導(dǎo)語(yǔ)：住宅建筑遮陽(yáng)設(shè)計(jì)管理論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：合理的遮陽(yáng)是暖通空調(diào)領(lǐng)域節(jié)能的一個(gè)有效途徑。本文是根據(jù)天津地區(qū)典型氣象年的氣象資料，對(duì)天津地區(qū)住宅建筑南向遮陽(yáng)板的構(gòu)型尺寸進(jìn)行研究。通過(guò)考慮夏冬兩季遮蔽太陽(yáng)能的差值，給出了遮陽(yáng)板合理的安裝位置和構(gòu)型尺寸的推薦值。

關(guān)鍵詞：遮陽(yáng)板太陽(yáng)輻射能耗

1前言

太陽(yáng)對(duì)于建筑的影響體現(xiàn)在建筑熱環(huán)境、采光、空調(diào)采暖能耗以及建筑周?chē)植课夂虻确矫?。在建筑的供暖、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，太陽(yáng)輻射對(duì)供暖、空調(diào)負(fù)荷有重要的影響。因此，合理的遮陽(yáng)就成為暖通空調(diào)領(lǐng)域節(jié)能的一個(gè)有效途徑[1]。

遮陽(yáng)措施概括起來(lái)可分為三類(lèi)：利用綠化的遮陽(yáng)、結(jié)合建筑構(gòu)件處理的遮陽(yáng)、專(zhuān)門(mén)設(shè)置的遮陽(yáng)。專(zhuān)門(mén)設(shè)置的遮陽(yáng)又包括：水平外遮陽(yáng)、垂直外遮陽(yáng)、百葉內(nèi)遮陽(yáng)、內(nèi)遮陽(yáng)加鍍膜、活動(dòng)百葉外遮陽(yáng)等。遮陽(yáng)板屬于水平外遮陽(yáng)。本文以天津地區(qū)典型氣象年氣象資料為依據(jù)，對(duì)天津地區(qū)住宅建筑南向墻遮陽(yáng)板的構(gòu)造進(jìn)行建模分析，對(duì)遮陽(yáng)板在不同構(gòu)型尺寸條件下所能遮擋的能耗值進(jìn)行編程計(jì)算。在遮陽(yáng)板寬度w、遮陽(yáng)板到窗戶(hù)上沿距離d取不同值的條件下，通過(guò)遮陽(yáng)板在夏季遮蔽的能量與冬季遮蔽的能量的差值Es-Ew來(lái)評(píng)價(jià)遮陽(yáng)板構(gòu)型尺寸的好壞。同時(shí)給出在不同d、w情況下，對(duì)應(yīng)Es-Ew的曲線，以供設(shè)計(jì)時(shí)參考。

2氣象數(shù)據(jù)分析

氣象參數(shù)是影響建筑室內(nèi)熱環(huán)境和供暖空調(diào)能耗的一個(gè)主要因素。本文的氣象資料取自中國(guó)建筑科學(xué)研究院與美國(guó)勞倫斯.伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行技術(shù)合作共同開(kāi)發(fā)的26個(gè)中國(guó)城市的典型氣象年（TMY）逐時(shí)氣象資料。典型氣象年由12個(gè)典型氣象月組成，它們的選擇原則如下：所選月份應(yīng)是其氣象參數(shù)與16年（1982-1997）平均值最為接近的月份。月與月之間的一些氣象參數(shù)應(yīng)該變化平滑沒(méi)有突變。

本文所用到的天津地區(qū)典型氣象年氣象資料中，各典型氣象月所取自的年份見(jiàn)下表：

月份

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

年份

88

87

92

85

88

82

91

87

93

88

89

90

為了對(duì)遮陽(yáng)板進(jìn)行能耗計(jì)算時(shí)方便，在已獲得的氣象資料數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上用MATLAB軟件對(duì)其每天的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，并用擬合取得的表達(dá)式的系數(shù)構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)文件，從而為遮陽(yáng)板的能耗分析提供數(shù)據(jù)。

3南向墻遮陽(yáng)板構(gòu)型設(shè)計(jì)

窗戶(hù)遮陽(yáng)設(shè)計(jì)有避免日照和爭(zhēng)取日照兩個(gè)方面的要求。當(dāng)夏季室外氣溫較高時(shí)，為防止陽(yáng)光射入室內(nèi)，應(yīng)使窗口處于遮陽(yáng)構(gòu)件的陰影之中；在冬季室外氣溫較低時(shí)，應(yīng)爭(zhēng)取陽(yáng)光照射到室內(nèi)，以提高室內(nèi)溫度。因此適當(dāng)選擇遮陽(yáng)構(gòu)件和遮陽(yáng)尺寸，是遮陽(yáng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一。太陽(yáng)照射在南墻面時(shí)，高度角較高，故在南向及接近南向的窗口上，宜設(shè)置水平式遮陽(yáng)板。這種遮陽(yáng)能形成很大的遮陽(yáng)區(qū)，在降低南墻表面溫度和防止陽(yáng)光直射窗口方面能達(dá)到很好的遮陽(yáng)效果。下面主要對(duì)南向墻水平遮陽(yáng)板進(jìn)行建模分析。

3.1數(shù)學(xué)模型的建立

南向墻遮陽(yáng)板的數(shù)學(xué)模型如圖1：

圖1南向墻遮陽(yáng)板的數(shù)學(xué)模型

窗口上遮陽(yáng)板的寬度w與遮陽(yáng)板距窗戶(hù)上沿的距離d之間關(guān)系：

在圖1中，遮陽(yáng)板寬度W=ac=bd

遮陽(yáng)板到窗戶(hù)下沿的距離H=d+hw

H=aa′bc=ac×secγcc′=b′c′tgh

bc=b′c′

則cc′=ac×secγ×tgh

H=W×secγ×tgh=W/(cosγ×ctgh)(3-1)

式中：hw——窗戶(hù)高度（本文主要針對(duì)住宅建筑，取1.5m）

γ——太陽(yáng)方位與墻面法線的夾角

h——太陽(yáng)高度角

由于現(xiàn)在的住宅建筑較以往更重視采光，窗戶(hù)面積即窗墻比明顯增大。在這種情況下水平遮陽(yáng)板可連成一條。在單個(gè)窗戶(hù)的遮陽(yáng)板設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，如圖1所示只能實(shí)現(xiàn)半窗遮陽(yáng)。如需要滿(mǎn)窗遮陽(yáng)，還需求出水平板兩端的延伸長(zhǎng)度。由于同層同朝向各個(gè)窗戶(hù)的遮陽(yáng)板連接成一體，故在單個(gè)窗戶(hù)遮陽(yáng)板長(zhǎng)度計(jì)算時(shí)其長(zhǎng)度認(rèn)為無(wú)限長(zhǎng)，不需要考慮端部延伸的問(wèn)題。

由以上建立的數(shù)學(xué)模型可以看出，我們應(yīng)該利用冬、夏兩季太陽(yáng)高度角、方位角的變化，最大限度地增大夏季遮擋的太陽(yáng)能量Es,減少冬季遮擋的太陽(yáng)能量Ew。在Es-Ew取最大值時(shí)遮陽(yáng)板的W、d即為適合天津地區(qū)住宅建筑南向墻遮陽(yáng)板的最佳尺寸。

3.2具體研究方法的確定

在遮陽(yáng)板的設(shè)計(jì)中，我們始終是遵循利用冬、夏季太陽(yáng)高度角不同這條原則。其最理想的情況如圖2所示：

在圖中采暖季太陽(yáng)高度角最高的情況下，太陽(yáng)射線恰好照射到窗戶(hù)的上沿。這樣就可以在任意情況下保證采暖季的滿(mǎn)窗照射。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(hù)的下沿，這樣就可以在任意情況下保證空調(diào)季的滿(mǎn)窗遮陽(yáng)。上述情況是我們?cè)谠O(shè)計(jì)遮陽(yáng)板尺寸時(shí)所希望達(dá)到的最佳情況。但經(jīng)計(jì)算，為達(dá)到上述要求，遮陽(yáng)板長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)（約1.7米），同時(shí)導(dǎo)致遮陽(yáng)板到窗戶(hù)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，我們?cè)谠O(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。由于天津地區(qū)氣候的特點(diǎn)在近些年發(fā)生了一些變化，夏季持續(xù)高溫時(shí)間明顯增長(zhǎng)，冬季最低溫度也有所下降，氣候類(lèi)型趨近于夏熱冬冷型。本文在遮陽(yáng)板寬度w、遮陽(yáng)板到窗戶(hù)上沿距離d取不同值的條件下，通過(guò)遮陽(yáng)板在夏季遮蔽的能量與冬季遮蔽的能量的差值Es-Ew來(lái)判斷遮陽(yáng)板尺寸的好壞。同時(shí)給出由在不同d、w情況下，對(duì)應(yīng)Es-Ew的曲線，以供設(shè)計(jì)時(shí)參考。

通過(guò)分析可知，遮陽(yáng)板所遮蔽的太陽(yáng)能量是水平面上太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度、日期和時(shí)間的函數(shù)。

3.3計(jì)算結(jié)果及分析

為形象起見(jiàn)，本文只給出由具體計(jì)算結(jié)果生成的數(shù)據(jù)圖（圖3、圖4）。

圖3遮陽(yáng)板在夏、冬季遮蔽的太陽(yáng)輻射能量差（三維）

圖4遮陽(yáng)板在夏、冬季遮蔽的太陽(yáng)輻射能量差（二維放大）

經(jīng)計(jì)算證明，要達(dá)到上述這種最佳的遮陽(yáng)效果，遮陽(yáng)板的長(zhǎng)度至少要在1.7米以上，而且遮陽(yáng)板到窗戶(hù)上沿的距離也在1米以上。一般住宅建筑的層高在3米以下，而且新建房型多采用1.8米的大窗，再加上一些戶(hù)型將空調(diào)架設(shè)置在南向，因此給遮陽(yáng)板的可調(diào)節(jié)空間很小。另外，從建筑美學(xué)的角度來(lái)看，遮陽(yáng)板的寬度也不宜過(guò)長(zhǎng)。

從圖中可以看出，d在取0.5m以上的情況下，遮陽(yáng)板遮蔽的能量曲線趨于平緩。其總的變化趨勢(shì)是w、d的值越大，遮陽(yáng)效果越好。但遮陽(yáng)板的寬度一般不宜過(guò)長(zhǎng)，一般小于1米。從圖中曲線可以看出，每條曲線取最大值時(shí),d、w的值比較接近。這樣在w不超過(guò)1米的前提下，可同時(shí)保證d值不大于1米。這樣的距離對(duì)于住宅建筑是可行的。

4結(jié)論

通過(guò)以上分析計(jì)算，可以得到如下結(jié)論：

1外遮陽(yáng)相對(duì)于內(nèi)遮陽(yáng)來(lái)講，能夠更為有效的遮蔽太陽(yáng)輻射能量。外遮陽(yáng)裝置本身吸收的太陽(yáng)輻射熱量大部分以對(duì)流散熱的方式排入室外，從而有效地避免了內(nèi)遮陽(yáng)的這一缺陷。

2對(duì)于南向或接近南向的窗口上，由于太陽(yáng)照射時(shí)的高度角較高，宜設(shè)置水平式遮陽(yáng)板遮陽(yáng)。這種遮陽(yáng)能形成很大的遮陽(yáng)區(qū)，在降低南墻表面溫度和防止陽(yáng)光直射窗口方面能達(dá)到很好的遮陽(yáng)效果。

3遮陽(yáng)板作為南向或接近南向窗口上的遮陽(yáng)設(shè)備，綜合考慮建筑節(jié)能、建筑物美觀、遮陽(yáng)板自身材料及住宅建筑的層高等多種因素，其寬度w宜取在0.6～1.0m之間,遮陽(yáng)板距窗戶(hù)上沿距離d相應(yīng)取0.5～0.9m之間，全年遮陽(yáng)節(jié)能為80～110MJ/m2。

總之，遮陽(yáng)板是一種簡(jiǎn)單可行的建筑節(jié)能方式，不同地區(qū)在不同的氣象條件下，遮陽(yáng)板的適用尺寸和節(jié)能情況有待于進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

[1]楊斌.天津地區(qū)住宅建筑南向墻遮陽(yáng)板構(gòu)型設(shè)計(jì)及節(jié)能潛力分析,[碩士學(xué)位論文]，天津：天津大學(xué)，2003，4.

[2]郎四維，建筑能耗分析逐時(shí)氣象資料的開(kāi)發(fā)研究，暖通空調(diào)，2002，4：1～5

[3]吉林省建筑設(shè)計(jì)院編，建筑日照設(shè)計(jì)，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1979：180~181