從建筑遮陽談到建筑節(jié)能設計

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一、建筑節(jié)能的意義與定義

　　建筑使用過程中所消耗的能量,即通常所說的建筑能耗,在社會總能耗中占很大的比例。中國改革開放30年,創(chuàng)造了世界人類建筑史上的奇跡:1985-2004的20年間,全國竣工建筑的面積達105.6億㎡,約占現(xiàn)有建筑面積的1/4,預計到2020年還將新增建筑面積300億㎡。然而,目前中國既有建筑中,95%以上是高能耗建筑。1992年,建筑能耗占全社會能耗的15%,2000年為27.5%,2020年將會增加到40%,如果加上原材料的運輸和損耗等,建筑能耗可能高達50%。這既反映了我國城鄉(xiāng)生活水平的提高,也反映了我國高速發(fā)展的建筑和能源需求形勢。由于建筑能耗在社會總能耗中所占的重大比例,建筑節(jié)能成為世界節(jié)能浪潮的主流之一,建筑節(jié)能技術已經(jīng)成為當今世界建筑技術發(fā)展的重點之一。

　　二、建筑遮陽的意義

　　目前,國家大力倡導綠色建筑、節(jié)能建筑,并且出臺了多項具體的規(guī)范規(guī)程,對建筑節(jié)能設計提出了很多具體的要求。遮陽設施能合理控制太陽光線進入室內(nèi),減少建筑空調(diào)能耗和人工照明用電,改善室內(nèi)光環(huán)境。采取有效的遮陽措施,降低外窗太陽輻射形成的建筑空調(diào)負荷,是實現(xiàn)建筑節(jié)能的最有效方法之一。一方面,遮陽通過阻擋陽光直射輻射和漫輻射的熱,控制熱量進入室內(nèi),降低室溫、改善室內(nèi)熱環(huán)境,使空調(diào)高峰負荷大大削減。另一方面,適量的陽光又使人感到舒適,有利于人體視覺功效的高效發(fā)揮和生理機能的正常運行,給人們愉悅的心理感受。

　　三、建筑遮陽設計方法

　　遮陽的措施主要分為三類:1、利用綠化的遮陽;2、結合建筑構件處理的窗口遮陽;3、專門設置的遮陽設施。

　　(一)利用綠化的遮陽

　　對于低層建筑來說,綠化遮陽是一種既有效又經(jīng)濟美觀的遮陽措施。綠化遮陽可以通過在窗外一定距離種樹,也可以通過在窗外或陽臺上種植攀援植物實現(xiàn)對墻面的遮陽,還有屋頂花園等形式。落葉樹木可以在夏季提供遮陽,常青樹可以整年提供遮陽。植物還能通過蒸發(fā)周圍的空氣降低地面的反射。常青的灌木和草坪也能很好地降低地面反射和建筑反射。

　　(1)建筑周圍植樹。在建筑周邊一定距離種樹,可以對低層的戶型提供有效的窗口與墻面遮陽。一般適宜選用高大、樹枝伸展較寬、夏天茂盛、冬天落葉的喬木。當利用植物進行窗口遮陽的時候,應當注意不能影響自然通風與采光。在夏季主導風的方向上,不應種植太密的樹木,比如大灌木和喬木,以免降低風速甚至改變風向,造成自然通風受阻。此外,茂密的樹葉也不宜靠窗口太近,以免遮擋自然光線的進入。

　　(2)屋面綠化遮陽。屋頂花園,隔熱效果是顯著的,對于第五立面的美化也是有意的。

　　(3)墻面綠化遮陽。綠化墻面遮陽,一般選擇爬騰植物如爬山虎、牽?；?、爆竹花等爬墻生長。必要的時候可以搭架拉繩,以輔助其生長。

　　(二)結合建筑構件處理的窗口遮陽

　　遮陽的基本形式可分為四種:水平式、垂直式、綜合式和擋板式。

　　1. 水平式遮陽

　　這種遮陽形式能夠有效地遮擋高度角較大的、從窗口上方投射下來的陽光。故它適用于接近南向的窗口,低緯度地區(qū)的北向附近的窗口。

　　2. 垂直式遮陽

　　垂直式遮陽能夠有效地遮擋高度角較小的、從窗側斜射過來的陽光。但對于高度角較大的、從窗口上方投射下來的陽光,或接近日出、日沒時平射窗口的陽光,它不起遮擋作用。故垂直式遮陽主要適用于東北、北河西北向附近的窗口。

　　3. 綜合式遮陽

　　綜合式遮陽能夠有效地遮擋高度角中等的、從窗前斜射下來的陽光,遮陽效果比較均勻。故它主要適用于東南或西南向附近的窗口。

　　4. 擋板式遮陽

　　這種形式的遮陽能夠有效地遮擋高度角較小的、正射窗口的陽光、故它主要適用于東西向附近的窗口。

　　在設計遮陽時,應根據(jù)建筑所在地區(qū)的氣候條件、建筑的朝向、房間的使用功能等因素,綜合進行遮陽設計,可以通過永久性的建筑構件,如:外檐廊、陽臺、外挑遮陽板等,制作永久性遮陽設施。

　　(三)專門設置的遮陽設施

　　(1)活動窗口外遮陽

　　固定遮陽不可避免的會帶來與采光、自然通風、冬季采暖、視野等方面的矛盾?；顒诱陉柨梢愿鶕?jù)使用者根據(jù)環(huán)境變化和個人喜歡,自由的控制遮陽系統(tǒng)的工作狀況。 形式:遮陽卷簾、活動百葉遮陽、遮陽篷、遮陽紗幕等。

　　A.遮陽卷簾。窗外遮陽卷簾是一種有效的遮陽措施,適用于各個朝向的窗戶。當卷簾完全放下的時候,能夠遮擋住幾乎所有的太陽輻射,這時候進入外窗的熱量只有卷簾吸收的太陽輻射能量向內(nèi)傳遞的部分。這時候,如果采用導熱系數(shù)小的玻璃,則進入窗戶的太陽熱量非常少。此外也可以適當拉開遮陽卷簾與窗戶玻璃之間的距離,利用自然通風帶走卷簾上的熱量,也能有效的減少卷簾上的熱量向室內(nèi)傳遞。

　　B.活動百葉遮陽。有升降式百葉簾和百葉護窗等形式。百葉簾既可以升降,也可以調(diào)節(jié)角度,在遮陽和采光,通風之間達到了平衡,因而在辦公樓宇及民用住宅上得到了很大的應用。根據(jù)材料的不同,分為鋁百葉簾、木百葉簾和塑料百葉簾。百葉護窗的功能類似于外卷簾,在構造上更為簡單,一般為推拉的形式或者外開的形式,在國外得到大量的應用。

　　C.遮陽蓬。遮陽蓬比較常見,但質量和這樣效果一般,目前市場使用有些雜亂。

　　D.遮陽紗幕。遮陽紗幕既能遮擋陽光輻射,又能根據(jù)材料選擇控制可見光的進入量,防止紫外線,并能避免眩 光的干擾,是一種適合于炎熱地區(qū)的外遮陽方式。紗幕的材料主要是玻璃纖維。具有耐火防腐,堅固耐久。

　　(2)窗口中置式遮陽

　　中置式遮陽的遮陽設施通常位于雙層玻璃的中間,和窗框及玻璃組合成為整扇窗戶,有著較強的整體性,一般是由工廠一體生產(chǎn)成型的。

　　(3)窗口內(nèi)遮陽

　　內(nèi)遮陽的形式有:百葉窗簾、垂直窗簾、卷簾等。材料則多種多樣,有布料、塑料(PVC)、金屬、竹、木等等。 內(nèi)遮陽也有不足的地方。當采用內(nèi)遮陽的時候,太陽輻射穿過玻璃,使內(nèi)遮陽簾自身受熱升溫。這部分熱量實際上已經(jīng)進入室內(nèi),有很大一部分將通過對流和輻射的方式,使室內(nèi)的溫度升高。

　　(4)玻璃自遮陽

　　玻璃自遮陽利用窗戶玻璃自身的遮陽性能,阻斷部分陽光進入室內(nèi)。玻璃直身的遮陽性能對節(jié)能的影響很大,應該選擇遮陽系數(shù)小的玻璃。遮陽性能好的玻璃常見的有吸熱玻璃、熱反射玻璃、低輻射玻璃。這幾種玻璃的遮陽系數(shù)低,具有良好的遮陽效果。值得注意的是,前兩種玻璃對采光有不同程度的影響,而低輻射玻璃的透光性能良好。

　　四、建筑遮陽整合設計

　　建筑遮陽整合設計是指將建筑遮陽、太陽能利用等技術納入建筑設計全過程,以達到有效控制建筑室內(nèi)環(huán)境(包括濕熱環(huán)境、光環(huán)境、風環(huán)境)、降低建筑使用能耗、滿足建筑美觀經(jīng)濟實用的要求。

　　目前,很多研究人員正在研究考慮如何很好地綜合建筑遮陽板與太陽能收集器的設計,光伏發(fā)電與建筑遮陽相結合就是其中一項。光伏發(fā)電與建筑相結合(BIPV)是光伏發(fā)電大規(guī)模推廣應用的重要發(fā)展方向,而與建筑遮陽相結合是其主要實現(xiàn)形式之一,對于節(jié)約建筑能耗、改善室內(nèi)環(huán)境及以可再生能源替代傳統(tǒng)石化能源等具有重要意義。但是由于目前國內(nèi)市場該技術的應用還不成熟,推廣還存在一定的難度。

　　五、總結

　　建筑遮陽設計應貫穿在規(guī)劃和建筑方案、施工圖設計、建筑施工和日常運行維護的的整個過程中,應綜合考慮建筑所處地域的緯度和氣候特點,太陽能利用的不同類型和技術要求,利用的不同類型和技術要求,建筑造型、平面功能與遮陽部位、構造節(jié)點等因素,做到既符合建筑造型和使用功能要求,又滿足高質量的室內(nèi)健康環(huán)境需求。