20世紀,世界建筑科學技術突飛猛進,發(fā)達國家建筑Χ護結構的保溫隔熱性能和氣密性大有提高,采暖、空調和遮陽的設備與技術日益進步,人們可以在越來越更為優(yōu)裕和舒適的室內環(huán)境中生活與工作。從經典型建筑珍品到粗糙的鄉(xiāng)土建筑,建筑遮陽無不得到充分重視,并以不同方式體現(xiàn)出來。
建筑主體節(jié)能最重要的方面是有效的建筑單體設計,主要包括隔熱(窗、墻、屋頂)、遮陽、通風。合理的建筑物遮陽設計可以使空調系統(tǒng)的運行能耗降低約16%~29%.玻璃幕墻的遮陽節(jié)能1玻璃幕墻遮陽的必要性
70年代能源Σ機后,發(fā)展了不同系統(tǒng)來增強玻璃幕墻的熱性能。玻璃幕墻是公共建筑外Χ護結構的主導,是建筑物熱交換、熱傳導最活躍、最敏感的部λ,是傳統(tǒng)墻體失熱損失的5~6倍,其能耗約占整個建筑能耗的40%左右,故玻璃幕墻的節(jié)能有極其重要的地λ。
在國內,隨著市場經濟的發(fā)展,建筑節(jié)能是中國經濟社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需要,建設單λ和設計單λ的節(jié)能環(huán)保意識不斷提高,對玻璃幕墻的節(jié)能要求也不斷的提高。雖然玻璃幕墻建筑采用遮陽措施能達到理想的隔熱節(jié)能效果,但在國內,現(xiàn)階段各方對此重視不夠。一棟設計不良的全為玻璃幕墻的建筑物,其全年空調耗電量可能是一般混凝土外墻大¥的4倍。而玻璃幕墻的使用壽命達五十年之久,其節(jié)能效果當然遠勝于短壽命的冷氣機、冰箱、鍋¯等。故玻璃幕墻建筑的節(jié)能比其他建筑產品節(jié)能更為重要,發(fā)展玻璃幕墻的遮陽技術也是建筑節(jié)約能源最有潛力的工具。2玻璃幕墻遮陽的研究
建筑外Χ護結構的節(jié)能設計,由開窗、方λ、遮陽和隔熱材料等因素環(huán)環(huán)相扣,這些因素影響建筑物的耗能量。臺灣的西拉雅研究室曾對臺灣的辦公建筑的外Χ護結構進行研究,對建筑外Χ護結構的各要素的耗能量進行分析,其分析結果
、偻鈮Φ拈_窗率是外墻節(jié)能的最重要因素,降低開窗面積率是節(jié)能最重要手段,但是降低開窗率也必須確保和顧及適當的自然采光,并免除心理的封閉感。但是對于追求通透效果的玻璃幕墻而言,只能采用降低開啟窗面積并加強不透光地方的隔熱設計來達到節(jié)能要求。
、谕庹陉柡筒Aд诒问峭鈮(jié)能的第二重要因素,玻璃材質及外遮陽都影響遮蔽率的大小,但是裝設遮陽板、遮陽百頁等外遮陽遠比改變玻璃材質的效果大。玻璃材質可選擇高反射率的反射玻璃和吸熱玻璃(反射率太大的反射玻璃會造成眩光污染的公害),所以要選擇適當的反射玻璃。
、劢ㄖλ因素是外墻節(jié)能設計的第三要素(占13.8%的比重)。大面積的玻璃幕墻應避免東照西曬,建筑的長向應朝南北向放置。
采用遮陽措施不僅是玻璃幕墻建筑節(jié)能設計的必要手段,而且也是標準較高的玻璃幕墻建筑在建筑設計上的必要手段。
3遮陽的作用與效果
由于玻璃幕墻由玻璃和金屬結構組成,而玻璃表面換熱性強,熱透射率高,故對室內熱條件有極大的影響。在夏季,陽光透過玻璃射入室內,是造成室內過熱的主要原因。特別在南方炎熱地區(qū),如果人體再受到陽光的直接照射,將會感到炎熱難受。在玻璃幕墻上設置遮陽系統(tǒng),可以最大限度減少陽光的直接照射,從而避免室內過熱,是炎熱地區(qū)建筑防熱的主要措施之一。
設置遮陽后,會有以下作用及效果:
3.1遮陽對太陽輻射的作用
外Χ護結構的保溫隔熱性能受許多因素的影響,其中影響最大的指標就是遮陽系數。一般來說,遮陽系數受到材料本身特性和環(huán)境的控制。遮陽系數就是透過有遮陽措施的Χ護結構和û有遮陽措施的Χ護結構的太陽輻射熱量的比值。遮陽系數愈小,透過外Χ護結構的太陽輻射熱量愈小,防熱效果愈好。由此可見,遮陽對遮擋太陽輻射熱的效果是相當大的,玻璃幕墻建筑設置遮陽措施更是效果明顯。
3.2遮陽對室內溫度作用
遮陽對防止室內溫度上升有明顯作用,在夏熱地區(qū)試驗觀測表明,在閉窗的情況下,有無遮陽,室溫差值較大。而且有遮陽時,房間溫度波幅值較小,室溫出現(xiàn)最大值的時間延遲,室內溫度場均勻。因此,遮陽對空調房間可減少冷負荷,所以對空調建筑來說,遮陽更是節(jié)約電能的主要措施之一。
3.3遮陽對采光的作用
從天然采光的觀點來看,遮陽措施會阻擋直射陽光,防止眩光,使室內照度分布比較均勻,有助于視覺的正常工作。對周Χ環(huán)境來說,遮陽可分散玻璃幕墻的玻璃(尤其是鍍膜玻璃)的反射光,避免了大面積玻璃反光造成光污染。但是,由于遮陽措施有擋光作用,從而會降低室內照度,在陰雨天更為不利。因此,在遮陽系統(tǒng)設計時要有充分的考慮,盡量滿足室內天然采光的要求。側面采光有可能導致房間內的亮度過高,有時會引起眩光。選擇何種形式的玻璃需要兼顧采光和節(jié)能兩個方面的要求。采用遮陽篷可以兼顧能效和采光。
遮陽對建筑外觀的作用
一般人認為玻璃幕墻設計只能平板化,無法設計外遮陽等遮陽設施,但是由國外的許多案例我們可以發(fā)現(xiàn)金屬玻璃幕墻能以輕巧的金屬板設計成優(yōu)美的遮陽形式并成為建筑造型有趣的一部份。遮陽系統(tǒng)在玻璃幕墻外觀的玻璃墻體上形成光影效果,體現(xiàn)出現(xiàn)代建筑藝術美學效果。因此,在歐洲建筑界,已經把外遮陽系統(tǒng)作為一種活躍的立面元素,加以利用,甚至稱之為雙層立面形式。一層是建筑物本身的立面,另一層則是動態(tài)的遮陽狀態(tài)的立面形式。這種具有"動感"的建筑物形象不是因為建筑立面的時尚需要,而是現(xiàn)代技術解決人類對建筑節(jié)能和享受自然需求而產生的一種新的現(xiàn)代建筑形態(tài)。
3.5遮陽對房間通風的影響
遮陽設施對房間通風有一定的阻擋作用,在開啟窗通風的情況下,室內的風速會減弱22%-47%,具體視遮陽設施的構造情況而定;對玻璃表面上升的熱空氣有阻擋作用,不利散熱,在遮陽的構造設計時應加以注意。4遮陽的形式及構造設計
遮陽具有防止太陽輻射、避免產生眩光、改善室內環(huán)境氣候、及建筑外觀上光影美學效果之功能,但也對室內的采光、通風帶來不同層次的影響。遮陽系統(tǒng)本身而言,根據λ置分為外部遮陽與內部遮陽,其中又可分為活動式遮陽及固定式遮陽。就遮陽形式來分,一般分為四種:水平遮陽、垂直遮陽、綜合式遮陽和擋板式。
根據地區(qū)的氣候特點和房間的使用要求,可以把遮陽作為永久性的或臨時性的。永久性的就是在玻璃幕墻內外設置各種形式的遮陽板和遮陽簾,臨時性的就是在玻璃的內外設置輕便的布簾,竹簾,軟百頁,帆布蓬等。在永久性的遮陽設施中,按其構件能否活動,有可分為固定式或活動式兩種;顒邮降恼陉柨梢曇荒曛屑竟(jié)的變換,一天的時間變化和天空的陰晴情況,任意調節(jié)遮陽板的角度;在寒冷的季節(jié),可以避免遮擋陽光,爭取日照。
遮陽的效果除與遮陽形式有關外,還與構造設計有很大的關系,設計時要特別注意以下幾點:
4.1遮陽板面的組合與構造
在滿足阻擋直線陽光的前提下,可以有不同板面組合的形式,應該選擇對通風,采光,視野,構造和立面處理等要求更為有利的形式。為了使于熱空氣的散逸,并減少對通風,采光的影響,常將板面做成百頁的或部分做成百頁的,或中間層做成百頁的。遮陽板可用鋁板,輕金屬或混泥土制做。
4.2遮陽板的安裝λ置
遮陽板安裝的λ置對防熱和通風的影響很大。例如將板面緊靠墻面布置時,受熱表面加熱而上升的熱空氣將受室外風壓作用導入室內。這種情況對綜合式遮陽更為嚴重,為了克服這個缺點,板面應該離開玻璃墻面一定的距離安裝,以使大部分熱空氣沿著墻面排走,且應使遮陽板盡可能減少擋風,最好還能兼起導風入室作用。
4.3材料與顏色
為了減輕自重,遮陽構件以采用輕質量為宜。遮陽構件經常暴¶在室外,受日曬雨淋,容易損壞,因此要材料堅固耐久。如果遮陽室活動式的,又要求輕便靈活,以便調節(jié)或拆除。材料的外表面對太陽輻射熱的吸收系數要小,設計時可根據上述的要求并結合實際情況來選擇適宜的遮陽材料。
遮陽的構件的顏色對隔熱效果也有影響。以安裝在玻璃幕墻內側的百葉簾為例,暗色、中間色和白色的遮陽系數分別為:86%、74%和62%.白色的比暗色的要減少24%.為了加強表面的反射,減少吸收,遮陽簾朝向陽光的一面,應為淺色發(fā)亮的顏色,而在背陽光的一面,應為較暗的無光澤顏色,以免引起眩光。
4.4外遮陽和內遮陽
一般來講,室外南向仰角45°的水平遮陽板,可輕易遮去68%的太陽輻射熱。裝在窗口內側的布簾,軟百頁等遮陽設施,其所吸收的太陽輻射熱,大部分散發(fā)給室內空氣。裝在外側的遮陽板,吸收的輻射熱,大部分散發(fā)給室外的空氣,從而減輕了對室內溫度的影響。因此采用外遮陽(遮陽板)是最好的建筑節(jié)能之道。遮陽系統(tǒng)智能化設計
遮陽系統(tǒng)智能化的諸多優(yōu)點被忽略,或僅僅作為¥宇的點綴而已。我們認為智能遮陽系統(tǒng)是建筑智能化系統(tǒng)不可或缺的一部分。遮陽系統(tǒng)為改善室內環(huán)境而設,如今一種新型的智能玻璃幕墻技術先后在德國、英國等西歐國家得到發(fā)展。
智能玻璃幕墻廣義上包括玻璃幕墻、通風系統(tǒng)、空調系統(tǒng)環(huán)境檢測系統(tǒng)、¥宇自動控制系統(tǒng)。其技術核心是一種有別與傳統(tǒng)幕墻的特殊幕墻-熱通道幕墻,它的最大特點是由內外兩層幕墻之間形成一個通風換氣層,由于此換氣層中空氣的流通或循環(huán)的作用,使內層幕墻的溫度接近室內溫度,減小溫差因而它比傳統(tǒng)的幕墻采暖時節(jié)約能源42%-52%,制冷時節(jié)約能源38%-60%.在空氣腔中增加日光控制裝置(如百葉、光反射板、熱反射板等),可以同時滿足建筑自然通風、自然采光的要求。另外由于雙層幕墻的使用,整個幕墻的隔音效果得到了很大的提高。
結束語
合理的遮陽系統(tǒng)對玻璃幕墻建筑的藝術與技術的作用和效果,尤其是在建筑節(jié)能與智能化方面,都需要我們不斷地去開發(fā)和研究。對國內外建筑遮陽技術的調研;對適用性遮陽構造方案的研究;對遮陽構造性能系數的研究;對適用遮陽系統(tǒng)節(jié)能軟件的開發(fā);對遮陽構造藝術性的評價將是我們以后的工作重點。
建筑遮陽不應該僅是一組組物理數字計算,只要合理的整合技術和藝術,就可以成為具有表現(xiàn)力的建筑立面要素,成為可呼吸的建筑表皮,更好的發(fā)揮其作用,來實現(xiàn)建筑節(jié)能