淺析建筑構(gòu)件遮陽(yáng)系數(shù)確定中存在的問(wèn)題

申請(qǐng)免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

    摘要：  在夏季 ,通過(guò)窗戶進(jìn)入室內(nèi)的空調(diào)負(fù)荷主要來(lái)自太陽(yáng)輻射。采用減少外窗縫隙的空氣滲透或者減少外窗的傳熱系數(shù)等手段來(lái)降低外窗的負(fù)荷和能耗 ,作用很有限 ,必須采取有效的遮陽(yáng)措施 ,來(lái)遮擋太陽(yáng)輻射照度。
       
1.建筑構(gòu)件遮陽(yáng)系數(shù)的確定方法
在夏季 ,通過(guò)窗戶進(jìn)入室內(nèi)的空調(diào)負(fù)荷主要來(lái)自太陽(yáng)輻射。采用減少外窗縫隙的空氣滲透或者減少外窗的傳熱系數(shù)等手段來(lái)降低外窗的負(fù)荷和能耗 ,作用很有限 ,必須采取有效的遮陽(yáng)措施 ,來(lái)遮擋太陽(yáng)輻射照度。
綜合遮陽(yáng)系數(shù)是玻璃遮蔽系數(shù)與窗戶內(nèi)外遮陽(yáng)的遮陽(yáng)系數(shù)的乘積。其中 ,計(jì)算建筑外遮陽(yáng)對(duì)透過(guò)窗戶 玻璃幕墻 進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱量是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題。太陽(yáng)在天空中按既定的軌道運(yùn)行 ,它的高度和方位角每時(shí)每刻都在不斷變化 ,室外的氣象條件也不穩(wěn)定 ,造成太陽(yáng)輻射強(qiáng)度隨時(shí)間不斷變化 ,使建筑外遮陽(yáng)在窗 幕墻 面上的輻射照度極不相同。建筑外遮陽(yáng)對(duì)直射輻射和散射的遮蔽作用也是不同的 ,因此 ,存在多種外遮陽(yáng)系數(shù)的確定方法 ,也沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。GB50189 - 2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 》中采用的外遮陽(yáng)系數(shù)確定方法 ,是利用建筑能耗模擬計(jì)算程序進(jìn)行模擬計(jì)算而得到計(jì)算遮陽(yáng)系數(shù)方程的系數(shù)，其計(jì)算過(guò)程如下。
1.1建立回歸方程
水平遮陽(yáng)板外遮陽(yáng)系數(shù):
SD H= a H OPF2 + b H OPF + 1
垂直遮陽(yáng)板外遮陽(yáng)系數(shù):
SD N= a N SPF2 + b N SPF +1
式中 　OPF =A /B———表示水平遮陽(yáng)板的外挑系數(shù)
SPF =A /B———表示垂直遮陽(yáng)板的外挑系數(shù)
 
只要確定了回歸系數(shù) aH , b H,某一地理位置某一朝向建筑外遮陽(yáng)的遮陽(yáng)系數(shù) ,即可用回歸方程確定。
1.2確定回歸系數(shù) aH , b H
確定的方法是通過(guò)建筑能耗模擬計(jì)算程序DOE - 2代替實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行模擬計(jì)算。假設(shè)一個(gè)建筑基本模型如圖 2所示 ,此模型在外遮陽(yáng)系數(shù)分析時(shí), 只考慮單獨(dú)的水平遮陽(yáng)或垂直遮陽(yáng)。然后輸入氣象資料對(duì)建筑物進(jìn)行全年動(dòng)態(tài)能量模擬分析,并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算 ,將計(jì)算出來(lái)的多組 SD值和 OPF（SPF）值代入回歸方程而得到相關(guān)系數(shù)aH , bH。
 
2.存在問(wèn)題及其對(duì)遮陽(yáng)系數(shù)的影響分析
2.1存在問(wèn)題
首先 ,為了減少計(jì)算的參數(shù) ,所假設(shè)的建筑模型中 ,水平遮陽(yáng)板的板寬同窗口寬度 ,且兩端對(duì)齊;垂直遮陽(yáng)板的板高同窗口高度 ,兩端對(duì)齊 ,未考慮水平遮陽(yáng)板兩邊挑出窗口的距離和垂直遮陽(yáng)板挑出窗口上沿高度對(duì)遮陽(yáng)效果產(chǎn)生的影響。其次 ,全國(guó)有不同類型的氣候地區(qū) ,有的需要遮陽(yáng)減少空調(diào)能耗 ,有的卻需要減少遮陽(yáng)以減少采暖能耗 ,也有的既需要空調(diào)降溫 ,又需要采暖升溫 ,這就需要處理建筑遮陽(yáng)時(shí)兼顧不同的需要。在外遮陽(yáng)研究時(shí) ,應(yīng)該按空調(diào)和采暖計(jì)算期 ,對(duì)外遮陽(yáng)的遮陽(yáng)系數(shù)進(jìn)行分別計(jì)算。然而 ,在《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 》中所提供的計(jì)算系數(shù) aH , bH ,是考慮固定外遮陽(yáng)在整個(gè)采暖期和空調(diào)期對(duì)進(jìn)入室內(nèi)太陽(yáng)輻射得熱影響的一個(gè)平均折減 ,不能分別反映空調(diào)計(jì)算期和采暖計(jì)算期對(duì)遮陽(yáng)系數(shù)的不同要求。
2.2水平遮陽(yáng)板兩邊出挑對(duì)遮陽(yáng)系數(shù)的影響分析
陰影角規(guī)圖畫(huà)出了從某個(gè)觀察點(diǎn)所看到的被產(chǎn)生陰影的遮陽(yáng)板所遮擋的天空 ,能直觀地反映遮陽(yáng)板的遮陽(yáng)效果。本文用繪制遮陽(yáng)板陰影角規(guī)圖的方法 ,來(lái)分析出挑對(duì)遮陽(yáng)效果的影響。如圖 3所示 ,水平遮陽(yáng)板 A兩邊不出挑 ,板寬與窗口寬度相同 ,遮陽(yáng)板 B與 A的寬度尺寸相同只是板長(zhǎng)的兩邊出挑 ,假設(shè)出挑長(zhǎng)度 m = 300mm。從窗戶最低點(diǎn) P點(diǎn)的陰影角規(guī)圖可以看到 ,遮陽(yáng)板兩端出挑帶來(lái)的遮陽(yáng)效果增益是相當(dāng)明顯的。同時(shí) ,從陰影角規(guī)圖可以看出 ,水平遮陽(yáng)板的長(zhǎng)寬比越大 ,兩端出挑帶來(lái)的遮陽(yáng)增益越小 ,即應(yīng)有適宜的長(zhǎng)寬比。
 
2.3垂直遮陽(yáng)板上端出挑對(duì)遮陽(yáng)系數(shù)的影響分析
如圖 4所示 ,垂直遮陽(yáng)板 C兩端不出挑 ,板高與窗口高度相同 ,遮陽(yáng)板 D與 C的寬度尺寸相同 , 只是板高上端出挑 ,假設(shè)出挑高度 n =300mm。圖4下左圖是垂直遮陽(yáng)板板高無(wú)限高時(shí) ,窗戶最低點(diǎn) Q點(diǎn)的陰影角規(guī)圖;圖 4下中圖是垂直遮陽(yáng)板寬度無(wú)限寬時(shí) Q點(diǎn)東南天空的陰影角規(guī)圖;圖 4下右圖是遮陽(yáng)板 C和 D的陰影角規(guī)圖。從 3個(gè)圖中可以看出 ,遮陽(yáng)板出挑板高的 1/5,也有一些遮陽(yáng)增益。但若垂直遮陽(yáng)板的高寬比越大 ,上端出挑所帶來(lái)的增益越小 ,即應(yīng)有適合的高寬比。
 
陰影角規(guī)圖分析表明,寬長(zhǎng)比越接近 1的水平遮陽(yáng)板和垂直遮陽(yáng)板 ,增加兩邊出挑 ,對(duì)遮陽(yáng)效果的增益越明顯。
2.4空調(diào)期和采暖期對(duì)遮陽(yáng)系數(shù)的不同要求
在夏季 ,采取窗口外遮陽(yáng)措施 ,是改善住宅室內(nèi)熱環(huán)境、降低空調(diào)能耗的一個(gè)重要措施 ,但在冬季，太陽(yáng)輻射對(duì)于室內(nèi)熱環(huán)境卻是非常有利的。因此, 外窗遮陽(yáng)設(shè)計(jì)在考慮夏季遮蔽太陽(yáng)輻射的同時(shí) ,也要兼顧冬季對(duì)太陽(yáng)輻射的需求。
在具體設(shè)計(jì)遮陽(yáng)板的過(guò)程中 ,始終是遵循利用冬、夏季太陽(yáng)高度角不同這一原則。其最理想的情況如圖 5所示。圖 5中采暖季太陽(yáng)高度角最高的情況下 ,太陽(yáng)射線恰好照射到窗戶的上沿。這樣 ,就可以在任意情況下保證采暖季的滿窗日照。同時(shí) ,在空調(diào)季太陽(yáng)高度角最低的情況下 ,太陽(yáng)射線恰好照射到窗戶的下沿 ,這樣 ,就可以在任意情況下保證空調(diào)季的滿窗遮陽(yáng)。上述情況 ,是在設(shè)計(jì)遮陽(yáng)板尺寸時(shí)所希望達(dá)到的最佳狀況。但經(jīng)計(jì)算 ,為達(dá)到上述要求 ,遮陽(yáng)板寬度過(guò)寬 約（1. 7 m） ,同時(shí) ,遮陽(yáng)板到窗戶上沿的距離也過(guò)長(zhǎng) ,在實(shí)際中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。由于上述情況 ,在設(shè)計(jì)遮陽(yáng)板尺寸時(shí) ,只能盡量兼顧夏季的遮陽(yáng)和冬季的日照。
 
為了方便計(jì)算 ,《標(biāo)準(zhǔn) 》中所提供的計(jì)算系數(shù)aH , b H ,是考慮固定外遮陽(yáng)在整個(gè)采暖期和空調(diào)期對(duì)進(jìn)入室內(nèi)太陽(yáng)輻射得熱影響的一個(gè)平均折減。折減之前 ,回歸系數(shù)aH , b H有采暖期和空調(diào)期兩個(gè)值。現(xiàn)以上海地區(qū)為例 ,來(lái)分析空調(diào)期和采暖期不同時(shí)期的遮陽(yáng)系數(shù)情況。上海屬于夏熱冬冷地區(qū) ,需要同時(shí)兼顧夏天降溫和冬天采暖 ,其南向水平遮陽(yáng)板采暖期的回歸系數(shù)分別為aH = 0. 4691, bH=-0.7886; 空調(diào)期的回歸系數(shù)分別為aH=0.3368, bH=-0.7995。根據(jù)遮陽(yáng)系數(shù)回歸方程 ,做出南向水平遮陽(yáng)板采暖期的 Sd .OPF圖和空調(diào)期的Sd .OPF圖,如圖 6所示。從圖中可以看出,當(dāng) OPF = 1. 2時(shí),空調(diào)期的外遮陽(yáng)系數(shù)最小,夏天遮蔽太陽(yáng)輻射能最多; 當(dāng) OPF =1. 7時(shí),采暖期遮陽(yáng)系數(shù)為 1,開(kāi)始出現(xiàn)滿窗照射。
 
圖 6較直觀地反映了 OPF值變化時(shí)相應(yīng)的采暖期和空調(diào)期外遮陽(yáng)系數(shù)的變化關(guān)系,現(xiàn)實(shí)中 OPF取值在 1. 2～1. 7的范圍內(nèi), OPF值越接近 1. 2,夏季遮擋太陽(yáng)輻射的效果越好, OPF值越接近 1. 7,冬天獲得太陽(yáng)輻射的效果越好,設(shè)計(jì)者可以根據(jù)不同的遮陽(yáng)需要,選擇合適的 OPF值。
3.結(jié)語(yǔ)
外遮陽(yáng)系數(shù)確定方法雖然多樣 ,但無(wú)論是哪種方法 ,目的只有兩個(gè):一是方便建筑師設(shè)計(jì);二是客觀全面地反映遮陽(yáng)效果。通過(guò)計(jì)算圖表的分析 ,筆者認(rèn)為 ,遮陽(yáng)系數(shù)確定過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意以下問(wèn)題。
（1） 水平遮陽(yáng)板兩端出挑和垂直遮陽(yáng)板上端出挑對(duì)遮陽(yáng)系數(shù)的影響是明顯的 ,且出挑距離越大 ,遮陽(yáng)效果越好。建筑設(shè)計(jì)中 ,應(yīng)根據(jù)建筑立面的設(shè)計(jì), 確定適宜的出挑長(zhǎng)度。
（2） 空調(diào)期和采暖期對(duì)遮陽(yáng)系數(shù)有不同要求: 嚴(yán)寒地區(qū) ,應(yīng)優(yōu)先考慮采暖期的日照要求;夏熱冬暖地區(qū) ,應(yīng)優(yōu)先考慮空調(diào)期的遮陽(yáng)要求;夏熱冬冷地區(qū) ,應(yīng)同時(shí)兼顧空調(diào)期和采暖期的日照要求。