建筑遮陽與建筑節(jié)能.doc

建筑遮陽與建筑節(jié)能現(xiàn)代建筑是能源消耗的重要組成部分，同時也是構(gòu)成建筑物使用成本的主要內(nèi)容，在當(dāng)前能源日趨緊張的形勢下，建筑節(jié)能已成為社會關(guān)注度極高的現(xiàn)實問題，為此，國家制定了建筑節(jié)能規(guī)劃，推廣應(yīng)用新的節(jié)能技術(shù)，其中建筑隔熱保溫是重要的內(nèi)容，也是建筑節(jié)能技術(shù)的重點，代表著建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向。我們平時經(jīng)常談到綠色建筑、生態(tài)建筑，所謂的綠色建筑、生態(tài)建筑,指的就是為人們提供健康、舒適、安全的居住、工作和活動的空間，同時實現(xiàn)高效率地利用資源，既節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、最低限度地影響環(huán)境的建筑。綠色建筑、生態(tài)建筑的內(nèi)涵，其實就是“以人為本”、“人-建筑-自然”三者之間的和諧統(tǒng)一，也就是“天人合一”。這，既是世界建筑的發(fā)展趨勢，也是中國建筑的發(fā)展趨勢。那么，什么樣的建筑適合人類呢？在通常情況下，建筑必須具有相應(yīng)的舒適性，既必須保證一定的日照、通風(fēng)、溫度、濕度?，F(xiàn)代的高科技手段已能輕松地解決這些問題。然而，這種舒適是有代價的，那就是能源耗損。為了維持建筑內(nèi)部的溫度，特別是玻璃幕墻建筑內(nèi)部的溫度，空調(diào)和鍋爐的能耗非常巨大。當(dāng)今世界，能源已成為最關(guān)鍵的問題之一。能源是國民經(jīng)濟(jì)的命脈，對于社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高人民生活質(zhì)量以及國家未來生存安全都極為重要。一個國家的總能耗可分為建筑能耗、交通運輸能耗和工業(yè)能耗三大部分。當(dāng)前，我國的建筑能耗已接近社會終端總能耗30%，到2020年可能逼近40%。在我國既有和新建建筑中，高能耗建筑分別為99%和95%。中國重要能源的緊缺正逐步成為制約中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。建筑節(jié)能已成為刻不容緩的問題。一方面，建筑必須滿足人們的舒適性要求，而另一方面，建筑還必須滿足節(jié)能要求，這似乎是一個矛盾。例如：綠色建筑強(qiáng)調(diào)自然采光、通風(fēng)和加大迎面光以便利用太陽能，但是這樣就會增加窗墻比，建筑的保溫性能降低，只能強(qiáng)化采暖系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)來進(jìn)行彌補(bǔ)，運營中耗費大量能耗，增加了業(yè)主的開支。不少建成與建設(shè)中的居住建筑，采用大面積的落地窗，大面寬小進(jìn)深住宅，在房地產(chǎn)市場中頗受歡迎，但如何運用建筑節(jié)能？如何實現(xiàn)政府明確規(guī)定的節(jié)能指標(biāo)？如果提高維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，這必定會增加相應(yīng)的造價。因此，我們必須在舒適性和節(jié)能之間找到一個平衡點。建筑節(jié)能的技術(shù)途徑有很多，比如：提高空調(diào)的效率，減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的散熱，提高供熱系統(tǒng)的熱效率；采用高效保溫材料復(fù)合，使用多層門窗，提高建筑物的氣密性等等。我們公司通過實踐認(rèn)識到，采用建筑遮陽的方式，同樣能達(dá)到建筑節(jié)能的目的，而且是一個自然降低能耗的、經(jīng)濟(jì)實用而又效益不錯的好方法?，F(xiàn)代建筑由于大量的采用了玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，致使陽光可直接進(jìn)入室內(nèi)，從而使室內(nèi)溫度迅速上升，產(chǎn)生溫室效應(yīng)。為達(dá)到降溫目的，不得不加大空調(diào)的功率，耗能巨大。同時，由于紫外線也毫無阻礙的進(jìn)入室內(nèi)，不但對人和物品造成傷害，也使人在直接輻射熱的照射下，感覺空調(diào)的功率不足。在這種狀況下，建筑遮陽的設(shè)施作用就突顯了出來。建筑遮陽系統(tǒng)可以起到阻隔熱量的作用。如果設(shè)置室外遮陽系統(tǒng)的話，那么太陽光線到達(dá)玻璃窗之前就已經(jīng)被攔截了；如果是室內(nèi)遮陽，那么它也能將透過玻璃窗的太陽光線反射回去。同時，遮陽系統(tǒng)隔斷了紫外線，能有效地保護(hù)人類免受傷害。其次，遮陽系統(tǒng)還可以調(diào)節(jié)可見光，防止眩光，這對于現(xiàn)代辦公是非常必要的。此外，遮陽系統(tǒng)還能調(diào)節(jié)自然氣流并達(dá)到改善環(huán)境的作用。而最為重要的是，由于遮陽系統(tǒng)的阻隔，減少了空調(diào)的功耗，從而達(dá)到了節(jié)能的目的。1玻璃幕墻的遮陽節(jié)能技術(shù)玻璃幕墻是現(xiàn)代高檔建筑較多采用的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，是建筑物熱交換、熱傳導(dǎo)最活躍、最敏感的部位，是傳統(tǒng)墻體失熱損失56倍，幕墻的能耗約占整個建筑能耗的40%左右，故幕墻的節(jié)能有極其重要的地位。隨著我國玻璃幕墻熱的發(fā)展，去年全國已經(jīng)超過150萬平方米， 近幾年玻璃幕墻總面積超過300萬平方米。金屬玻璃幕墻具有輕量化、不燃化、耐震、施工迅速等優(yōu)點，在現(xiàn)代都市高樓化，防火、防震、施工安全的要求前提下，已成為不可阻擋的趨勢，今后將成為高樓建筑的設(shè)計主流。金屬玻璃幕墻可以減少傳統(tǒng)混凝土外墻大量的鋼筋、混凝土使用量，對于減少高耗能建材使用所達(dá)到的節(jié)約能源、資源有很大的幫助。而且金屬玻璃幕墻較易于回收利用，也可達(dá)到環(huán)保的目的。一、玻璃幕墻遮陽的必要性 ：建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計，由開窗、方位、遮陽到隔熱材料等因素環(huán)環(huán)相扣， 這些因素左右建筑物的耗能量。臺灣的西拉雅研究室曾對臺灣的辦公建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，對建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的各要素的耗能量進(jìn)行分析，其結(jié)果分析如下：地點 開窗率建筑方位 外遮陽和玻璃遮蔽因素 玻璃Ui值外墻隔熱因素 臺北 49.0 13.8 22.3 1.2 1.2 從以上可以得出結(jié)論 ：1) 外墻的開窗率是外墻節(jié)能的最重要因素，降低開窗面積率是節(jié)能最重要手 段 ，但是降低開窗率也必顧及確保適當(dāng)?shù)淖匀徊晒?，并免除心理的封閉感。但是對于追求通透效果的玻璃幕墻而言，只能采用降低開啟窗面積并加強(qiáng)不透光地方的隔熱設(shè)計來達(dá)到節(jié)能要求。2) 外遮陽和玻璃遮蔽是外墻節(jié)能的第二重要因素，玻璃材質(zhì)及外遮陽都影響遮蔽率的大小，但是裝設(shè)遮陽板、遮陽百頁等外遮陽遠(yuǎn)比改變玻璃材質(zhì)的效果大。玻璃材質(zhì)可選擇高反射率的反射玻璃和吸熱玻璃(唯反射率太大的反射玻璃會造成眩光污染的公害)。3) 建筑方位因素是外墻節(jié)能設(shè)計的第三要素(占了12的比重)。大面積的玻璃幕墻應(yīng)避免東照西曬。建筑的長向應(yīng)朝南北向配置。在國內(nèi)，隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑節(jié)能是中國經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，建設(shè)單位和設(shè)計單位的節(jié)能環(huán)保意識也不斷提高，對玻璃幕墻的節(jié)能要求也不斷的提高，現(xiàn)階段提高玻璃幕墻隔熱保溫性能的主要措施有：1)采用鍍膜玻璃、LOW-E玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃等玻璃處理技術(shù)以減少太陽透過玻璃的直接輻射。2)采用鋁塑復(fù)合材料、斷熱橋型材等高熱阻材料應(yīng)用技術(shù)。以上隔熱保溫措施原理比較簡單，使玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)大大降低。這些節(jié)能措施在建筑現(xiàn)階段已應(yīng)用較廣。雖然玻璃幕墻建筑采用遮陽措施能達(dá)到更好的隔熱節(jié)能作用，但在國內(nèi)，現(xiàn)階段各方對此重視不夠。一棟設(shè)計不良的全為玻璃幕墻建筑的全年空調(diào)耗電量，可能是一般混凝土外墻大樓的四倍。而玻璃幕墻的使用壽命達(dá)五十年之長，其節(jié)能效果當(dāng)然遠(yuǎn)勝于短壽命的冷氣機(jī)、冰箱、鍋爐等。故玻璃幕墻建筑的節(jié)能比其他建筑產(chǎn)品節(jié)能更為重要。所以發(fā)展玻璃幕墻的遮陽技術(shù)也是建筑物是節(jié)約能源最有潛力的工具。另外，在建筑設(shè)計中要求，當(dāng)建筑具備下列條件時（建筑標(biāo)準(zhǔn)較高的房間，僅有12兩項）就要采用遮陽措施：1) 室內(nèi)氣溫大于29；2) 太陽輻射強(qiáng)度大于240千卡/米時 ；3) 陽光照射室內(nèi)深度大于0.5米 ；4) 陽光照射室內(nèi)時間超過一小時 ；采用遮陽措施不僅是玻璃幕墻建筑節(jié)能設(shè)計的必要手段，而且是標(biāo)準(zhǔn)較高玻璃幕墻建筑的建筑設(shè)計的必要手段。二、遮陽的作用與效果由于玻璃幕墻由玻璃和金屬結(jié)構(gòu)組成，而玻璃表面換熱性強(qiáng)，熱透射率高，故對室內(nèi)熱條件有極大的影響，在夏季，陽光透過玻璃射入室內(nèi)，是造成室內(nèi)過熱的主要原因。特別在南方炎熱地區(qū)，如果人體再受到陽光的直接照射，將會感到炎熱難受。在玻璃幕墻上設(shè)置遮陽系統(tǒng)，可以最大限度減少陽光的直接照射，從而避免室內(nèi)過熱，是炎熱地區(qū)建筑防熱的主要措施之一。設(shè)置遮陽后，會有以下作用及效果：1) 遮陽對太陽輻射的作用。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能受許多因素的影響，其中影響最大的指標(biāo)就是遮陽系數(shù)。一般來說，遮陽系數(shù)受到材料本身特性和環(huán)境的控制。遮陽系數(shù)就是透過有遮陽措施的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和沒有遮陽措施的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽輻射熱量的比值。遮陽系數(shù)愈小，透過外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽輻射熱量愈小，防熱效果愈好。在廣州地區(qū)進(jìn)行實測得到的各主要朝向窗口的遮陽系數(shù)分別為：西向17%，南向45%，北向60%。由此可見，遮陽對遮擋太陽輻射熱的效果是相當(dāng)大的，玻璃幕墻建筑設(shè)置遮陽措施更是效果明顯。2) 遮陽對室內(nèi)溫度作用。遮陽防止室內(nèi)溫度上升有明顯作用，在廣州某西向房間試驗觀測表明：在閉窗的情況下，有、無遮陽，室溫最大差值達(dá)2,平均差值1.4。而且有遮陽時，房間溫度波幅值較小，室溫出現(xiàn)最大值的時間延遲，室內(nèi)溫度場均勻。因此，遮陽對空調(diào)房間可減少冷負(fù)荷，所以對空調(diào)建筑來說，遮陽更是節(jié)約電能的主要措施之一。3) 遮陽對采光的作用。從天然采光的觀點來看，遮陽措施會阻擋直射陽光，防止眩光，使室內(nèi)照度分布比較均勻，有助于視覺的正常工作。對周圍環(huán)境來說，遮陽可分散玻璃幕墻的玻璃（尤其是鍍膜玻璃）的反射光，避免了大面積玻璃反光造成光污染。但是，由于遮陽措施有擋光作用，從而會降低室內(nèi)照度，在陰雨天更為不利。因此，在遮陽系統(tǒng)設(shè)計時要有充分的考慮，盡量滿足室內(nèi)天然采光的要求。4) 遮陽對建筑外觀的作用。一般人都認(rèn)為玻璃幕墻設(shè)計只能平板化，無法設(shè)計外遮陽等遮陽設(shè)施，但是由國外的許多案例我們可以發(fā)現(xiàn)金屬玻璃幕墻能以輕巧的金屬板設(shè)計成優(yōu)美的遮陽形式并成為建筑造型有趣的一部份。遮陽系統(tǒng)在玻璃幕墻外觀的玻璃墻體上形成光影效果，體現(xiàn)出現(xiàn)代建筑藝術(shù)美學(xué)效果。因此，在歐洲建筑界，已經(jīng)把外遮陽系統(tǒng)作為一種活躍的立面元素，加以利用，甚至稱之為雙層立面形式。一層是建筑物本身的立面，另一層則是動態(tài)的遮陽狀態(tài)的立面形式。這種具有 “動感” 的建筑物形象不是因為建筑立面的時尚需要，而是現(xiàn)代技術(shù)解決人類對建筑節(jié)能和享受自然需求而產(chǎn)生的一種新的現(xiàn)代建筑形態(tài)。5) 遮陽對房間通風(fēng)的影響。遮陽設(shè)施對房間通風(fēng)有一定的阻擋作用，在開啟窗通風(fēng)的情況下，室內(nèi)的風(fēng)速會減弱22-47%，具體視遮陽設(shè)施的構(gòu)造情況而定。而對玻璃表面上升的熱空氣有阻擋作用，不利散熱，因此在遮陽的構(gòu)造設(shè)計時應(yīng)加以注意。三、遮陽的形式及構(gòu)造設(shè)計遮陽具有防止太陽輻射、避免產(chǎn)生眩光、改善室內(nèi)環(huán)境氣候、及建筑外觀上光影美學(xué)效果之功能，但也對室內(nèi)的采光、通風(fēng)帶來不同層次的影響。遮陽系統(tǒng)本身而言，以位置上來分有“外部遮陽”與“內(nèi)部遮陽”之區(qū)別，其中又可分為“活動式遮陽”及“固定式遮陽”。就遮陽形式來分，一般分為四種 ：水平遮陽、垂直遮陽、綜合式遮陽和擋板式。 根據(jù)地區(qū)的氣候特點和房間的使用要求，可以把遮陽作為的或臨時性的。永久性的就是在玻璃幕墻內(nèi)外設(shè)置各種形式的遮陽板和遮陽簾，臨時性的就是在玻璃的內(nèi)外設(shè)置輕便的布簾，竹簾，軟百頁，帆布蓬等。在永久性的遮陽設(shè)施中，按其構(gòu)件能否活動，有可分為固定式或活動式兩種。活動式的遮陽可視一年中季節(jié)的變換，一天的時間變化和天空的陰晴情況，任意調(diào)節(jié)遮陽板的角度；在寒冷的季節(jié)，可以避免遮擋陽光，爭取日照。（見圖5）這種遮陽設(shè)施的靈活性大，使用合理，因此近年在國外的建筑中應(yīng)用較廣。就我國所處地理緯度來說，各種遮陽板基本形式適應(yīng)是朝向范圍如下1水平式遮陽（見圖1） 在玻璃前采用伸出重疊的平板這種形式的遮陽，能有效地遮擋太陽高度角較大的，從玻璃幕墻上方投射下來的陽光。故它適用于南向的玻璃幕墻建筑物。2垂直式遮陽（見圖2） 設(shè)于玻璃前之凸出板的垂直式遮陽，能有效地遮擋角度較小的，從玻璃窗側(cè)斜射進(jìn)來的陽光。但對于角度較大的，從玻璃窗上面射下來的陽光，或接近日出、日沒時平射的陽光，它不起遮擋作用。故垂直式的遮陽主要適用于東北，北和西北向附近的玻璃幕墻建筑。3綜合式遮陽（見圖3） 綜合式遮陽能有效地遮擋高角度中等的，從玻璃窗前射下來的陽光。遮陽效果比較均勻，故它適用于東南或西南向的玻璃幕墻建筑。4.擋板式遮陽（見圖4） 這種式的遮陽，能有效地遮擋高度角較小的，正射窗口的陽光。故它主要用于東西向的玻璃幕墻建筑。由于遮陽系統(tǒng)對室內(nèi)采光，通風(fēng)及冬季日照等亦帶來不同層次的影響。目前出現(xiàn)一種遮陽采光系統(tǒng)。其采用遮陽板和導(dǎo)光板組合的遮采光系統(tǒng)，形式一般為在建筑玻璃幕墻或窗上部裝設(shè)一水平遮陽設(shè)施，其功用除了可直接阻礙太陽的直射光熱外，更可間接利用遮陽板設(shè)計將太陽光反射至天花板，再經(jīng)天花板將自然光導(dǎo)入室內(nèi)較深處（見圖6）。遮陽的效果除與遮陽形式有關(guān)外，還與構(gòu)造設(shè)計有很大的關(guān)系，設(shè)計時要特別注意以下幾點 ：1遮陽板面的組合與構(gòu)造 在滿足阻擋直線陽光的前提下，可以有不同板面組合的形式，應(yīng)該選擇對通風(fēng)，采光，視野，構(gòu)造和立面處理等要求更為有利的形式。為了使于熱空氣的散逸，并減少對通風(fēng)，采光的影響，常將板面做成百頁的或部分做成百頁的，或中間層做成百頁的。遮陽板可用鋁板，輕金屬或混泥土制做。2遮陽板的安裝位置 遮陽板安裝的位置對防熱和通風(fēng)的影響很大。例如將板面緊靠墻面布置時，受熱表面加熱而上升的熱空氣將受室外風(fēng)壓作用導(dǎo)入室內(nèi)。這種情況對綜合式遮陽更為嚴(yán)重，為了克服著個缺點，板面應(yīng)該離開玻璃墻面一定的距離安裝，以使大部分熱空氣沿著墻面排走，且應(yīng)使遮陽板盡可能減少擋風(fēng)，最好還能兼起導(dǎo)風(fēng)入室作用。3材料與顏色 為了減輕自重，遮陽構(gòu)件以采用輕質(zhì)量為宜。遮陽構(gòu)件經(jīng)常暴露在室外，受日曬雨淋，容易損壞，因此要材料堅固耐久。如果遮陽室活動式的，又要求輕便靈活，以便調(diào)節(jié)或拆除。材料的外表面對太陽輻射熱的吸收系數(shù)要小，設(shè)計時可根據(jù)上述的要求并結(jié)合實際情況來選擇適宜的遮陽材料。遮陽的構(gòu)件的顏色對隔熱效果也有影響。以安裝在玻璃幕墻內(nèi)側(cè)的百葉簾為例，暗色、中間色和白色的遮陽系數(shù)分別為：86、74和62.白色的比暗色的要減少24.為了加強(qiáng)表面的反射,減少吸收,遮陽簾朝向陽光的一面,應(yīng)為淺色發(fā)亮的顏色,而在背陽光的一面,應(yīng)為較暗的無光澤顏色,以免引起眩光。4外遮陽和內(nèi)遮陽 一般來講，明色室內(nèi)百葉只可擋去17太陽輻射熱，而室外南向仰角45度的水平遮陽板，可輕易遮去68的太陽輻射熱，兩者間的遮陽效果相差甚大。裝在窗口內(nèi)側(cè)的布簾，軟百頁等遮陽設(shè)施，其所吸收的太陽輻射熱，大部分將散發(fā)給室內(nèi)空氣。如果裝在外側(cè)的遮陽板，則吸收的輻射熱，大部分將散發(fā)給室外的空氣，從而減輕了室內(nèi)溫度的影響。因此采用外遮陽（遮陽板）是最好的建筑節(jié)能之道。四、外遮陽構(gòu)件尺寸的計算(一) 水平式遮陽任意朝向建筑的玻璃幕墻的外水平遮陽板挑出長度，按下式計算L-=H*coths*coss，式中 L-水平板挑出長度，m;H-水平板下沿至下一水平板高度，m;hs-太陽高度角，deg;s，-太陽方位角與墻方位角之差，deg;s，=As-AAs-太陽方位角，deg;A-墻方位角,Deg.(二) 垂直式遮陽任意朝向建筑的玻璃幕墻的外垂直遮陽板挑出長度，按下式計算：L=Bcots，式中L-垂直板挑出長度，m；B-板面間凈距，m；s，-太陽方位角與墻方位角之差，deg (三) 綜合式遮陽任意朝向建筑的玻璃幕墻的綜合式遮陽的挑出長度，可先計算出垂直板和水平板兩者的挑出長度，然后根據(jù)兩者計算的數(shù)值按構(gòu)成的要求確定綜合式遮陽挑出長度。附：太陽高度角和方位角的計算公式 ：1.求太陽高度角hs ：sin hs =sinsin+coscoscos式中 hs-太陽高度角，deg;-地理緯度，deg;-赤緯，deg;-時角，deg。2，求太陽方位角As ：COSAs= sinhssin-sin/(coshscos)As-太陽方位角，deg.五、遮陽系統(tǒng)智能化設(shè)計現(xiàn)今高資訊科技化的社會，人們是生活形態(tài)已逐漸改變，創(chuàng)造高資訊科技化和人性化的生活空間與環(huán)境,已成為目前建筑物生產(chǎn)力與經(jīng)濟(jì)效益外的另一項重要規(guī)劃設(shè)計課題。智能化建筑的室內(nèi)環(huán)境的控制是以智能化的方式控制物理或以自動化的方式，以達(dá)到建筑物的安全，健康，節(jié)能，舒適與高效率的工作環(huán)境，智能化建筑不僅需要令各種設(shè)備系統(tǒng)的效能均處與最適化的運轉(zhuǎn)下，更需要使設(shè)備系統(tǒng)和空間的使用及構(gòu)造材料，施工方法系統(tǒng)整體結(jié)合，充分考慮視覺，聽覺及觸覺和感覺感受，以滿足高性能及高感性的人性化設(shè)計。當(dāng)暖通和綜合照明系統(tǒng)的智能化正被人們接受并廣泛成為大型樓字和現(xiàn)代家居之必需時，遮陽系統(tǒng)智能化的諸多優(yōu)點卻被忽略，或僅僅作為樓宇的點綴而已。我們認(rèn)為智能遮陽系統(tǒng)是建筑智能化系統(tǒng)不可或缺的一部分,相信越來越多的現(xiàn)代建筑將采用，并在設(shè)計階段就應(yīng)被集成進(jìn)去。遮陽系統(tǒng)為改善室內(nèi)環(huán)境而設(shè)，遮陽系統(tǒng)的智能化將是建筑智能化系統(tǒng)最新和最有潛力的一個發(fā)展分支。建筑幕墻的遮陽系統(tǒng)智能化就是對控制遮陽板角度調(diào)節(jié)或遮陽簾升降的電機(jī)的控制系統(tǒng)采用現(xiàn)代計算機(jī)集成技術(shù)。目前國內(nèi)外的廠