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【同辰原创】遮阳设计与建筑能耗的“奇妙”关系

  • 时间:2024-02-23
  • 作者:同辰建筑
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影响建筑节能效果的因素除了建筑布局、景观绿化、朝向、日照、造型体形、窗墙比、保温隔热、采光通风等。还有一个比较重要的因素是建筑遮阳。


外窗是建筑围护结构中的开口部位,通过外窗损失的空调、采暖、照明能耗占到建筑围护结构能耗的一半以上。在夏季炎热地区,通过外窗的太阳辐射是造成空调能耗大和室内热环境不良的最主要因素,而建筑遮阳设施就是改善这一问题的主要措施,对建筑能耗的影响非常重要。随着建筑技术的不断发展,遮阳技术和产品也在不断的变化和发展中,材料方面从以前的混凝土板和木板为主,到现在各类金属遮阳板、遮阳玻璃等材料并行。位置方面除了以前常见的外遮阳、内遮阳,又出现了在双层玻璃中间的遮阳百叶。控制方式上以前外遮阳多为固定,内遮阳多为手动百叶,现在各类遮阳板都基本可以活动,甚至出现了智能控制方式。


节能规范对建筑遮阳的要求也是越来越严。以夏热冬暖地区为例,在2003年的夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准中,规定综合遮阳大概在0.3~0.9这个范围。而在2022年的建筑节能与可再生能源利用通用规范中综合遮阳被规定在0.23~0.4(SHGC 0.2~0.35)这个范围。有了非常大的提升。另外居住建筑的东、西向外窗必须采取建筑外遮阳措施,外遮阳系数不应大于0. 8(强条)。






遮阳的措施主要分为三类


01、利用绿化的遮阳:


对于低层建筑来说,绿化遮阳是一种既有效又经济美观的遮阳措施。绿化遮阳可以通过在窗外一定距离种树,也可以通过在窗外或阳台上种植攀援植物实现对外窗或墙面的遮阳,还有屋顶花园等形式。落叶树木可以在夏季提供遮阳,常青树可以整年提供遮阳。植物还能通过蒸发周围的空气降低地面的反射。常青的灌木和草坪也能很好地降低地面反射和建筑反射。


△ 建筑外窗植物遮阳


△ 建筑外墙植物遮阳


△ 建筑屋面植物遮阳




02、结合建筑构件处理的窗口遮阳:


遮阳的基本形式可分为水平式、垂直式、综合式和挡板式。


★ 水平式遮阳:能够有效地遮挡高度角较大的、从窗口上方投射下来的阳光。故它适用于接近南向的窗口或低纬度地区的北向附近的窗口。



△ 水平式遮阳



★ 垂直式遮阳:能够有效地遮挡高度角较小的、从窗侧斜射过来的阳光。但对于高度角较大的、从窗口上方投射下来的阳光,或接近日出、日没时平射窗口的阳光,它不起遮挡作用。故垂直式遮阳主要适用于东北、北河西北向附近的窗口。单纯的垂直遮阳影响建筑美观,因此垂直遮阳常常和其他遮阳形式结合。



★ 综合式遮阳:能够有效地遮挡外窗上方或左右两侧的太阳光照射。故它主要适用于东南或西南向附近的窗口。



△ 综合式遮阳



★ 挡板式遮阳:为设置在窗口前方并与窗面平行的挡板(或花格等)遮阳方式。因为影响外观和开启,所以并不多见。



03、玻璃自遮阳:


★ 不同的玻璃,其遮阳能力有较大差别,一般来说,三玻比双玻或单玻遮阳系数低,多银比单银和透明玻璃遮阳系数低。遮阳(或太阳辐射总投射比)越低的玻璃其价格越贵。



★ 如果说以上的玻璃无法满足有些特殊建筑的遮阳需求,那么内置百叶玻璃将是不错的选择。内置百叶通过电动遥控可以变换百叶片的遮阳角度,可以在冬季让太阳充足的照射进室内,也可以在夏天将太阳光绝大部分隔绝于室外。如下,百叶收起时遮阳系数为0.55。百叶展开时遮阳系数为0.20。做到根据业主的需求随时调控遮阳系数。







建筑遮阳与建筑能耗的关系


建筑遮阳与建筑能耗的关系。我们以一个常规住宅项目为例,以《建筑节能与可再生能源利用通用规范》为标准。在其他外围护结构热工性能不变和单纯改变外窗综合遮阳系数情况下。来研究深圳(夏热冬暖地区)、昆明(温和地区)、长沙(夏热冬冷地区)、西安(寒冷地区)外窗综合遮阳系数与建筑能耗的关系。



△ 平面图及模型外观









从以上四个地区的计算对比,我们不难发现:


★ 位于夏热冬暖地区的城市降低外窗遮阳系数一定会减少设计建筑能耗值。而其他地区降低外窗遮阳系数反而增加设计建筑能耗值。我们可以发现这和城市与北回归线的相对位置有重要关系。当国内城市位于北回归线以南时,其建筑外窗遮阳和建筑能耗的关系可参考深圳地区的总结。当国内城市位于北回归线以北时,其建筑外窗遮阳和建筑能耗的关系可参考其他对应案例地区的总结。(北回归线又名夏至线,是太阳在北半球能够垂直射到的离赤道最远的位置,是一条重要纬线,大约在北纬23°26′的地方。)


★ 所有地区降低外窗遮阳系数一定会增加参照建筑和设计建筑能耗的差值,对节能验算更有利。



▌作者:同辰建筑 周海涛

▌本文仅代表作个人分析总结,仅供参考

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