建筑遮阳与自然通风技术.ppt

第十章 建筑遮阳与自然通风技术,2,一 建筑遮阳,在夏热地区，遮阳对降低建筑能耗，提高室内居住舒适性有显著的效果。,第一节 建筑遮阳的概念,3,一 建筑遮阳的意义,建筑遮阳是为了避免阳光直射室内，防止建筑物的外围护结构被阳光过分加热，从而防止局部过热和眩光的产生，以及保护室内各种物品而采取的一种必要的措施。它的合理设计是改善夏季室内热舒适状况和降低建筑物能耗的重要因素。,第一节 建筑遮阳的概念,4,在我国南方炎热地区，日照时间长，太阳辐射强烈，建筑物的某些部位或构件如窗口、外廊、橱窗、中庭屋顶与玻璃幕墙等需要调节太阳直射辐射，以扬其利而避其害。最常见与最具代表性的是窗口遮阳。 目前一般建筑以气温29 、日辐射强度280Wm左右作为必需设遮阳的参考界限。,第一节 建筑遮阳的概念,一 建筑遮阳的意义,5,建筑遮阳的目的是阻断阳光直射，好处有四个：,（1）可以避免建筑维护结构被过度加热而通过二次辐射和对流的方式加大室内热负荷。除了可以大大减少通过建筑维护结构进入室内的热量，还能降低建筑维护结构的日温度波幅，从而起到了防止维护结构裂，延长其使用寿命的作用；,第一节 建筑遮阳的概念,6,（2）有效的防止太阳辐射进入室内，不仅改善室内热环境，而且可以大大降低建筑的夏季空调制冷负荷；,建筑遮阳的目的是阻断阳光直射，好处有四个：,第一节 建筑遮阳的概念,7,（3）建筑遮阳能够有效的防止眩光，起到改善室内光环境的作用；,建筑遮阳的目的是阻断阳光直射，好处有四个：,第一节 建筑遮阳的概念,8,（4）可以防止直射阳光，尤其是其中的紫外线对室内物品的危害。,建筑遮阳的目的是阻断阳光直射，好处有四个：,第一节 建筑遮阳的概念,9,第二节 建筑遮阳方式,建筑遮阳类型很多，遮阳设施从总体上可以分为永久性和临时性两大类，临时性遮阳是指在窗口设置的布帘、竹帘、软百叶、帆布蓬等。永久性遮阳是指在建筑维护结构上各部位安装的长期使用的遮阳构件。,10,夏季太阳辐射造成室内过热的途径分为通过窗口直接进入室内和加热外围护结构表面两种，本节以遮挡太阳辐射传热途径为依据将建筑遮阳划分为窗口遮阳、屋顶遮阳、墙面遮阳和入口遮阳。,第二节 建筑遮阳方式,11,采取窗口遮阳，可以防止直射阳光进入室内而引起的室内过热。而且窗口遮阳还可以防止直射阳光引起的炫目现象，防止直射阳光使某些物品变质、老化。 窗口遮阳按照遮阳构件能否随季节与时间的变换进行角度和尺寸的调节，甚至在冬季便于拆卸的性能，可以划分为固定式遮阳和活动遮阳（可调节式遮阳）两大类型。,2.1 窗口遮阳,第二节 建筑遮阳形式,12,2.1 窗口遮阳,固定式遮阳： 优点：结构简单，成本低，维护方便； 缺点：不能遮挡住所有时间段的直射阳光，以及对采光和视线、通风的要求缺乏灵活性应对。,第二节 建筑遮阳形式,13,活动式遮阳：可以根据季节、时间的变化以及天空的阴暗情况，任意调整遮阳板的角度；在寒冷季节，为了避免遮挡太阳辐射，争取日照，还可以拆除。这种遮阳灵活性大，使用科学合理，因此近年来在国内外得到了广泛的应用。 根据调节主体不同，可分为手控（或遥控）可调遮阳和自控可调遮阳。,2.1 窗口遮阳,第二节 建筑遮阳形式,14,手控可调遮阳： 优点：造价低、设备简单； 缺点：需要工作人员不停的根据室外环境参数去调节，使室内环境处于最优。 自控可调遮阳： 优点：能够根据室外日照情况自动调节遮阳板的角度甚至遮阳收缩，使室内具有良好的光环境； 缺点：造价较高，而且一旦出现故障，修理较困难，从而可能长时间丧失遮阳调节功能。,2.1 窗口遮阳,第二节 建筑遮阳形式,15,从遮阳的适用范围分，窗口遮阳的型式可以分为五种： 水平式遮阳 垂直式遮阳 综合式遮阳 挡板式遮阳 百叶式遮阳,2.1 窗口遮阳,第二节 建筑遮阳形式,16,实例1：水平式遮阳,长沙山水芙蓉别墅,2.1 窗口遮阳,第二节 建筑遮阳形式,17,实例2：垂直式遮阳,亚利桑那州凤凰城中央图书馆,2.1 窗口遮阳,第二节 建筑遮阳形式,18,实例3：综合式遮阳,昌迪加尔议会大厦及高等法院,高雄小港图书馆,2.1 窗口遮阳,第二节 建筑遮阳形式,19,实例4：挡板式遮阳,2.1 窗口遮阳,第二节 建筑遮阳形式,20,实例5：百叶式遮阳,2.1 窗口遮阳,21,通过遮阳技术控制屋顶的太阳辐射照度，屋顶的传热负荷可削减近70%，节能效果十分显著，同时也大大改善了顶层房间的热环境状况； 通过对建筑屋顶的遮阳，可以减小屋顶日温度波幅，从而减小其产生热裂的可能性。,北京地区全年太阳辐射总量图,广州地区主要朝向的太阳辐射强度图,2.1 窗口遮阳,第二节 建筑遮阳形式,22,2.2 屋顶遮阳,屋顶构架遮阳实例：华南理工大学逸夫人文馆,华南理工大学逸夫人文馆屋顶构架遮阳设计,华南理工大学逸夫人文馆屋顶构架遮阳,第二节 建筑遮阳形式,23,2.3 墙面遮阳,无论对于居住建筑，还是公共建筑，外墙作为建筑的主要组成部分，是影响室内热环境和建筑能耗的重要部位。而外墙遮阳设计，尤其是西墙“西晒”怎样处理的问题，一直是整个建筑界非常关注的问题，同时外墙作为整个建筑物最主要的部分，与建筑的整体艺术造型息息相关，因而墙面遮阳设计要综合考虑到其遮阳隔热效果和建筑艺术效果。 墙体遮阳设计的方法有很多种，这里主要介绍墙面整体遮阳和绿化遮阳。,第二节 建筑遮阳形式,24,2.3 墙面遮阳,墙面整体遮阳：要综合考虑遮挡太阳辐射和建筑形体艺术效果。 一种是在建筑的外墙外部设置可调节遮阳板或可回收的遮阳布帘；,可调节遮阳板,北欧五国驻德国使馆中心,第二节 建筑遮阳形式,25,2.3 墙面遮阳,另一种做法是设置“防晒墙”，防晒墙一般用于建筑的东西墙，这面墙完全与建筑脱开，防晒墙在夏季与过渡季节，可以完全遮挡西晒的直射阳光。同时防晒墙与建筑主体之间的空隙不仅有利于室内外空气的流通，还可以保证主体建筑室内的均匀天光照明。,防晒墙,清华大学设计中心楼,26,2.3 墙面遮阳,绿化遮阳：落叶植物（树木或藤蔓植物）在夏季可以最大限度的遮挡阳光，而在冬季叶片脱落，阳光可以穿越而进入室内。一般来说，蔓藤植物可以让夏季西墙的热流量降低30%。 需要注意的问题： 正确选择植物种类； 要做好植物攀爬用的固定构件设计，不要让植物直接附着在外墙上，否则既减弱了墙体自身的散热性能，也会使建筑显得形态臃肿，建筑轮廓模糊，容易使建筑产生年久失修的感觉； 要防止蔓藤植物带来的虫害。,27,2.3 墙面遮阳,绿化遮阳实例：,第二节 建筑遮阳形式,28,2.4 入口遮阳,建筑物入口作为连接建筑室外与室内的过渡空间，除了具有很重要的引导功能外，还是进入建筑或经过建筑的人员暂时停留或通过的空间。为了给人们提供一个良好的热环境，需要对建筑入口做遮阳处理。 入口遮阳主要有两种方式： 入口附加构件遮阳； 建筑自身构件遮阳。,第二节 建筑遮阳形式,29,2.4 入口遮阳,入口附加构件遮阳：当前建筑的入口遮阳多采用在入口上方架设水平遮阳构架，以达到遮阳防晒的目的，同时还能防雨。,第二节 建筑遮阳形式,30,2.4 入口遮阳,建筑自身构件遮阳：入口遮阳还可以通过建筑自身体型凹凸形成的阴影实现有效遮阳。例如我国传统建筑的大屋顶以及广州地区的“骑楼”建筑。在达到入口遮阳的同时，也与建筑有机的结合在一起。,“骑楼”建筑,大屋顶建筑,第二节 建筑遮阳方式,31,一、遮阳的降温效果； 二、遮阳的节能效果； 三、遮阳的调光效果； 四、遮阳对通风的影响。,第三节 建筑遮阳的效果,32,3.1 遮阳的降温效果,遮阳对室内气温的影响,遮阳能有效防止室内空气温度上升。而且由于设置了遮阳，室温的波幅值较小，室内最高温度出现的时间也推迟了，这对空调房间减少冷负荷是很有利的，而且房间内的温度场分布更均匀。,第三节 建筑遮阳的效果,33,3.2 遮阳的节能效果,建筑遮阳主要在两方面对于建筑节能起到重要的作用： 遮阳措施能有效阻挡大量的太阳辐射进入室内，降低建筑物夏季空调制冷负荷； 遮阳板能将直射阳光转化成柔和的漫射光，改善室内光环境质量，从而减少日间人工照明能耗。,第三节 建筑遮阳的效果,34,3.2 遮阳的节能效果,遮阳系数：是指在照射时间内，透进有遮阳窗口的太阳辐射量与透进无遮阳窗口的太阳辐射量的比值。系数越小，说明透过窗口的太阳辐射热量愈小，防热效果愈好。,第三节 建筑遮阳的效果,35,3.2 遮阳的节能效果,第三节 建筑遮阳的效果,36,3.2 遮阳的节能效果,广州地区主要朝向遮阳效果,遮阳对太阳辐射的阻挡效果是显著的：,37,3.3 遮阳的调光效果,建筑遮阳对于天然采光有两个方面的影响： 建筑遮阳可以阻挡直射阳光进入，或将其转化为比较柔和的漫射光，避免眩光直射工作面，从而满足人们对照明质量的要求，减少日间人工照明的能耗； 建筑遮阳措施确实会降低室内照度水平。据观察，一般室内照度大约降低53%73%，但室内照度的分布则比较均匀。,第三节 建筑遮阳的效果,38,3.4 遮阳对通风的影响,遮阳设施的使用对于房间的自然通风有两个方面的影响： 遮阳板会对房间的通风有一定的阻挡作用，是室内的风速有所降低； 遮阳板对建筑的通风又会起到一定的引导作用。,遮阳板参数的导风作用,马来西亚Menara Umno 大厦,39,第四节 遮阳技术的适用性,遮阳的措施多种多样，针对特定建筑项目的不同地理位置、朝向以及建筑的不同用途，不存在某一种遮阳措施普遍适用的情况： 在严寒地区和寒冷地区，对于夏季的遮阳措施要兼顾考虑不能阻挡冬季对太阳热能的利用，宜采取如竹帘、软百叶、布篷等可拆除的遮阳措施；,40,遮阳的措施多种多样，针对特定建筑项目的不同地理位置、朝向以及建筑的不同用途，不存在某一种遮阳措施普遍适用的情况： 在夏热冬冷地区和温和地区，夏季遮阳措施对冬季的影响相对小一些，宜采用活动式遮阳； 在夏热冬暖地区，夏季的遮阳可不考虑冬季对太阳辐射的遮挡，可采用固定式遮阳，但仍以活动式遮阳为最佳。,第四节 遮阳技术的适用性,41,具体到某气候区特定的建筑，遮阳形式的选择应考虑以下因素： 不同建筑方位遮阳需求 对遮阳的需求程度的建筑方位排序依次为水平屋顶、西向、西南向、东向、东南向、南向、西北向、东北向、北向。,第四节 遮阳技术的适用性,42,不同建筑方位遮阳形式的选择 南向：在我国，南向比较合适的遮阳方式是水平固定式遮阳； 东、西向：对于建筑的东西向，最合适的遮阳形式为挡板式遮阳，但固定垂直式遮阳的实际遮阳效果很差，而且会阻挡冬季阳光入室。而活动式垂直遮阳在东西向的遮阳效果非常好，因而东西向遮阳的最佳选择为活动式垂直遮阳； 东南、西南向：应选择综合式遮阳形式，但构件尺寸应根据朝向角度不同进行设计；,第四节 遮阳技术的适用性,43,不同建筑方位遮阳形式的选择 东北、西北向：垂直遮阳板是较好的选择，同样的，构件尺寸应根据朝向角度不同进行设计； 北向：对我国大部分地区而言，夏季太阳仅在日出和日落时的短暂时间照射到北窗，对北窗的影响很小，一般可不采取遮阳措施； 屋顶：由于水平屋顶接受的太阳辐射是西墙接受的辐射量的2倍，所以，对屋顶进行遮阳非常有必要。对于不同的气候区因地制宜的考虑对阳光能有效进行遮挡的构件即可。,第四节 遮阳技术的适用性,44,第五节 房间自然通风,自然通风的概念 自然通风的降温效果 自然通风的设计方法,45,5.1 自然通风的概念,建筑自然通风是由于建筑物的开口处（门、窗等）存在压力差而产生的空气流动。 按照压力差产生的机理不同，建筑自然通风可以分为： 风压通风 热压通风,第五节 房间自然通风,46,5.1 自然通风的概念,风压通风：利用建筑迎风面和背风面产生的压力差来实现建筑物的自然通风，通常所说的“穿堂风”就是风压通风的典型范例。,第五节 房间自然通风,47,5.1 自然通风的概念,风压计算公式：,风压，Pa； 风速，m/s； 室外空气密度，kg/m3; 重力加速度，m/m2； 空气动力系数。,第五节 房间自然通风,48,热压通风：原理为热空气上升，从建筑上部的排风口排出，室外新鲜的冷空气从建筑底部的进风口进入室内，从而在室内形成了不间断的气流运动。即利用室内外空气温差所导致的空气密度差和进出风口的高度差来实现通风。热压通风即通常所讲的“烟囱效应”。,5.1 自然通风的概念,第五节 房间自然通风,49,热压，Pa； 进出风口中心线间的垂直距离，m； 室外空气密度，kg/m3; 室内空气密度，kg/m3。,5.1 自然通风的概念,热压计算公式：,第五节 房间自然通风,50,5.2 自然通风的降温效果,建筑利用自然通风达到被动式降温的目标主要有两种方式： 直接的生理作用，即降低人体自身的温度和减少因为皮肤潮湿带来的不舒适感； 间接的作用，通过降低维护结构的温度，达到对室内的人降温的作用。,第五节 房间自然通风,51,5.3 自然通风的设计方法,主导风向原则：为了组织好房间的自然通风，在建筑朝向上应使房屋纵轴尽量垂直于建筑所在地区的夏季主导风向。,进出风口比例不同对室内通风状态