不同遮陽方式對建筑能耗的研究與討論
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建筑內(nèi)遮陽
建筑內(nèi)遮陽是指遮陽裝置和控制系統(tǒng)都位于室內(nèi)的遮陽方式。內(nèi)遮陽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效果更好，因為淺色反射的太陽光多，吸收的少。由于該種遮陽方式安裝在室內(nèi)，以及使用和維護都比外遮陽方便，所以在夏天需要遮陽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)于兩種遮陽效果的研究也層出不窮。外遮陽與內(nèi)遮陽的區(qū)別在于，內(nèi)遮陽只能遮擋一部分太陽輻射，當(dāng)陽光照射到遮陽裝置上時利用長波輻射的原理把玻璃加熱，可見光和紫外線使遮陽材料溫度升高，內(nèi)遮陽與窗戶之間的空氣溫度也隨著不斷上升，促使整個室內(nèi)溫度都隨之升高。而外遮陽是戶外遮陽，當(dāng)陽光照射時，第一時間就能阻擋紫外線等強烈光線，降低了空間的負荷，大大增加了室內(nèi)家居的使用壽命，因此內(nèi)遮陽效果明顯不如外遮陽。但其優(yōu)點一是有利于房間的通風(fēng)、采光，也可根據(jù)太陽高度角和方位角的變化及遮陽要求來調(diào)節(jié);二是開啟靈活、經(jīng)濟易行、可伸縮［5］。但在實際運用時內(nèi)遮陽和外遮陽往往是結(jié)合在一起的，即采用綜合遮陽方式，兩種方式可以同時使用也可以根據(jù)不同情況分開使用。這樣不僅可以充分利用內(nèi)、外遮陽的優(yōu)點，也有很好的節(jié)能效果。
綠化遮陽
綠化遮陽是借助于樹木或者藤蔓植物等綠色植被來遮擋太陽直射的遮陽方式，特別適用于低層建筑，是一種既有效又經(jīng)濟美觀的遮陽措施。綠化遮陽通常有兩種方式:種樹和采用攀緣植物。在現(xiàn)代建筑中具體采用哪一種需根據(jù)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有條件進行選擇，需要考慮的因素有窗口朝向以及遮陽方式的限制。該種遮陽方式的明顯優(yōu)勢是植物葉片在吸收陽光后本身的溫度并未顯著提高，而采用遮陽構(gòu)件在吸收太陽能后自身溫度會顯著升高，其中一部分熱量還會向室內(nèi)傳遞。在選擇綠化遮陽時要注意以下幾個問題:1)根據(jù)實際情況選用較好的固定構(gòu)件以保證藤蔓植物的攀緣;2)防止藤蔓植物帶來的蟲害;3)選擇合適的綠化種類。另外綠色植被除滿足遮陽的要求外，還要盡量減少對采光、視線以及通風(fēng)的影響。
影響建筑遮陽的相關(guān)因素
1)當(dāng)?shù)貧夂?。眾所周知，建筑是人們生活的場所，其作用是抵御外界反?fù)變化的氣候?qū)幼≌叩挠绊?。由于我國各地區(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)致人們對遮陽方式的要求也會有所不同。如我國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)、遮陽和隔熱;而在我國的北方嚴寒地區(qū)考慮的主要因素則是保溫和防寒;而對于氣候溫和的地區(qū)，其要求又與兩者不相同。2)窗口朝向。太陽高度角和方位角每時每刻都在變化，從而使得室內(nèi)所得到的太陽輻射不盡相同，另外當(dāng)我們考慮制冷或供暖時，最大負荷所產(chǎn)生的時間不同，所以對于各個朝向的窗戶，其遮陽方式以及遮陽時間也不相同。如在我國南方地區(qū)，應(yīng)重視朝南向的窗戶遮陽，另外對于其他朝向的遮陽也不可忽略。3)遮陽形式。根據(jù)以上分析，現(xiàn)代建筑中遮陽的基本方式可分為外遮陽和內(nèi)遮陽。而內(nèi)、外遮陽又有很多種形式。當(dāng)太陽高度角較大時，水平遮陽效果較理想;在低緯度地區(qū)垂直遮陽能有效地遮擋直射陽光;綜合遮陽對不同的太陽高度角和方位角陽光的遮擋都比較有效;擋板式遮陽能夠特別有效地遮擋太陽角較小的直射陽光以及從窗口正前方射來的陽光。所以應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的遮陽方式。4)遮陽系數(shù)。遮陽系數(shù)是指太陽輻射總透射比與3mm厚普通無色透明平板玻璃的太陽輻射的比值。需要注意兩點:a．遮陽系數(shù)越小，阻擋陽光熱量向室內(nèi)輻射的性能越好;b．若某玻璃遮陽系數(shù)為0．5，不能認為玻璃能讓50%的太陽熱量進入室內(nèi)，應(yīng)理解為此玻璃能透過的太陽熱量是標(biāo)準3mm白玻璃透過熱量的50%。
1不同遮陽方式對模型建筑的能耗分析
利用EnergyPlus模擬軟件，對計算模型朝南向時的不同的建筑遮陽形式的能耗進行比較分析。從圖5～圖7中模擬結(jié)果可以分析得出以下幾個結(jié)論:1)廣州地區(qū)建筑外遮陽形式對采暖能耗幾乎沒有影響。計算模型中采用不同遮陽形式的全年單位建筑面積的采暖能耗都為10．1kWh/m2，外遮陽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不同遮陽方式對調(diào)研建筑的能耗分析
另外我們對調(diào)研的某一建筑采用不同的建筑遮陽形式后的總能耗和峰值能耗等進行比較和分析。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，遮陽裝置對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，遮陽裝置對模型建筑的采暖峰值負荷幾乎沒有影響，固定在1．7kW～2．1kW之間，遮陽裝置對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，其中采用綜合遮陽措施后空調(diào)能耗和峰值負荷最小，沒有采取任何措施最大，也就是說采用合理的遮陽方式可以顯著的減少建筑空調(diào)的能耗［6］。
現(xiàn)代遮陽設(shè)計中應(yīng)考慮的因素
窗戶遮陽是改善室內(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，因為太陽輻射對于冬季室內(nèi)采暖、提升室內(nèi)溫度是十分有利的。因此在外窗遮陽設(shè)計中應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢谩夂蛱卣?、建筑類型、建筑功能、建筑朝向、?jīng)濟技術(shù)條件等因素，選擇適宜的遮陽形式，并宜選擇外遮陽。由于在冬、夏季人們對太陽輻射的不同需求，所以不同朝向的外窗應(yīng)根據(jù)實際情況采用不同的外遮陽形式。一般東、西向外窗可采用活動式的遮陽板，這樣可以隨著不同的陽光照射進行調(diào)節(jié);而南向外窗由于一年之中所受到的日照時間較長，所以需要遮陽的時間也較長，可以考慮采用固定遮陽板。綜上所述，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c和窗口朝向來選擇遮陽形式，在建筑設(shè)計中盡可能做到以下幾點:1)遮陽應(yīng)在建筑設(shè)計中整體考慮;2)夏熱冬冷地區(qū)多采用活動遮陽方式;3)內(nèi)外遮陽相結(jié)合;4)采取投入少，節(jié)能效果明顯的遮陽措施，實現(xiàn)遮陽設(shè)計的最優(yōu)化。另外，建筑遮陽設(shè)計應(yīng)兼顧采光、通風(fēng)、視野、隔熱、散熱功能，不影響建筑冬季陽光入射。遮陽裝置力求構(gòu)造簡單、經(jīng)濟適用、耐久美觀，便于維修和清潔，與建筑固定安全可靠。
結(jié)語
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。遮陽裝置對采暖能耗和采暖峰值負荷的影響很小。2)在廣州地區(qū)遮陽裝置對空調(diào)能耗和空調(diào)峰值負荷的影響比較大，但是不同遮陽方式的影響程度不同。模擬分析表明綜合遮陽裝置的遮陽效果最好，其次是外遮陽、內(nèi)遮陽。采用合理遮陽方式可以顯著的減少建筑空調(diào)能耗。3)在遮陽設(shè)計中應(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)濟技術(shù)條件等因素，選擇適宜的遮陽形式，并宜選擇外遮陽。（本文作者：劉瑞瑞 單位：山西省建筑節(jié)能監(jiān)管中心）