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夏季和冬季建筑外遮阳系数的简化计算方法

建筑外遮阳系数SD的计算方法

国内外均习惯把建筑窗口的遮阳形式按水平遮阳、垂直遮阳、综合遮阳和挡板遮阳进行分类, 《中国土木建筑百科辞典》中载入了关于这几种遮阳形式的准确定义。故本计算方法按国内外建筑设计行业和建筑热工领域的习惯分类,依窗口的水平遮阳、垂直遮阳、综合遮阳和挡板遮阳的顺序给出各自的外遮阳系数的定量确定方法。而挡板遮阳方式又按不透光的材料和可透光的材料分别给出了相应的透光比的计算方法,使用透光比对与其组合的其他遮阳方式的外遮阳系数进行修正,从而得到挡板遮阳方式的外遮阳系数。尽管这种方法不够十分精确,透光比的计算是一种几何形体的投光分析结果,与挡板特别是格子式遮阳挡板的能量透过比例在小比例范围上存在误差,但考虑到该方法易于建筑师理解和使用,本标准予以采用。

1 窗口水平遮阳和垂直遮阳的外遮阳系数

窗口水平遮阳和垂直遮阳的外遮阳系数是通过DOE-2的计算拟合得到的。在进行遮阳板的计算过程中,本标准采用了一个比较简单的建筑进行拟合计算,见图5。其外窗为单层透明玻璃铝合金窗,传热系数5.61,遮阳系数0.9,单窗面积为4m2。为了使计算的遮阳系数有较广的适应性,故将窗定为正方形。


采用这一建筑进行各个朝向的拟合计算。方法是在不同的朝向加不同的遮阳板,拟合出当量的遮阳板遮阳系数。然后通过将遮阳板遮阳系数与遮阳板外挑量和窗尺寸之比挂钩,拟合出一个二次多项式的公式。这一方法与美国的一些节能标准采用的方法是一样的。

2 挡板遮阳的遮阳系数

挡板遮阳分析的关键问题是挡板的材料和构造形式对外遮阳系数的影响。因当前现代建筑材料类型和构造技术的多样化,挡板的材料和构造形式变化万千,如果均要求建筑设计时按太阳位置角度逐时计算挡板的能量比例显然是不现实的。但作为挡板构造形式之一的建筑花格、漏花、百叶等遮阳构件,在原理上存在统一性,都可以看作是窗口外的一块竖板,通过这块板则有两个性能影响光线到达窗面,一个是挡板的轮廓形状和与窗面的相对位置,另一个是挡板本身构造的透光性能。两者综合在一起才能判断挡板的遮阳效果。因此本标准采用两个参数确定挡板的遮阳系数,一个是挡板轮廓透光比η,另一个是挡板构造透光比η*。

国内外的有关标准把花格、漏花、百叶等统称之为格子式遮阳构件,反映有关内容的相关标准有《ISO/FDIS15099》、 日本《建筑省能基准》、台湾《建筑节约能源设计技术规范》等。建筑格子式遮阳在我国南方的传统建筑中是比较普遍的。如广州出口商品交易会的混凝土水平百叶、垂直百叶及漏花遮阳,广州国际电信楼的漏花遮阳等,反映有关内容的标准为《中南五省建筑设计标准图集88ZJ951》。一般认为建筑的花格或百叶是不透明的,因而遮阳系数与透光系数有很好的对应关系。尽管阳光射到格子或百叶上之后仍然会反射到室内,但一般会弱很多,大部分还是反射到室外或被吸收,即使被遮阳构造吸收的部分也会被室外风力带走。

在本气候区,6、7、8三个月份东、西向阳光的高度角较小,方位角在90°左右变化,取西(东)偏南15°(即太阳方位角为75°)是考虑到夏季的开始和结束时太阳主要偏向南面。

南北朝向有很大的不同。在夏季初或末,南面在中午有太阳直射光,而在夏至,南面无阳光直射;在冬季,南面一直会有阳光。北面在夏至附近是早晚有太阳直射,冬季则没有太阳直射。总体上讲,南北在多数情况下会以散射辐射为主,这样对百叶遮阳就会比较复杂。

对于由复杂的几何图案构成的花格遮阳构件,用计算的方法困难时,可以采用投光实验的方法,依据本标准给出的几个典型的太阳位置角度确定其透光比。

按上述方法计算或实验确定格子式遮阳的外遮阳系数是取几个典型的太阳位置计算的透光比的平均值。原因在于,采用透光面积比代替能量透过比,因未考虑太阳辐射的散射部分的透过量,会在小比例范围发生透光比小于能量投射比的情况,直至透光比为0时能量透过比为15%左右。而对于某些格子如薄铝板条制作的格子遮阳构件,板条的宽度和格子间距相等,铝板条均垂直于窗面,当太阳高度角为0时则透光比几乎为100%,高度角为45°时透光比则为0,于是它的遮阳系数既不能取0也不应取100%,为了使确定的遮阳系数值较准确地反映实际情况,故取按4个典型的太阳位置确定的透光比的平均值作为格子式遮阳的外遮阳系数较为合理。

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