建筑熱環(huán)境論文

1、淺析建筑遮陽在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的作用淺析建筑遮陽在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的作用論文摘要：建筑能耗日益增加的今天，節(jié)能設(shè)計(jì)已經(jīng)提上議案，而建筑遮陽設(shè)計(jì)正是其中的重點(diǎn)之一。在設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮建筑所處地域的多方面因素,選用不一樣的遮陽方式，使得建筑物遮陽設(shè)計(jì)既符合建筑造型和使用功能要求,又滿高質(zhì)量的室內(nèi)健康環(huán)境需求，更能起到建筑節(jié)能的多方位設(shè)計(jì)理念。關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能 建筑遮陽 建筑室內(nèi)環(huán)境一、 建筑節(jié)能的意義與定義建筑使用的過程中所消耗的能量，即通常說的建筑能耗，在所有能耗中占很大的比例。中國在改革開放后，在20年里建筑總量達(dá)到了105.6億，預(yù)計(jì)2020年還將新建建筑面積300億.但是，目前中國建筑中，95

2、%以上都是高能耗建筑。92年建筑能耗占總能耗的15%，00年為27.5%，2020年甚至可能達(dá)到40%，如果加上材料的能耗，建筑能耗可能更多。所以國家提出了居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)：第一階段 1996年改造 能耗減少30%第二階段 19962005 能耗再減少30% 即原來的50%第三階段 2005年以后 能耗再減少30% 即原來的35%因此，建筑節(jié)能技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今中國建筑技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一。二、 建筑室內(nèi)物理環(huán)境狀況目前大部分地區(qū)新建的居住建筑室內(nèi)物理環(huán)境較以前有很大改善，但還是有很多急待解決的問題，例如窗戶越開越大，窗戶是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、隔熱和隔聲薄弱環(huán)節(jié)，現(xiàn)階段一般采用塑鋼窗、中空玻璃，大

3、大提高了窗戶的熱阻和氣密性，但是夏季室內(nèi)過熱的問題仍然沒有很好解決，夏季的炎炎烈日透過窗戶直接射入室內(nèi)是室內(nèi)熱環(huán)境惡化的主因。公共建筑如果不依賴空調(diào)、人工照明等耗能手段，室內(nèi)熱環(huán)境、光環(huán)境狀況將非常惡劣，現(xiàn)有良好的熱環(huán)境、光環(huán)境是建立在能源高消費(fèi)的基礎(chǔ)上。由于業(yè)主對富有強(qiáng)烈現(xiàn)代感的輕盈玻璃幕墻、玻璃穹頂?shù)钠珢垡约敖ㄖ熖幚淼暮唵位?，這種高能耗、低舒適的建筑隨處可見。盡管冬季直射陽光對改善室內(nèi)熱環(huán)境是有利的，但是直射陽光產(chǎn)生的強(qiáng)烈眩光嚴(yán)重干擾正常辦公導(dǎo)致工作效率低下，常見的處理的辦法有兩種；一是用窗簾遮擋，室內(nèi)完全依賴人工照明；二是提高室內(nèi)人工照明照度以減少因亮度分布不均引起的不舒適眩光，這些都

4、將使照明耗能增加。夏季直射陽光不僅顯著增加空調(diào)的制冷負(fù)荷及照明能耗，而且太陽直射光線引起的眩光使室內(nèi)光環(huán)境差強(qiáng)人意?？偟恼f來，我國建筑的室內(nèi)物理環(huán)境和維持舒適的室內(nèi)物理環(huán)境的方式急需改善。三、 建筑遮陽的含義和意義以減少太陽直接輻射熱進(jìn)入室內(nèi)為主要目的的隔熱、放熱措施稱為建筑遮陽。建筑遮陽系統(tǒng)是與遮陽有關(guān)的建筑構(gòu)件、配件以及建筑布局綠化等要素共同作用，相互補(bǔ)充的一個(gè)完整系統(tǒng)。建筑遮陽系統(tǒng)涉及范圍復(fù)雜，廣義上，建筑布局、朝向、風(fēng)向、氣象、日照、植被等一系列建筑外環(huán)境的設(shè)置，都蘊(yùn)藏著建筑遮陽因素；建筑圍護(hù)構(gòu)件如墻體、屋面等也都有遮陽效果。狹義上，遮陽主要指采光口、建筑物出入口等外墻開洞部分的隔熱、

5、防熱設(shè)施。衡量窗戶遮陽效果的好壞，主要采用遮陽系數(shù)的概念，同時(shí)還要保證窗戶玻璃的可見光透過率，以滿足窗戶采光的基本要求。目前,國家大力倡導(dǎo)綠色建筑、節(jié)能建筑,并且出臺了多項(xiàng)具體的規(guī)范規(guī)程,對建筑節(jié)能設(shè)計(jì)提出了很多具體的要求。遮陽設(shè)施能合理控制太陽光線進(jìn)入室內(nèi),減少建筑空調(diào)能耗和人工照明用電,改善室內(nèi)光環(huán)境。采取有效的遮陽措施,降低外窗太陽輻射形成的建筑空調(diào)負(fù)荷,是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的最有效方法之一。一方面,遮陽通過阻擋陽光直射輻射和漫輻射的熱,控制熱量進(jìn)入室內(nèi),降低室溫、改善室內(nèi)熱環(huán)境,使空調(diào)高峰負(fù)荷大大削減。另一方面,適量的陽光又使人感到舒適,有利于人體視覺功效的高效發(fā)揮和生理機(jī)能的正常運(yùn)行,給人

6、們愉悅的心理感受。四、 建筑遮陽與建筑防熱的關(guān)系夏季室內(nèi)熱量的主要來源：(1)在太陽輻射和室外氣溫的作用下，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度升高將熱量傳入室內(nèi)；(2)通過窗口(或外圍護(hù)結(jié)構(gòu)透明和半透明部位)直接進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱；(3)室內(nèi)生活及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熱量；(4)自然通風(fēng)過程中帶迸或帶出的一部分熱量。建筑防熱的主要任務(wù)是減弱室外熱作用，改善室內(nèi)熱環(huán)境；而建筑遮陽的主要任務(wù)便是：減弱通過窗口(或外圍護(hù)結(jié)構(gòu)透明和半透明部位)直接進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱和在太陽輻射的作用下外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度升高而傳入室內(nèi)的熱量。因此建筑遮陽的定義應(yīng)該是：遮擋太陽輻射熱經(jīng)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的措施，可防止室內(nèi)空氣、墻面、

7、地面、家具表面溫度升高，是建筑防熱、改善室內(nèi)熱舒適的重要手段。除防熱的功能外，精心設(shè)計(jì)的建筑遮陽還能調(diào)節(jié)室內(nèi)光環(huán)境(包括避免眩光、改善窗口采光均勻度等)。五、 建筑遮陽設(shè)計(jì)方法遮陽的措施主要分為三類:1、利用綠化的遮陽;2、結(jié)合建筑構(gòu)件處理的窗口遮陽;3、專門設(shè)置的遮陽設(shè)施。(一)利用綠化的遮陽對于低層建筑來說,綠化遮陽是一種既有效又經(jīng)濟(jì)美觀的遮陽措施。綠化遮陽可以通過在窗外一定距離種樹。落葉樹木可以在夏季提供遮陽,常青樹可以整年提供遮陽。而在冬天葉子脫落，使陽光可以穿越而過，照進(jìn)室內(nèi)?？梢詫Σ煌参镌诓煌竟?jié)的生長情況有所了解，以選擇適當(dāng)?shù)闹参飦碚趽蹶柟?。比較符合生態(tài)學(xué)的設(shè)計(jì)方法是，把松柏類

8、樹木栽種在整個(gè)場地邊緣以擋風(fēng)，落葉樹木栽種在靠近建筑的地方，葡萄藤、樹籬或者爬行植物則栽種在建筑的邊緣，室內(nèi)也可以在窗臺和內(nèi)部結(jié)構(gòu)中栽種一些植物，以提高空氣質(zhì)量，改善背景視覺效果。植物還能通過蒸發(fā)周圍的空氣降低地面的反射。常青的灌木和草坪也能很好地降低地面反射和建筑反射。通過在窗外或陽臺上種植攀援植物實(shí)現(xiàn)對墻面的遮陽,還有屋頂花園等形式，對于第五立面的美化也是有意義的。 (1)建筑周圍植樹。在建筑周邊一定距離種樹,可以對低層的戶型提供有效的窗口與墻面遮陽。一般適宜選用高大、樹枝伸展較寬、夏天茂盛、冬天落葉的喬木。當(dāng)利用植物進(jìn)行窗口遮陽的時(shí)候,應(yīng)當(dāng)注意不能影響自然通風(fēng)與采光。在夏季主導(dǎo)風(fēng)的方向上

9、,不應(yīng)種植太密的樹木,比如大灌木和喬木,以免降低風(fēng)速甚至改變風(fēng)向,造成自然通風(fēng)受阻。此外,茂密的樹葉也不宜靠窗口太近,以免遮擋自然光線的進(jìn)入。(2)屋面綠化遮陽。屋頂花園,隔熱效果是顯著的,對于第五立面的美化也是有意的。(3)墻面綠化遮陽。綠化墻面遮陽,一般選擇爬藤植物如爬山虎、牽?；?、爆竹花等爬墻生長。必要的時(shí)候可以搭架拉繩,以輔助其生長。(二)結(jié)合建筑構(gòu)件處理的窗口遮陽遮陽的基本形式可分為四種:水平式、垂直式、綜合式和擋板式。選擇何種形式的遮陽需根據(jù)地區(qū)氣候特點(diǎn)、太陽高度角、緯度、遮陽日期、遮陽時(shí)間以及朝向不同來綜合考慮。例如水平遮陽能夠遮擋從窗口上方射來的陽光，適用于南向外窗；垂直遮陽能

10、夠遮擋從窗口兩側(cè)射來的陽光，適用于北向外窗；擋板遮陽能夠遮擋平射到窗口的陽光；適用于接近于東西向外窗。實(shí)際工作中中可以單獨(dú)選用或者進(jìn)行組合。1. 水平式遮陽這種遮陽形式能夠有效地遮擋高度角較大的、從窗口上方投射下來的陽光。因此在北半球，水平式遮陽適用于北回歸線以北地區(qū)的南向的窗口遮陽。連續(xù)水平式遮陽適用于回歸線以南的南、北向窗口遮陽。2. 垂直式遮陽垂直式遮陽能夠有效地遮擋高度角較小的、從窗側(cè)斜射過來的陽光。但對于高度角較大的、從窗口上方投射下來的陽光,或接近日出、日沒時(shí)平射窗口的陽光,它不起遮擋作用。故垂直式遮陽主要適用于東北、西北向附近的窗口。3. 綜合式遮陽綜合式遮陽能夠有效地遮擋高度角

11、中等的、從窗前斜射下來的陽光,遮陽效果比較均勻。故它主要適用于東南或西南向附近的窗口。4. 擋板式遮陽這種形式的遮陽能夠有效地遮擋高度角較小的、正射窗口的陽光、故它主要適用于東西向附近的窗口。在設(shè)計(jì)遮陽時(shí),應(yīng)根據(jù)建筑所在地區(qū)的氣候條件、建筑的朝向、房間的使用功能等因素,綜合進(jìn)行遮陽設(shè)計(jì),可以通過永久性的建筑構(gòu)件,如:外檐廊、陽臺、外挑遮陽板等,制作永久性遮陽設(shè)施。(三)專門設(shè)置的遮陽設(shè)施(1)活動(dòng)窗口外遮陽固定遮陽不可避免的會帶來與采光、自然通風(fēng)、冬季采暖、視野等方面的矛盾?？烧{(diào)節(jié)遮陽可以根據(jù)使用者根據(jù)環(huán)境變化和個(gè)人喜歡,自由的控制遮陽系統(tǒng)的工作狀況。 形式:遮陽卷簾、活動(dòng)百葉遮陽、遮陽篷、遮

12、陽紗幕等?？烧{(diào)節(jié)遮陽方式主要有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn): 1）可以進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)室外氣候條件的變化，最充分地利用太陽能和陽光的好處，同時(shí)又可以遮擋刺眼強(qiáng)光和多余的熱量。 2）在遮擋炫目陽光的同時(shí)，盡可能多地獲取漫射自然光。避免光線不足時(shí)采用人工照明而浪費(fèi)能源。夏季夜晚打開遮陽板，加快建筑物的散熱速度；冬季的白天不關(guān)閉保持建筑物內(nèi)部的天然采光，夜晚關(guān)閉遮陽板，減少建筑物內(nèi)部熱量的損失。A.遮陽卷簾。窗外遮陽卷簾是一種有效的遮陽措施,適用于各個(gè)朝向的窗戶。當(dāng)卷簾完全放下的時(shí)候,能夠遮擋住幾乎所有的太陽輻射,這時(shí)候進(jìn)入外窗的熱量只有卷簾吸收的太陽輻射能量向內(nèi)傳遞的部分。這時(shí)候,如果采用導(dǎo)熱系數(shù)

13、小的玻璃,則進(jìn)入窗戶的太陽熱量非常少。此外也可以適當(dāng)拉開遮陽卷簾與窗戶玻璃之間的距離,利用自然通風(fēng)帶走卷簾上的熱量,也能有效的減少卷簾上的熱量向室內(nèi)傳遞。B.活動(dòng)百葉遮陽。有升降式百葉簾和百葉護(hù)窗等形式。百葉簾既可以升降,也可以調(diào)節(jié)角度,在遮陽和采光,通風(fēng)之間達(dá)到了平衡,因而在辦公樓宇及民用住宅上得到了很大的應(yīng)用。根據(jù)材料的不同,分為鋁百葉簾、木百葉簾和塑料百葉簾。百葉護(hù)窗的功能類似于外卷簾,在構(gòu)造上更為簡單,一般為推拉的形式或者外開的形式,在國外得到大量的應(yīng)用。C.遮陽蓬。遮陽蓬比較常見,但質(zhì)量和這樣效果一般,目前市場使用有些雜亂。D.遮陽紗幕。遮陽紗幕既能遮擋陽光輻射,又能根據(jù)材料選擇控制

14、可見光的進(jìn)入量,防止紫外線,并能避免眩 光的干擾,是一種適合于炎熱地區(qū)的外遮陽方式。紗幕的材料主要是玻璃纖維。具有耐火防腐,堅(jiān)固耐久。(2)窗口中置式遮陽中置式遮陽的遮陽設(shè)施通常位于雙層玻璃的中間,和窗框及玻璃組合成為整扇窗戶,有著較強(qiáng)的整體性,一般是由工廠一體生產(chǎn)成型的。(3)窗口內(nèi)遮陽內(nèi)遮陽的形式有:百葉窗簾、垂直窗簾、卷簾等。材料則多種多樣,有布料、塑料(PVC)、金屬、竹、木等等。 內(nèi)遮陽也有不足的地方。當(dāng)采用內(nèi)遮陽的時(shí)候,太陽輻射穿過玻璃,使內(nèi)遮陽簾自身受熱升溫。這部分熱量實(shí)際上已經(jīng)進(jìn)入室內(nèi),有很大一部分將通過對流和輻射的方式,使室內(nèi)的溫度升高。(4)玻璃自遮陽玻璃自遮陽利用窗戶玻璃

15、自身的遮陽性能,阻斷部分陽光進(jìn)入室內(nèi)。玻璃直身的遮陽性能對節(jié)能的影響很大,應(yīng)該選擇遮陽系數(shù)小的玻璃。遮陽性能好的玻璃常見的有吸熱玻璃、熱反射玻璃、低輻射玻璃。這幾種玻璃的遮陽系數(shù)低,具有良好的遮陽效果。值得注意的是,前兩種玻璃對采光有不同程度的影響,而低輻射玻璃的透光性能良好。六、 建筑遮陽對室內(nèi)環(huán)境的影響(一) 室內(nèi)熱環(huán)境從室內(nèi)熱舒適的角度出發(fā)，建筑遮陽對室內(nèi)熱環(huán)境的積極影響主要是：夏季減少太陽輻射進(jìn)入室內(nèi)，改善室內(nèi)熱舒適，盡量減少空調(diào)的冷負(fù)荷，降低對能源的依賴。但是對于夏熱冬冷地區(qū)的建筑遮陽，需協(xié)調(diào)建筑夏季需要盡量減少太陽輻射進(jìn)入室內(nèi)與冬季需要盡可能利用太陽輻射及夏季隔熱與冬季保溫之間的矛

16、盾。(1)改善室內(nèi)熱舒適遮陽有助于在夏季創(chuàng)造良好的室內(nèi)熱環(huán)境。由于遮陽對太陽輻射的遮擋，可使夏季室內(nèi)氣溫，尤其是夏季室內(nèi)最高氣溫明顯的降低；特別是對不開窗的空調(diào)房間，增加遮陽后一般可降低室溫達(dá)2(不開窗，不開空調(diào))；而且房間里的溫度波動(dòng)小，室內(nèi)出現(xiàn)高溫的時(shí)間也較晚。對一般房間，在開窗的情況下，遮陽也可使室溫降低1多，而且遮陽擋住了從窗口進(jìn)入的直接輻射，避免了烘烤感，有效地改善了室內(nèi)熱舒適。(2)減少建筑物制冷能耗因?yàn)檎陉柨墒故覝亟档?，所以遮陽可以減少設(shè)備制冷的時(shí)間，如果無遮陽的建筑物4月10號需要空調(diào)制冷維持室內(nèi)熱舒適，那么有良好遮陽的建筑物可能要到5月10號才需空調(diào)制冷維持室內(nèi)熱舒適。據(jù)前面

17、章節(jié)的計(jì)算，在需制冷時(shí)段，遮陽可明顯著減少空調(diào)制冷負(fù)荷。(3)建筑遮陽與通風(fēng)遮陽對房間通風(fēng)有一定的阻擋作用，使室內(nèi)風(fēng)速有所降低。實(shí)測資料表明，在有遮陽的房間，室內(nèi)風(fēng)速約減弱2247。風(fēng)速的減弱程度和風(fēng)場流向都與遮陽的設(shè)置的方式有很大關(guān)系。在有風(fēng)的情況下，遮陽板緊靠墻上會使進(jìn)入室內(nèi)的風(fēng)容易向上流動(dòng)，不能吹到人的活動(dòng)范圍內(nèi)。因此遮陽設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減少遮陽對通風(fēng)的不利影響，盡量通過遮陽設(shè)計(jì)引導(dǎo)風(fēng)吹向人的活動(dòng)區(qū)域。(二) 室內(nèi)光環(huán)境無疑遮陽會減少進(jìn)入室內(nèi)的光通量，因此過去無電器照明或電器照明沒普及、對遮陽研究也不夠深入時(shí)，從天然采光的觀點(diǎn)來看，遮陽有擋光作用，從而會降低室內(nèi)照度，在陰天更為不利。因此建

18、筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GBT50033-2001)規(guī)定“側(cè)窗采光口上部有寬度超過1米的外挑遮擋物，其有效采光面積按采光口面積的70計(jì)算”?，F(xiàn)今研究表明，遮陽雖然會減少窗口附近的照度，但不一定會減少室內(nèi)深處的照度；實(shí)例證明設(shè)計(jì)良好的遮陽能擴(kuò)大天然采光的范圍、消除或減弱眩光、提高采光的均勻度。隨著人們對室內(nèi)光環(huán)境品質(zhì)的不斷追求，盡量擴(kuò)大天然采光區(qū)域已成為必然趨勢，因?yàn)樘烊徊晒饽芴峁┍热斯ふ彰鞲硐?、質(zhì)量更好的光環(huán)境。研究證明晝光照明能形成比人工照明系統(tǒng)更為健康和更興奮的工作環(huán)境，這是因?yàn)樽杂腥祟愐詠?，人們的視覺器官就是感受并不斷適應(yīng)天然光。人們對五彩繽紛顏色的判斷都是視覺正常的人在天然光條件下的感受為準(zhǔn)

19、，現(xiàn)今尚難找到與天然光光譜完全相同的人工光源。再則良好的晝光照明光線的強(qiáng)度、顏色和視覺是不停地細(xì)微變化的，這有助于工作者神經(jīng)興奮，相關(guān)研究顯示可以使工作效率提高約15。七、 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的遮陽設(shè)計(jì)現(xiàn)在提到建筑遮陽，大部分為建筑外遮陽，因?yàn)槿绻捎媒ㄖ飪?nèi)遮陽，實(shí)際上是僅僅擋住光線，當(dāng)光線遇到內(nèi)遮陽產(chǎn)品時(shí)，其輻射熱已經(jīng)透過玻璃進(jìn)入室內(nèi)，并會使玻璃的溫度升得很高，從而達(dá)不到建筑節(jié)能的目的。對外遮陽而言，只有透過的那部分陽光會直接達(dá)到窗玻璃外表面。一般來講，室內(nèi)百葉只可擋去17%太陽輻射熱，而室外南向仰角45°的水平遮陽板，可輕易遮去68%的太陽輻射熱，兩者間的遮陽效果相差甚遠(yuǎn)。另外，從

20、節(jié)能的角度上講，Low-E中空玻璃在建筑物窗戶上的使用也是設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作中經(jīng)常采用的節(jié)能遮陽方案之一。Low-E中空玻璃，K值為1.82.2W/（k），而單向玻璃的K值為5.46.1W/（k），中空雙向（6+12+6）玻璃K值為3.1W/（k）。采用外遮陽還是Low-E中空玻璃，要結(jié)合建筑物朝向、窗墻面積比、傳熱系數(shù)限值等因素綜合考慮。就夏熱冬冷地區(qū)而言，北向主要解決保溫問題，東西向主要解決遮陽隔熱問題，南向要同時(shí)解決冬季被動(dòng)采暖、夏季自然通風(fēng)以及遮陽隔熱問題。Low-E中空玻璃可以很好地解決東西向的外窗保溫和遮陽隔熱問題，但對于南向外窗，夏季通過窗戶進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱構(gòu)成了空調(diào)負(fù)荷的主要部分，冬季則恰好相反，透過窗戶進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱可以減小采暖負(fù)荷，由于功能要求上相互矛盾，單純采用Low-E中空玻璃就不是