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一、建筑节能的意义与定义
建筑使用过程中所消耗的能量,即通常所说的建筑能耗,在社会总能耗中占很大的比例。中国改革开放30年,创造了世界人类建筑史上的奇迹:1985-2004的20年间,全国竣工建筑的面积达105.6亿m2,约占现有建筑面积的1/4,预计到2020年还将新增建筑面积300亿m2。然而,目前中国既有建筑中,95%以上是高能耗建筑。1992年,建筑能耗占全社会能耗的15%,2000年为27.5%,2020年将会增加到40%,如果加上原材料的运输和损耗等,建筑能耗可能高达50%。这既反映了我国城乡生活水平的提高,也反映了我国高速发展的建筑和能源需求形势。由于建筑能耗在社会总能耗中所占的重大比例,建筑节能成为世界节能浪潮的主流之一,建筑节能技术已经成为当今世界建筑技术发展的重点之一。
二、建筑遮阳的意义
目前,国家大力倡导绿色建筑、节能建筑,并且出台了多项具体的规范规程,对建筑节能设计提出了很多具体的要求。遮阳设施能合理控制太阳光线进入室内,减少建筑空调能耗和人工照明用电,改善室内光环境。采取有效的遮阳措施, 降低外窗太阳辐射形成的建筑空调负荷,是实现建筑节能的最有效方法之一。一方面,遮阳通过阻挡阳光直射辐射和漫辐射的热,控制热量进入室内,降低室温、改善室内热环境,使空调高峰负荷大大削减。另一方面,适量的阳光又使人感到舒适,有利于人体视觉功效的高效发挥和生理机能的正常运行,给人们愉悦的心理感受。
三、建筑遮阳设计方法
遮阳的措施主要分为三类:1、利用绿化的遮阳;2、结合建筑构件处理的窗口遮阳;3、专门设置的遮阳设施。
(一)利用绿化的遮阳
对于低层建筑来说,绿化遮阳是一种既有效又经济美观的遮阳措施。绿化遮阳可以通过在窗外一定距离种树,也可以通过在窗外或阳台上种植攀援植物实现对墙面的遮阳,还有屋顶花园等形式。落叶树木可以在夏季提供遮阳,常青树可以整年提供遮阳。植物还能通过蒸发周围的空气降低地面的反射。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)建筑周围植树。在建筑周边一定距离种树,可以对低层的户型提供有效的窗口与墙面遮阳。一般适宜选用高大、树枝伸展较宽、夏天茂盛、冬天落叶的乔木。当利用植物进行窗口遮阳的时候,应当注意不能影响自然通风与采光。在夏季主导风的方向上,不应种植太密的树木,比如大灌木和乔木,以免降低风速甚至改变风向,造成自然通风受阻。此外,茂密的树叶也不宜靠窗口太近,以免遮挡自然光线的进入。
(2)屋面绿化遮阳。屋顶花园,隔热效果是显著的,对于第五立面的美化也是有意的。
(3)墙面绿化遮阳。绿化墙面遮阳,一般选择爬腾植物如爬山虎、牵牛花、爆竹花等爬墙生长。必要的时候可以搭架拉绳,以辅助其生长。
(二)结合建筑构件处理的窗口遮阳
遮阳的基本形式可分为四种:水平式、垂直式、综合式和挡板式。
1. 水平式遮阳
这种遮阳形式能够有效地遮挡高度角较大的、从窗口上方投射下来的阳光。故它适用于接近南向的窗口,低纬度地区的北向附近的窗口。
2. 垂直式遮阳
垂直式遮阳能够有效地遮挡高度角较小的、从窗侧斜射过来的阳光。但对于高度角较大的、从窗口上方投射下来的阳光,或接近日出、日没时平射窗口的阳光,它不起遮挡作用。故垂直式遮阳主要适用于东北、北河西北向附近的窗口。
3. 综合式遮阳
综合式遮阳能够有效地遮挡高度角中等的、从窗前斜射下来的阳光,遮阳效果比较均匀。故它主要适用于东南或西南向附近的窗口。
4. 挡板式遮阳
这种形式的遮阳能够有效地遮挡高度角较小的、正射窗口的阳光、故它主要适用于东西向附近的窗口。
在设计遮阳时,应根据建筑所在地区的气候条件、建筑的朝向、房间的使用功能等因素,综合进行遮阳设计,可以通过永久性的建筑构件,如:外檐廊、阳台、外挑遮阳板等,制作永久性遮阳设施。
(三)专门设置的遮阳设施
(1)活动窗口外遮阳
固定遮阳不可避免的会带来与采光、自然通风、冬季采暖、视野等方面的矛盾。活动遮阳可以根据使用者根据环境变化和个人喜欢,自由的控制遮阳系统的工作状况。 形式:遮阳卷帘、活动百叶遮阳、遮阳篷、遮阳纱幕等。
A.遮阳卷帘。窗外遮阳卷帘是一种有效的遮阳措施,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辐射,这时候进入外窗的热量只有卷帘吸收的太阳辐射能量向内传递的部分。这时候,如果采用导热系数小的玻璃,则进入窗户的太阳热量非常少。此外也可以适当拉开遮阳卷帘与窗户玻璃之间的距离,利用自然通风带走卷帘上的热量,也能有效的减少卷帘上的热量向室内传递。
B.活动百叶遮阳。有升降式百叶帘和百叶护窗等形式。百叶帘既可以升降,也可以调节角度,在遮阳和采光,通风之间达到了平衡,因而在办公楼宇及民用住宅上得到了很大的应用。根据材料的不同,分为铝百叶帘、木百叶帘和塑料百叶帘。百叶护窗的功能类似于外卷帘,在构造上更为简单,一般为推拉的形式或者外开的形式,在国外得到大量的应用。
C.遮阳蓬。遮阳蓬比较常见,但质量和这样效果一般,目前市场使用有些杂乱。
D.遮阳纱幕。遮阳纱幕既能遮挡阳光辐射,又能根据材料选择控制可见光的进入量,防止紫外线,并能避免眩 光的干扰,是一种适合于炎热地区的外遮阳方式。纱幕的材料主要是玻璃纤维。具有耐火防腐,坚固耐久。
(2)窗口中置式遮阳
中置式遮阳的遮阳设施通常位于双层玻璃的中间,和窗框及玻璃组合成为整扇窗户,有着较强的整体性,一般是由工厂一体生产成型的。
(3)窗口内遮阳
内遮阳的形式有:百叶窗帘、垂直窗帘、卷帘等。材料则多种多样,有布料、塑料(PVC)、金属、竹、木等等。 内遮阳也有不足的地方。当采用内遮阳的时候,太阳辐射穿过玻璃,使内遮阳帘自身受热升温。这部分热量实际上已经进入室内,有很大一部分将通过对流和辐射的方式,使室内的温度升高。
(4)玻璃自遮阳
玻璃自遮阳利用窗户玻璃自身的遮阳性能,阻断部分阳光进入室内。玻璃直身的遮阳性能对节能的影响很大,应该选择遮阳系数小的玻璃。遮阳性能好的玻璃常见的有吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃。这几种玻璃的遮阳系数低,具有良好的遮阳效果。值得注意的是,前两种玻璃对采光有不同程度的影响,而低辐射玻璃的透光性能良好。
四、建筑遮阳整合设计
建筑遮阳整合设计是指将建筑遮阳、太阳能利用等技术纳入建筑设计全过程,以达到有效控制建筑室内环境(包括湿热环境、光环境、风环境)、降低建筑使用能耗、满足建筑美观经济实用的要求。
目前,很多研究人员正在研究考虑如何很好地综合建筑遮阳板与太阳能收集器的设计,光伏发电与建筑遮阳相结合就是其中一项。光伏发电与建筑相结合 (BIPV)是光伏发电大规模推广应用的重要发展方向,而与建筑遮阳相结合是其主要实现形式之一,对于节约建筑能耗、改善室内环境及以可再生能源替代传统石化能源等具有重要意义。但是由于目前国内市场该技术的应用还不成熟,推广还存在一定的难度。
五、总结
建筑遮阳设计应贯穿在规划和建筑方案、施工图设计、建筑施工和日常运行维护的的整个过程中,应综合考虑建筑所处地域的纬度和气候特点,太阳能利用的不同类型和技术要求,利用的不同类型和技术要求,建筑造型、平面功能与遮阳部位、构造节点等因素,做到既符合建筑造型和使用功能要求,又满足高质量的室内健康环境需求。
