不同遮陽(yáng)方式對(duì)建筑能耗的研究與討論
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建筑內(nèi)遮陽(yáng)
建筑內(nèi)遮陽(yáng)是指遮陽(yáng)裝置和控制系統(tǒng)都位于室內(nèi)的遮陽(yáng)方式。內(nèi)遮陽(yáng)的形式多樣且材料各異，目前較常用的是卷簾、風(fēng)琴簾、百褶簾、百葉簾等，材料也涉及鋁合金、布、木等，一般淺色的窗簾比深色的遮陽(yáng)效果更好，因?yàn)闇\色反射的太陽(yáng)光多，吸收的少。由于該種遮陽(yáng)方式安裝在室內(nèi)，以及使用和維護(hù)都比外遮陽(yáng)方便，所以在夏天需要遮陽(yáng)冬天需要保溫的地區(qū)應(yīng)用都比較廣泛。由此而引發(fā)的關(guān)于兩種遮陽(yáng)效果的研究也層出不窮。外遮陽(yáng)與內(nèi)遮陽(yáng)的區(qū)別在于，內(nèi)遮陽(yáng)只能遮擋一部分太陽(yáng)輻射，當(dāng)陽(yáng)光照射到遮陽(yáng)裝置上時(shí)利用長(zhǎng)波輻射的原理把玻璃加熱，可見(jiàn)光和紫外線使遮陽(yáng)材料溫度升高，內(nèi)遮陽(yáng)與窗戶之間的空氣溫度也隨著不斷上升，促使整個(gè)室內(nèi)溫度都隨之升高。而外遮陽(yáng)是戶外遮陽(yáng)，當(dāng)陽(yáng)光照射時(shí)，第一時(shí)間就能阻擋紫外線等強(qiáng)烈光線，降低了空間的負(fù)荷，大大增加了室內(nèi)家居的使用壽命，因此內(nèi)遮陽(yáng)效果明顯不如外遮陽(yáng)。但其優(yōu)點(diǎn)一是有利于房間的通風(fēng)、采光，也可根據(jù)太陽(yáng)高度角和方位角的變化及遮陽(yáng)要求來(lái)調(diào)節(jié);二是開(kāi)啟靈活、經(jīng)濟(jì)易行、可伸縮［5］。但在實(shí)際運(yùn)用時(shí)內(nèi)遮陽(yáng)和外遮陽(yáng)往往是結(jié)合在一起的，即采用綜合遮陽(yáng)方式，兩種方式可以同時(shí)使用也可以根據(jù)不同情況分開(kāi)使用。這樣不僅可以充分利用內(nèi)、外遮陽(yáng)的優(yōu)點(diǎn)，也有很好的節(jié)能效果。
綠化遮陽(yáng)
綠化遮陽(yáng)是借助于樹(shù)木或者藤蔓植物等綠色植被來(lái)遮擋太陽(yáng)直射的遮陽(yáng)方式，特別適用于低層建筑，是一種既有效又經(jīng)濟(jì)美觀的遮陽(yáng)措施。綠化遮陽(yáng)通常有兩種方式:種樹(shù)和采用攀緣植物。在現(xiàn)代建筑中具體采用哪一種需根據(jù)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有條件進(jìn)行選擇，需要考慮的因素有窗口朝向以及遮陽(yáng)方式的限制。該種遮陽(yáng)方式的明顯優(yōu)勢(shì)是植物葉片在吸收陽(yáng)光后本身的溫度并未顯著提高，而采用遮陽(yáng)構(gòu)件在吸收太陽(yáng)能后自身溫度會(huì)顯著升高，其中一部分熱量還會(huì)向室內(nèi)傳遞。在選擇綠化遮陽(yáng)時(shí)要注意以下幾個(gè)問(wèn)題:1)根據(jù)實(shí)際情況選用較好的固定構(gòu)件以保證藤蔓植物的攀緣;2)防止藤蔓植物帶來(lái)的蟲(chóng)害;3)選擇合適的綠化種類。另外綠色植被除滿足遮陽(yáng)的要求外，還要盡量減少對(duì)采光、視線以及通風(fēng)的影響。
影響建筑遮陽(yáng)的相關(guān)因素
1)當(dāng)?shù)貧夂?。眾所周知，建筑是人們生活的?chǎng)所，其作用是抵御外界反復(fù)變化的氣候?qū)幼≌叩挠绊?。由于我?guó)各地區(qū)所處的位置不同以及在地貌地形上的巨大差異，使得各地區(qū)的氣候變化很大，從而導(dǎo)致人們對(duì)遮陽(yáng)方式的要求也會(huì)有所不同。如我國(guó)南方沿海屬于夏熱冬暖地區(qū)，該地區(qū)的建筑主要考慮通風(fēng)、遮陽(yáng)和隔熱;而在我國(guó)的北方嚴(yán)寒地區(qū)考慮的主要因素則是保溫和防寒;而對(duì)于氣候溫和的地區(qū)，其要求又與兩者不相同。2)窗口朝向。太陽(yáng)高度角和方位角每時(shí)每刻都在變化，從而使得室內(nèi)所得到的太陽(yáng)輻射不盡相同，另外當(dāng)我們考慮制冷或供暖時(shí)，最大負(fù)荷所產(chǎn)生的時(shí)間不同，所以對(duì)于各個(gè)朝向的窗戶，其遮陽(yáng)方式以及遮陽(yáng)時(shí)間也不相同。如在我國(guó)南方地區(qū)，應(yīng)重視朝南向的窗戶遮陽(yáng)，另外對(duì)于其他朝向的遮陽(yáng)也不可忽略。3)遮陽(yáng)形式。根據(jù)以上分析，現(xiàn)代建筑中遮陽(yáng)的基本方式可分為外遮陽(yáng)和內(nèi)遮陽(yáng)。而內(nèi)、外遮陽(yáng)又有很多種形式。當(dāng)太陽(yáng)高度角較大時(shí)，水平遮陽(yáng)效果較理想;在低緯度地區(qū)垂直遮陽(yáng)能有效地遮擋直射陽(yáng)光;綜合遮陽(yáng)對(duì)不同的太陽(yáng)高度角和方位角陽(yáng)光的遮擋都比較有效;擋板式遮陽(yáng)能夠特別有效地遮擋太陽(yáng)角較小的直射陽(yáng)光以及從窗口正前方射來(lái)的陽(yáng)光。所以應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的遮陽(yáng)方式。4)遮陽(yáng)系數(shù)。遮陽(yáng)系數(shù)是指太陽(yáng)輻射總透射比與3mm厚普通無(wú)色透明平板玻璃的太陽(yáng)輻射的比值。需要注意兩點(diǎn):a．遮陽(yáng)系數(shù)越小，阻擋陽(yáng)光熱量向室內(nèi)輻射的性能越好;b．若某玻璃遮陽(yáng)系數(shù)為0．5，不能認(rèn)為玻璃能讓50%的太陽(yáng)熱量進(jìn)入室內(nèi)，應(yīng)理解為此玻璃能透過(guò)的太陽(yáng)熱量是標(biāo)準(zhǔn)3mm白玻璃透過(guò)熱量的50%。
1不同遮陽(yáng)方式對(duì)模型建筑的能耗分析
利用EnergyPlus模擬軟件，對(duì)計(jì)算模型朝南向時(shí)的不同的建筑遮陽(yáng)形式的能耗進(jìn)行比較分析。從圖5～圖7中模擬結(jié)果可以分析得出以下幾個(gè)結(jié)論:1)廣州地區(qū)建筑外遮陽(yáng)形式對(duì)采暖能耗幾乎沒(méi)有影響。計(jì)算模型中采用不同遮陽(yáng)形式的全年單位建筑面積的采暖能耗都為10．1kWh/m2，外遮陽(yáng)形式主要影響制冷空調(diào)能耗;2)廣州地區(qū)的建筑能耗以制冷空調(diào)能耗為主。計(jì)算模型中，一般情況下采暖能耗只有空調(diào)能耗的0．3倍左右。
2不同遮陽(yáng)方式對(duì)調(diào)研建筑的能耗分析
另外我們對(duì)調(diào)研的某一建筑采用不同的建筑遮陽(yáng)形式后的總能耗和峰值能耗等進(jìn)行比較和分析。該建筑共有一建筑面積為210m2外墻為180mm厚的實(shí)心粘土磚，內(nèi)墻為180mm厚的加氣混凝土。從圖8，圖9中可以分析得出以下幾個(gè)結(jié)論:在廣州地區(qū)的建筑能耗以制冷空調(diào)能耗為主，采暖能耗很小。從圖7可以看出，遮陽(yáng)裝置對(duì)模型建筑全年單位建筑面積采暖能耗影響很小，一般在5．9kWh/m2～9．4kWh/m2。從圖8，圖9可以得出，遮陽(yáng)裝置對(duì)模型建筑的采暖峰值負(fù)荷幾乎沒(méi)有影響，固定在1．7kW～2．1kW之間，遮陽(yáng)裝置對(duì)模型建筑全年單位建筑面積制冷空調(diào)能耗和制冷空調(diào)峰值負(fù)荷影響比較大，分別在25．2kWh/m2～38．11kWh/m2和7．1kW～9．96kW之間，其中采用綜合遮陽(yáng)措施后空調(diào)能耗和峰值負(fù)荷最小，沒(méi)有采取任何措施最大，也就是說(shuō)采用合理的遮陽(yáng)方式可以顯著的減少建筑空調(diào)的能耗［6］。
現(xiàn)代遮陽(yáng)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的因素
窗戶遮陽(yáng)是改善室內(nèi)環(huán)境，降低空調(diào)能耗的有效措施，但是在冬季應(yīng)區(qū)別看待，因?yàn)樘?yáng)輻射對(duì)于冬季室內(nèi)采暖、提升室內(nèi)溫度是十分有利的。因此在外窗遮陽(yáng)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢?、氣候特征、建筑類型、建筑功能、建筑朝向、?jīng)濟(jì)技術(shù)條件等因素，選擇適宜的遮陽(yáng)形式，并宜選擇外遮陽(yáng)。由于在冬、夏季人們對(duì)太陽(yáng)輻射的不同需求，所以不同朝向的外窗應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采用不同的外遮陽(yáng)形式。一般東、西向外窗可采用活動(dòng)式的遮陽(yáng)板，這樣可以隨著不同的陽(yáng)光照射進(jìn)行調(diào)節(jié);而南向外窗由于一年之中所受到的日照時(shí)間較長(zhǎng)，所以需要遮陽(yáng)的時(shí)間也較長(zhǎng)，可以考慮采用固定遮陽(yáng)板。綜上所述，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)和窗口朝向來(lái)選擇遮陽(yáng)形式，在建筑設(shè)計(jì)中盡可能做到以下幾點(diǎn):1)遮陽(yáng)應(yīng)在建筑設(shè)計(jì)中整體考慮;2)夏熱冬冷地區(qū)多采用活動(dòng)遮陽(yáng)方式;3)內(nèi)外遮陽(yáng)相結(jié)合;4)采取投入少，節(jié)能效果明顯的遮陽(yáng)措施，實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。另外，建筑遮陽(yáng)設(shè)計(jì)應(yīng)兼顧采光、通風(fēng)、視野、隔熱、散熱功能，不影響建筑冬季陽(yáng)光入射。遮陽(yáng)裝置力求構(gòu)造簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)適用、耐久美觀，便于維修和清潔，與建筑固定安全可靠。
結(jié)語(yǔ)
1)在廣州地區(qū)建筑能耗以空調(diào)能耗為主，采暖能耗只有空調(diào)能耗的0．3倍。遮陽(yáng)裝置對(duì)采暖能耗和采暖峰值負(fù)荷的影響很小。2)在廣州地區(qū)遮陽(yáng)裝置對(duì)空調(diào)能耗和空調(diào)峰值負(fù)荷的影響比較大，但是不同遮陽(yáng)方式的影響程度不同。模擬分析表明綜合遮陽(yáng)裝置的遮陽(yáng)效果最好，其次是外遮陽(yáng)、內(nèi)遮陽(yáng)。采用合理遮陽(yáng)方式可以顯著的減少建筑空調(diào)能耗。3)在遮陽(yáng)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢?、氣候特征、建筑類型、建筑功能、建筑朝向、?jīng)濟(jì)技術(shù)條件等因素，選擇適宜的遮陽(yáng)形式，并宜選擇外遮陽(yáng)。（本文作者：劉瑞瑞 單位：山西省建筑節(jié)能監(jiān)管中心）