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夏熱冬暖地區(qū)外遮陽建筑節(jié)能設(shè)計探討

所屬欄目:建筑設(shè)計論文 發(fā)布日期:2010-09-02 09:03 熱度:

  摘要:佛山市地處南亞熱帶,屬典型的亞熱帶季風海洋氣候,夏季漫長,太陽輻射強烈,傳統(tǒng)建筑普遍采用遮陽、通風等手段改善室內(nèi)熱環(huán)境。本文對建筑不同遮陽形式下的節(jié)能率分析,并提出了適用于夏熱冬暖地區(qū)地區(qū)的外遮陽設(shè)計方法,同時探討了與外遮陽相關(guān)的采光、通風等問題。
  關(guān)鍵詞:夏熱冬暖地區(qū),外遮陽,建筑節(jié)能
  0引言
  佛山地區(qū)經(jīng)濟普遍發(fā)達,近年來人們對居住環(huán)境舒適性的要求又在逐漸提高,在漫長的夏熱季節(jié)普遍使用空調(diào)降溫。然而近年來大量的民用建筑特別是住宅受到建筑簡約主義思潮的影響,對于本來能夠發(fā)揮巨大節(jié)能潛力的建筑遮陽技術(shù)的應(yīng)用沖擊甚重,片面地追求建筑的通透藝術(shù)和室內(nèi)觀景功能需要,無遮陽的大玻璃窗建筑立面比比皆是,屋面受到強烈日照導(dǎo)致防熱防水保護層熱裂、滲漏的現(xiàn)象層出不窮,該地區(qū)的民用建筑特別是住宅夏季室內(nèi)溫室效應(yīng)加劇,熱環(huán)境質(zhì)量惡化,為降溫而投入的空調(diào)能耗巨大。研究表明,該地區(qū)居住建筑空調(diào)能耗約為7.9kW•h/m2,每年空調(diào)期從5~9月約150d,空調(diào)普及率按面積算約占70%,空調(diào)用電約占住戶用電的40%。外遮陽是建筑節(jié)能的有效途徑,國內(nèi)多位專家學(xué)者推崇在南方地區(qū)使用。良好的外遮陽設(shè)計既能節(jié)能,又能調(diào)節(jié)室內(nèi)光線分布,還可以豐富建筑立面;外遮陽是夏季隔熱最有效的措施,它反射和吸收了大部分的太陽熱能,避免太陽輻射熱直接進入室內(nèi)空間,有利于防止室溫升高和波動,達到節(jié)能目的。
  我國頒布的建筑節(jié)能設(shè)計標準中,提供了外遮陽的遮陽系數(shù)計算方法,該方法所用參數(shù)是通過多次能耗分析結(jié)果擬合而來,該方法可以通過輸入幾種常見外遮陽形式的外形尺寸便捷地計算得到外遮陽系數(shù),但使用該方法只能計算固定遮陽,且遮陽形式遠遠不能滿足實際工程需要。中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的建筑外遮陽設(shè)計分析軟件(ShadePlus)與國家標準圖集相配合(其選形界面見圖1所示),實現(xiàn)了活動外遮陽的動態(tài)計算,并結(jié)合DOE-2進行能耗分析,同時提供了大量的外遮陽形式,是建筑師進行外遮陽的設(shè)計、節(jié)能分析的優(yōu)秀軟件工具。
  1居住建筑外遮陽節(jié)能性能分析
  選定一棟未采用外遮陽措施的佛山地區(qū)典型新建多層節(jié)能住宅建筑作為研究對象,對該建筑布置不同形式外遮陽并進行能耗分析,從而得出外遮陽形式對節(jié)能率的影響。住宅只是用來分析采用不同外遮陽形式下的節(jié)能率大小,建筑能耗的絕對值并不代表佛山地區(qū)的典型住宅能耗值。經(jīng)過分析計算,該建筑滿足《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》(JGJ75-2003)的要求,節(jié)能率為53.35%。
  佛山地區(qū)住宅建筑能耗主要為空調(diào)制冷能耗,所以有必要了解圍護結(jié)構(gòu)全年冷負荷組成。使用ShadePlus的建筑負荷分析功能,可以方便地得到該建筑模型在沒有采用外遮陽設(shè)施下的圍護結(jié)構(gòu)冷負荷分布(見圖1)。分析結(jié)果表明,外窗熱輻射占圍護結(jié)構(gòu)全年冷負荷一半以上。
             t1.jpg
  
  圖1節(jié)能住宅建筑全年冷負荷構(gòu)成
  分別對固定水平外遮陽、活動水平外遮陽、固定百葉外遮陽和活動百葉外遮陽進行能耗分析,分析結(jié)果見表1。其中,固定水平外遮陽挑出長度為0.6m,與墻體垂直。活動水平外遮陽在1月、2月和12月收起。固定百葉外遮陽傾角45°,布滿外窗。智能百葉外遮陽在4~11月根據(jù)太陽高度角自動調(diào)節(jié),可以遮擋全部太陽直射輻射;其余月份讓全部太陽直射輻射進入室內(nèi),以滿足自然采光要求。表格中的南向表示僅在南向布置外遮陽。
                                          表1住宅建筑不同外遮陽形式下的能耗分析

                                    b1.jpg
  分析結(jié)果表明,采用固定水平外遮陽,節(jié)能率最高可達58.82%,南向遮陽效果最佳,僅南向布置遮陽節(jié)能率為57.15%;采用活動水平外遮陽,節(jié)能率最高可達59.20%,南向遮陽效果最佳,僅南向布置遮陽節(jié)能率為57.64%;采用固定百葉外遮陽,節(jié)能率最高可達66.40%,南向遮陽效果最佳,僅南向布置遮陽節(jié)能率為60.33%;采用活動百葉外遮陽最為節(jié)能,節(jié)能率最高可達72.67%,南向遮陽效果最佳,僅南向布置遮陽節(jié)能率為63.34%,其次為北向,僅北向布置遮陽節(jié)能率為60.38%。
  2辦公建筑外遮陽節(jié)能性能分析
  選定一棟未采用外遮陽措施的小型新建辦公建筑作為研究對象,對該建筑布置不同形式外遮陽并進行能耗分析,從而得出外遮陽形式對節(jié)能率的影響。辦公建筑只是用來分析采用不同外遮陽形式下的節(jié)能率大小,建筑能耗的絕對值并不代表佛山地區(qū)的典型辦公建筑能耗值。經(jīng)過分析計算,該建筑滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》(GB50189-2005)的要求,節(jié)能率為51.66%。與住宅建筑相似,辦公建筑的主要能耗亦為空調(diào)制冷能耗。使用ShadePlus分析得到該建筑模型在沒有采用外遮陽設(shè)施下的圍護結(jié)構(gòu)冷負荷分布。分析結(jié)果表明,外窗輻射得熱占圍護結(jié)構(gòu)全年冷負荷60%以上。采用與上述住宅建筑相同的分析方法,得到不同外遮陽形式下的能耗分析結(jié)果(見表2)。外遮陽尺寸、活動控制方式均同上述住宅建筑。
                                                   表2辦公建筑不同外遮陽形式下的能耗分析

                         b2.jpg
  分析結(jié)果表明,采用固定水平外遮陽,節(jié)能率最高值為52.87%,南向遮陽效果最佳,僅南向布置遮陽節(jié)能率為52.49%;采用活動水平外遮陽,節(jié)能率最高值為53.22%,南向遮陽效果最佳,僅南向布置遮陽節(jié)能率為52.58%;采用固定百葉外遮陽,節(jié)能率最高值為54.24%,南向遮陽效果最佳,僅南向布置遮陽節(jié)能率為52.85%;采用活動百葉外遮陽最為節(jié)能,節(jié)能率最高可達57.26%,南向遮陽效果最佳,僅南向布置遮陽節(jié)能率為54.83%,其次為北向,僅北向布置遮陽節(jié)能率為53.38%。
  3外遮陽設(shè)計方法
  早期的建筑(20世紀50~80年代)分布比較普遍,建筑建設(shè)量和標準均比較低,但在設(shè)計和科研人員的共同努力下,仍然做出了很多適合佛山地區(qū)氣候特征的建筑窗口遮陽防熱設(shè)計的研究和應(yīng)用,如各種遮陽構(gòu)造、花格墻等遮陽手段,即有防雨防曬功能,又起到了一定的裝飾效果。20世紀80年代以后,華南地區(qū)大量的民用建筑特別是住宅受到歐洲和北美等國家建筑簡約主義思潮的影響,幾乎全面取消了遮陽構(gòu)造和花格墻。隨著我國建筑節(jié)能事業(yè)的開展,佛山地區(qū)的遮陽設(shè)計重新得到建筑師的重視。新材料、新穎的外遮陽形式,與建筑造型完美地結(jié)合起來。利用陽臺、雨棚作為水平遮陽構(gòu)件是最常用的形式,結(jié)合百葉外遮陽、活動遮陽等組成綜合遮陽系統(tǒng),達到更好的節(jié)能效果,豐富建筑立面效果,如圖2所示。而計算機技術(shù)的發(fā)展為遮陽設(shè)計提供了更加科學(xué)的依據(jù)。ShadePlus采用了見圖3所示的設(shè)計步驟。該設(shè)計方法同樣適用于佛山地區(qū)。
  
                                           圖2建筑外遮陽實拍圖
           t2.jpg

            t3.jpg
                               圖3建筑外遮陽設(shè)計步驟
  
  4外遮陽設(shè)計相關(guān)問題探討
  建筑外遮陽對于天然采光有兩方面的影響:一方面,外遮陽措施會減低室內(nèi)照度水平;另一方面,外遮陽可以阻擋直射陽光進入,或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為比較柔和的漫射光,避免眩光直射工作面,從而滿足人們對照明質(zhì)量的要求,減少日間人工照明的能耗。因此,如何趨利避害是外遮陽設(shè)計要考慮的重要問題。通常,外遮陽對自然通風有一定的阻擋作用,如果設(shè)置不當,會使室內(nèi)風速減弱22%~47%。而設(shè)計良好的外遮陽會對建筑通風起到一定的引導(dǎo)作用。外遮陽可能對視線造成遮擋,因此,一般來說應(yīng)慎用單純的擋板式遮陽。在外遮陽設(shè)計中考慮其對視線的遮擋,還需分析建筑物的功能要求、居住者的生活習慣等,以恰當?shù)厥褂猛庹陉柤夹g(shù)。
  5結(jié)論
  (1)對原節(jié)能率為53.35%的多層居住建筑,采用固定水平外遮陽節(jié)能率為58.82%;采用活動水平外遮陽節(jié)能率為59.20%;采用固定百葉外遮陽節(jié)能率為66.40%;采用活動百葉外遮陽最為節(jié)能,節(jié)能率可達72.67%。南向采用外遮陽效果最佳。
  (2)對原節(jié)能率為51.66%的小型辦公建筑,采用固定水平外遮陽節(jié)能率為52.87%;采用活動水平外遮陽節(jié)能率為53.22%;采用固定百葉外遮陽節(jié)能率為54.24%;采用活動百葉外遮陽節(jié)能率可達57.26%。南向采用外遮陽效果最佳。
  (3)外遮陽設(shè)計應(yīng)該綜合考慮節(jié)能、采光、通風、視線等因素。
  

文章標題:夏熱冬暖地區(qū)外遮陽建筑節(jié)能設(shè)計探討

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