有一定的外遮阳系数,并且减少了阳光的实际照射面积,有效的阻挡了部分太阳辐射热,所以也减小了12%左右;而在中间窗卷帘窗活动外遮阳、两侧窗水平固定外遮阳和中间窗水平固定外遮阳、两侧窗卷帘窗活动外遮阳的遮阳方式下,飘窗夏季能耗相近,都使冷负荷减少了40%左右。

比较这几种遮阳方式,又可以得出:在夏季,三侧窗卷帘窗活动外遮阳比三侧窗水平固定外遮阳时的能耗减少54.2%,比中间窗卷帘窗活动外遮阳、两侧窗水平固定外遮阳和中间窗水平固定外遮阳、两侧窗卷帘窗活动外遮阳时分别减少了34.13%和32.24%,而这2种又比三侧窗水平固定外遮阳分别减少了30.46%和32.41%。这是因为卷帘的外遮阳系数较小并且完全放下,所以全部卷帘的夏季节能效果大于卷帘和水平固定外遮阳混合的,而它们又都大于整个飘窗都为水平固定外遮阳的。

3.2 外窗冬季能耗分析

图3给出了在无遮阳和不同遮阳方式下的PVC塑料平开中空玻璃飘窗的冬季累计热负荷。

从图3可以看出,在无遮阳,三侧窗水平固定外遮阳,中间窗卷帘窗活动外遮阳、两侧窗水平固定外遮阳,中间窗水平固定外遮阳、两侧窗卷帘窗活动外遮阳和三侧窗卷帘窗活动外遮阳这5种情况下,飘窗的冬季累计热负荷分别为114.48、200.30、164.48、182.85和114.48 k W。可见,除了三侧窗卷帘窗活动外遮阳时的热负荷和无遮阳时一样,其它几种方式时的热负荷都远高于无遮阳时。三侧窗水平固定外遮阳时的飘窗冬季能耗比无遮阳时增加了75%左右,中间窗卷帘窗活动外遮阳、两侧窗水平固定外遮阳和中间窗水平固定外遮阳、两侧窗卷帘窗活动外遮阳时的增加量相对较少,但也分别增加了43.68%和59.72%。而三侧窗水平固定外遮阳时又比中间窗卷帘窗活动外遮阳、两侧窗水平固定外遮阳和中间窗水平固定外遮阳、两侧窗卷帘窗活动外遮阳时分别增加了21.78%和9.54%。这是由于水平固定外遮阳使通过玻璃窗的太阳辐射得热量减少,阻碍了采暖,增加了热负荷,而卷帘冬季收起,对采暖没有影响。

3.3 外窗全年能耗分析

图4给出了在无遮阳和不同遮阳方式下的PVC塑料平开中空玻璃飘窗的全年累计耗电量。

从图4可以看出,在无遮阳,三侧窗水平固定外遮阳,中间窗卷帘窗活动外遮阳、两侧窗水平固定外遮阳,中间窗水平固定外遮阳、两侧窗卷帘窗活动外遮阳和三侧窗卷帘窗活动外遮阳这5种情况下,飘窗全年累计耗电量分别约为243.18、266.90、198.85、205.38和134.21 k Wh。

可知,对于飘窗全年累计耗电量来说,三侧窗水平固定外遮阳时比无遮阳时要大,增加了9.75%,这是由于这种遮阳方式使冬季飘窗能耗过大。其它几种遮阳方式时的全年累计耗电量均小于无遮阳时,其中三侧窗卷帘活动外遮阳时能耗最小,减小了45%左右,这是由于其夏季大大的减少了冷负荷,却对于冬季的热负荷没有任何影响。而中间窗卷帘窗活动外遮阳、两侧窗水平固定外遮阳和中间窗水平固定外遮阳、两侧窗卷帘窗活动外遮阳时与无遮阳时对比,飘窗全年耗电量分别减少了18.23%和15.54%。因为这2种遮阳方式使夏季耗电量的减少量多于使冬季耗电量的增加量,所以它们的全年能耗相对于无遮阳时也是减少的,但较三侧窗卷活动外遮阳时能耗较大,分别增大了48.16%和53.03%,较三侧窗水平固定外遮阳能耗却减小,分别减小了25.49%和23.05%。而全年能耗最小的三侧窗卷帘窗活动外遮阳与全年能耗最大的三侧窗水平固定外遮阳相比,能耗减少了约50%。

4 结语

(1)对于飘窗,采用三侧窗水平固定外遮阳,中间窗卷帘窗活动外遮阳、两侧窗水平固定外遮阳,中间窗水平固定外遮阳、两侧窗卷帘窗活动外遮阳和三侧窗卷帘窗活动外遮阳这4种遮阳方式,都能使夏季冷负荷大大减少,较无遮阳时分别减少12%、40%、40%和60%左右。但是除了三侧窗卷帘窗活动外遮阳,其它几种方式都增加了飘窗的冬季能耗,其中三侧窗水平固定外遮阳时增加了75%左右,中间窗卷帘窗活动外遮阳、两侧窗水平固定外遮阳和中间窗水平固定外遮阳、两侧窗卷帘窗活动外遮阳时分别增加了43.68%和59.72%。

(2)对于飘窗的全年能耗,三侧窗都采用卷帘窗活动外遮阳时的节能效果最明显,与无遮阳时相比,降低了45%左右;中间窗卷帘窗活动外遮阳、两侧窗水平固定外遮阳和中间窗水平固定外遮阳、两侧窗卷帘窗活动外遮阳的节能效果也较明显,它们使全年能耗分别降低了18.23%和15.54%;而三侧窗水平固定外遮阳时,飘窗的全年能耗较无遮阳时却增加了约9.75%。可见,在夏热冬冷地区,飘窗不推荐采用三侧窗水平固定外遮阳的遮阳方式;飘窗最节能的遮阳方式为活动外遮阳,其次是中间窗卷帘窗活动外遮阳、两侧窗水平固定外遮阳和中间窗水平固定外遮阳、两侧窗卷帘窗活动外遮阳。在实际应用中,采用何种外遮阳方式还要综合采光、经济性、市场等其它因素来考虑。

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光伏建筑遮阳:遮阳发电两相宜 第6篇

由于建筑外遮阳不占用建筑面积, 利用遮阳板发电基本上不影响建筑功能, 遮阳面板的面积还可以很大, 光伏建筑遮阳具有非常广阔的市场前景。

光伏建筑一体化

光伏电池太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件, 这种光电转换过程通常叫做“光伏效应”, 因此太阳能电池又称为“光伏电池”。

商业化的光伏电池主要有单晶硅, 多晶硅和非晶硅三种。三种光伏电池的性能各有不同。

光伏电池的开路电压约为0.5V, 达不到系统电压的要求, 一般将若干个光伏电池串联成光伏组件使用。

光伏发电系统光伏发电系统是直接利用太阳能, 通过光电转换进行发电的系统, 一般应包括发电和供电二个部分。也可分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统二种。

独立光伏发电系统就是光伏阵列将所发的直流电供给蓄电池, 蓄电池直接向负载供给直流电的系统, 对于一般的城市建筑, 这种系统的负载主要是LED等直流用电设备。

并网光伏发电系统是光伏阵列将所发的直流电供给逆变器, 逆变器直接给电网输送交流电的系统。这种系统的关键设备是正弦波逆变器, 它应具有较高的效率, 较高的可靠性, 对直流输入电压有较宽的适应范围, 逆变电源输出的正弦波失真度较小等特性。这种光伏发电系统是未来的主导方向。

光伏建筑一体化光伏建筑一体化的核心是将光伏发电系统的光伏组件与建筑外围护结构的面板相结合。光伏建筑一体化有光伏屋面、光伏墙面、光伏遮阳、光伏围栏和光伏地面等五种主要形式, 各种形式的比较如表。

各种光伏建筑一体化的比较光伏组件与建筑外维护结构的结合面板不同, 单位面积的太阳日平均辐射照度, 建筑或建筑构件对光伏组件的太阳辐射遮挡也不一样, 单位面积的发电效率就不相同, 墙面, 围栏和地面容易被遮挡, 发电效率就相对较低;对于屋面和墙面, 光伏组件对其采光要求有一定的影响;对于一般的建筑, 屋面, 墙面, 围栏和地面的面积是有限的, 但建筑遮阳的面积可以是很大的, 可安装光伏组件的面积也是很大的。

由于屋面上单位面积的太阳日平均辐射照度相对较大, 日照时间相对较长, 光伏屋面的发电效率相对较高, 一直是世界各国光伏建筑一体化的主导方向。

光伏建筑遮阳位于建筑物的最外侧, 太阳辐射不容易被遮挡, 对建筑功能的影响较小, 可安装光伏组件的面积较大, 应是光伏建筑一体化未来发展的主导方向。

光伏建筑遮阳的分类

光伏建筑遮阳根据遮阳形式的不同, 可以分为光伏水平建筑遮阳, 光伏垂直建筑遮阳和光伏挡板建筑遮阳等三种。

光伏水平遮阳通常设置在遮阳板的上方, 受阳光直射, 发电功效较高, 如图所示:

光伏垂直遮阳可设置于遮阳板的两侧, 能拥有较大的面积设置光伏系统。

光伏挡板建筑遮阳设置在室外, 不一定连贯设置。

光伏建筑遮阳也可以根据遮阳安装后的活动情况分为固定式光伏建筑遮阳和活动式光伏建筑遮阳二种。光伏建筑遮阳还可以跟建筑室外灯光相结合, 成为LED光伏建筑遮阳。

水平建筑遮阳一般布置在层间的窗间墙位置, 也可以在一层内布置多排, 其外伸部分可以是水平的, 也可以上下倾斜的, 在这种遮阳上布置光伏组件时, 发电效率与屋面相当;垂直建筑遮阳一般布置在主体结构柱的位置, 在这种遮阳上布置光伏组件时, 发电效率与墙面相当;挡板建筑遮阳一般布置在窗口或透明幕墙部位, 这种遮阳可以与墙面平行, 也可以不平行, 在这种遮阳上布置光伏组件时, 发电效率也与墙面相当。

对于周长为50m50m, 建筑高度为100米的塔楼, 如果在层高4m的窗间墙位置设置外伸1m的环向水平遮阳, 在轴线8m的柱位置设置外伸1m的垂直遮阳, 屋面板的面积仅为2500m2, 遮阳板的面积可达7500m2, 为屋面板的3倍。如果每层设置4排环向水平遮阳, 遮阳板的面积可达22500m2, 为屋面板的9倍。可见, 光伏建筑遮阳的推广前景是非常可观的。

而随着各国政府一系列财政资助鼓励办法的出台, 太阳能光伏建筑一体化的进程明显加快。

光伏建筑遮阳技术

建筑设计光伏建筑遮阳的建筑设计主要包括建筑遮阳的设计和光伏组件的安装区域设计二个部分。建筑遮阳的设计应根据不同的建筑热工分区, 建筑当地的太阳高度角和太阳辐射强度, 结合建筑设计对室内温度的波动, 采光、通风、外观要求, 确定遮阳的位置, 厚度及外伸宽度;光伏组件的安装区域设计应保证每个光伏组件的规格大小基本一致, 尽量避开或远离太阳光遮档物。

细部设计光伏建筑遮阳的细部设计主要包括防积水、防积灰、防雷、防撞击、防过度变形等方面, 还要为与光伏组件的结合和为光伏组件的正常运行创造条件, 主要是光伏组件与建筑遮阳之间要采用浮动连接, 满足变形要求, 满足光伏组件的散热和走线。

光伏电池选择光伏电池的选择其实是光伏建筑一体化的关键, 应结合光伏阵列的位置, 建筑效果, 建筑采光, 建设投资和可能的遮挡进行综合分析后选定。

对于水平遮阳通常设计时会把光伏电池设置在水平遮阳上方, 日照时间较长的南面可选择晶体硅电池, 其它面可选择非晶硅电池。

对于垂直遮阳, 阳光的直射是随着时间的变化而变化的, 所以可以选择在垂直遮阳的两侧均安装具有弱光发电能力的非晶硅电池, 从而增大光伏电池的面积提高转化功率。

对于光伏档板遮阳, 除了在阳光强烈的时候作为档板遮阳以外, 也往往设计成在阳光不强的时候可以收起, 从而增强建筑的采光性, 所以对于档板遮阳选择光伏电池, 要考虑到其处于工作状态的非持续性, 选择非晶硅电池应是比较好的做法, 能较好的适应档板功能的变化。

光伏组件的设计光伏组件的设计主要包括光伏电池的排列, 光伏电池的串并联, 背部衬板的选择, 接线盒的位置, 封装方案, 与遮阳面板的结合方案等方面。

光伏电池的排列主要与建筑效果和建筑采光有关, 一般和建筑师协商解决。单晶硅和多晶硅本身不透光, 主要依靠电池之间的间隙透光, 设计时要从两种常用电池规格中选择一种, 并进行排列;非晶硅的透光能力也较弱, 一般也在电池之间预留间隙透光, 要设计电池的尺寸, 并进行排列。

光伏电池的串联数量主要与初定的系统电压有关, 池串联后的开路电压要考虑太阳辐射的不稳定性和线损, 一般比系统略高, 可达系统电压的1.5倍。光伏电池串联后的并联数量主要取决于蓄电池或逆变器的功率, 一般应选择功率较大的蓄电池或逆变器, 并尽量缩短与光伏电池之间的距离。

背部衬板的选择主要取决于建筑采光, 只有没有采光要求的背部衬板才能采用金属板。光伏组件与遮阳面板结合后的面板曲率较小时, 可以采用单晶硅或多晶硅电池的冷弯弹性成型法安装, 曲率较大时, 只能采用非晶硅电池。

接线盒的位置取决于遮阳面板的安装方式, 一般应设置背部, 采用明框安装时, 也可以设置到侧边。

封装方案的选择主要与背部衬板有关, 一般应在光伏组件加工厂进行, 密封和耐久性是关键。

与遮阳面板的结合方案主要与光伏电池组件的刚度有关, 光伏电池组件的刚度较大时, 可以采用边部连接, 刚度较小时, 宜采用粘结等均匀连接。

光伏发电系统的选择对于有条件并网发电的地方, 最好采用光伏并网发电系统, 确实不能并网发电或主要是向LED等直流负载供电时, 才选择光伏独立发电系统。采用光伏并网发电系统时, 关键要选择好逆变器, 最好是选择功率较大的逆变器, 减少逆变器的数量。采用光伏独立发电系统时, 关键要选择好蓄电池, 也最好是选择功率较大的蓄电池, 减少蓄电池的数量。

根据光伏电池组件的输出功率和实际使用的光伏电池组件数量直接计算出光伏发电系统的设计装机容量。关键是要扣除没有使用的光伏电池组件的功率。

光伏发电系统的年发电量应根据当地的太阳年总辐射能、光伏电池的总面积和光电池的转换效率来计算, 并考虑光伏电池的朝向、长期运行、积灰、升温、损耗等不利因素的影响。

光伏组件的安装光伏组件的安装应保证光伏组件方阵的方位角和方阵平面的倾斜角。方阵的理想方位角应尽量朝向正南方。

如果光伏组件方阵的方位角和方阵平面的倾斜角不能满足理想的要求时, 应以接近理想的角度为好。光伏组件与遮阳面板在工厂结合在一起后运到工地安装, 除了要注意调整角度外, 还要注意清理接线盒, 保证与导线的连接。

光伏组件的维护一般的光伏组件都与墙面板结合, 结合方案应考虑日后更换及维修光伏组件的方法。同时, 应考虑雨水冲洗光伏组件表面, 防止污染。作为建筑外遮阳, 在对外墙清洗和维修作业时, 很难避免对遮阳的碰撞, 光伏组件不能布置在遮阳的边部和角部, 并与遮阳柔性连接, 防止遮阳变形危及光伏组件。

成都地区遮阳 第7篇

丽水市地处中亚热带, 由于其地理位置、地形地貌特点, 近些年气温明显偏高, 尤其是夏秋季高温持续时间长, 常常出现“暖冬”、“酷暑”。太阳辐射热通过各种途径进入室内, 其中通过建筑外窗进入室内的热量占了总室内热量的1/3~1/2[1]。而窗口外水平遮阳板可以有效减少太阳直接辐射热进入室内, 起到良好的隔热防热功能, 提高室内舒适度。本文以丽水市南向窗口水平遮阳板为研究对象, 根据太阳运行规律, 利用外遮阳系数衡量遮阳效果, 进而确定合理的遮阳板构型尺寸。

2 水平遮阳板的构型

水平遮阳方式的具体构造如图1所示。

在图1中:将遮阳板的外挑尺寸称为遮阳板的宽度W=ac=bd;取遮阳板的长度等于窗户的宽度;遮阳板到窗户下沿的距离H=d+Hw, H=aa', bc=ac×secγs, w, cc'=b'c'tanhs, bc=b'c, 则cc'=ac×secγs, w×tanhs。

即水平遮阳板挑出宽度

式中, Hw为窗户高度;d为遮阳板距窗户上沿的距离;hs为太阳高度角;γs, w为墙面法线与太阳方位的夹角。

3 满窗遮阳时南向窗口水平遮阳板尺寸计算

3.1 已知条件

丽水市南向窗口夏季需要采取遮阳措施的季节一般为6~9月, 遮阳时间为10:00~17:00。为简化计算, 并考虑到太阳高度角及日出日落前后太阳方位角与南向窗口的位置关系, 选择夏至 (6月21日) 、小暑 (7月7日) 、大暑 (7月22日) 、立秋 (8月7日) 、处暑 (8月23日) 、白露 (9月7日) 、秋分 (9月23日) 等具有代表性的日期, 按照遮阳时间10:00~14:00。对南向窗口进行逐时满窗遮阳设计。

丽水市地理位置:北纬28°27′, 东经119°55′。正南向窗口尺寸:Hw×Bw=1500mm×1800mm (窗口高度×窗口宽度) , 假设水平遮阳板的长度等于窗口宽度, 则南向窗口外水平遮阳板的构型尺寸为L×W=Bw×W (遮阳板长度×遮阳板挑出宽度) 。

不同时间满窗遮阳时南向窗口水平遮阳板的尺寸按以下公式计算[2]:

其中:sinhs=sin×φsinδ+cosφ×cosδ×cosw

式中, φ为丽水市地理纬度;δ为太阳赤纬角。

, τime为当地真太阳时, 丽水市直接取“北京时间”即可。

, As为太阳方位角;Aw为墙面方位角, 正南向窗口Aw=0, γs, w=As。

3.2 计算结果 (见图2)

3.3 结果分析

对丽水市南向窗口而言, 在夏季需要采取水平遮阳板作为外遮阳手段时, 上述计算结果表明:

1) 在不同日期、相同时间点满窗遮阳时, 遮阳板的外挑水平宽度W是不一样的。从夏至6月21日到秋分9月23日, 不同日期、相同时间点水平遮阳板的挑出宽度W越来越大。

2) 在相同日期、不同时间点, 遮阳板的外挑水平宽度W值从上午10:00~正午12:00越来越大;从正午12:00~下午14:00越来越小, 且对称于正午时间。

3) 在秋分日不同时间点的遮阳板的外挑水平宽度W值都是相同的, 均为813mm。且为整个遮阳季节里的最大值。

以上计算时, 取遮阳板与窗户上沿的距离d=0, 当d>0时, 同样情况下要想满足满窗遮阳, 水平遮阳板挑出宽度W值肯定会更大。

4 采用外遮阳系数表达遮阳效果的原理

外遮阳系数是指水平遮阳板在太阳直射光线照射下形成的外窗阴影区面积与外窗表面积的比值:

式中, K为外遮阳系数;As为外窗阴影区面积;A为外窗表面积[3]。

外窗阴影区面积的大小受到窗口朝向、太阳高度角、太阳方位角以及遮阳板构造尺寸的影响。在不同日期里, 任意窗口朝向的遮阳板外遮阳系数都随太阳高度角和太阳方位角逐时变化, 外遮阳系数越大, 表明遮阳板的外遮阳效果越好。

因此, 可以在不同遮阳板宽度W及不同d值 (遮阳板与外窗上沿之间的距离) 条件下, 计算丽水市南向窗口遮阳日期内各遮阳时间点的外遮阳系数以及平均外遮阳系数, 并分析其变化趋势, 并根据遮阳效果, 确定合理的水平遮阳板构型尺寸。

5 外遮阳系数及水平遮阳板构型尺寸的计算

5.1 夏季平均外遮阳系数计算

由以上可知, 外遮阳系数:

当遮阳板宽度W一定时, 对于不同的时刻, 遮阳板形成的阴影长度为:

式中, Wτime为τim e时刻阴影的长度;γs, w、hs的含义同上。

若Wτime≥H=d+Hw, 说明阴影长度超过了 (或等于) 窗户底端距遮阳板的距离, 此时为满窗遮阳, 则外遮阳系数K=1;若若Wτime<H=d+Hw, 说明阴影长度小于窗户底端距遮阳板的距离, 此时非满窗遮阳, 则有外遮阳系数:

其中, H=d+Hw。

参考图2的计算结果, 取W分别为200, 300, 400, 500, 600, 800mm及d分别为0, 100, 200, 300, 400mm, 首先计算各日期遮阳时间内逐时外遮阳系数值, 再计算特征日平均外遮阳系数, 最后统计不同W值和d值下丽水市夏季平均外遮阳系数, 结果列于表1。

将表1的数据绘制成曲线图如图3所示。

5.2 结果分析

对表2及图3进行分析:

1) 不论d取值大小, 夏季平均外遮阳系数K随W值增大而增大, 这对夏季遮阳有利。

2) 当W值在0~500mm变化时, 夏季的外遮阳系数提高快, 大于500mm后, 外遮阳系数的变化趋于平缓。W=500mm时, Kmin=0.859, 基本能满足夏季遮阳要求。同时考虑到兼顾冬季得热要求, 推荐W取500mm。

3) 不论W取值大小, 夏季平均外遮阳系数K均随d值的增大而减少, 这对夏季遮阳不利。但适当的d值, 有利于窗口空气流通。同时考虑到建筑美观、居住建筑层高及兼顾冬季得热等要求, 在选定W取值为500mm左右后, 当d为200mm时, 夏季平均外遮阳系数达0.89左右, 能较好地满足夏季遮阳需求。因此, 可考虑取d为200mm。

4) 综上所述, 当水平遮阳板外挑宽度W和遮阳板距窗户上沿的距离d值分别为500mm和200mm时, 水平遮阳板对于丽水市南向窗口而言, 具有较好的遮阳效果。

6 结语

水平遮阳板能根据冬、夏季太阳高度角的差异, 在遮挡住夏季过量日照的同时又不会阻隔冬季阳光照射, 尤其适用于南向窗口, 是广大夏热冬冷地区最为常见也是行之有效的遮阳方式。对于丽水市南向窗口水平遮阳板而言, 通过设计合理的构型尺寸, 就可以在夏季获得良好的遮阳效果。

参考文献

[1]唐小翠.浙西南地区建筑水平遮阳板遮阳效果的分析与研究[D].杭州:浙江工业大学, 2008.

[2]柳孝图.建筑物理[M].北京:中国建筑工业出版社, 2000.