建筑物理课件5.ppt

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1、2020 6 5 第五章建筑防热 1 河北工程大学建筑学院孙凤明 2020 6 5 第五章建筑防热 2 第五章建筑防热 室外热作用的特点及室外综合温度围护结构夏季隔热评价方法围护结构隔热能力的选择和隔热措施建筑的自然通风干热地区的建筑防热窗口遮阳 2020 6 5 第五章建筑防热 3 第一节夏季室外热作用的特点及室外综合温度 一 室外热作用夏季 对建筑防热来说最不利的情况是在晴天 太阳辐射强度很大 白天 在强烈阳光照射下 围护结构外表面的温度大大高于室内的空气温度 热量从围护结构外表面向室内传递 夜间 围护结构外表面的温度迅速降低 由于受向天空长波辐射的影响 外表面温度甚至可低于室外空气温度

2、对多数无空调的建筑来说 在夜间 热量是从室内向室外传递 因此夏季围护结构内的传热是以24小时为一周期的波动热作用 图5 l为北京地区某建筑屋顶夏季在综合温度作用下的外表面和内表面的温度实测资料 2020 6 5 第五章建筑防热 4 图5 1在太阳辐射热作用下某建筑的屋顶温度实测结果根据夏季热作用的特点 围护结构的传热效应按周期性不稳定传热来计算 评价围护结构防热优劣的标准也主要是其抵抗波动热作用的能力 2020 6 5 第五章建筑防热 5 二 室外综合温度 室外综合温度是将室外气温和太阳辐射对围护结构的热作用所产生的当量温度综合成的一个室外气象参数 以tsa表示 其计算式为 tsa te sI

3、 e 5 1 式中 tsa 室外综合温度 te 室外空气温度 s 围护结构外表面对太阳辐射的吸收系数 其值可查表5 1 I 太阳辐射照度 w m2 e 外表面换热系数 w m2 k 夏季的外墙和屋顶取19 0w m2 k 2020 6 5 第五章建筑防热 6 表5 1太阳辐射吸收系数 s值 摘自 民用建筑热工设计规范 GB50176 93 在式 5 1 中的 sI e称为太阳辐射的 当量温度 或 等效温度 以teq表示 即 teq sI e 5 2 2020 6 5 第五章建筑防热 7 图5 2为综合温度的组成 它是根据实测的室外空气温度和一屋顶外表面的日辐射照度按式 5 1 逐日计算得出的

4、综合温度随围护结构的朝向及外表面对日辐射的吸收率不同而有很大变化 图5 3表示不同朝向对室外综合温度的影响 由于各朝向表面所接受的太阳辐射照度有很大差异 对同样作法的外墙 东西向的室外综合温度最高值可以比南向墙的综合温度最高值大很多 2020 6 5 第五章建筑防热 8 图5 2室外综合温度组成图5 3夏季各朝向室外1 室外综合温度 综合温度举例 在北纬30 2 太阳辐射等效温度 3 室外空气温度 2020 6 5 第五章建筑防热 9 2020 6 5 第五章建筑防热 10 2020 6 5 第五章建筑防热 11 表5 2时差 相位差 修正系数 值 2020 6 5 第五章建筑防热 12 3

5、综合温度最大值的出现时间 tsamax 可近似地按振幅大小及时间差 由下式计算 5 7 式中 tsamax 综合温度最大值的出现时间 h temax 室外空气温度最大值的出现时间 h 等效温度最大值出现时间与室外空气温度出现最大值的时间差 h 2020 6 5 第五章建筑防热 13 2020 6 5 第五章建筑防热 14 2020 6 5 第五章建筑防热 15 第二节围护结构夏季隔热评价方法 根据夏季热作用的特点 衡量围护结构的隔热优劣 主要采用的指标是围护结构对周期性热作用的衰减倍数和延迟时间 以及由此而得出在具体气象情况下的内表明最高温度 现分述如下 2020 6 5 第五章建筑防热 16

6、 一 围护结构衰减倍数 围护结构在室外综合温度波的作用下 温度波沿厚度方向逐渐衰减 振幅越来越小 室外综合温度振幅Atsa与围护结构内表面的温度振幅A i的比值 称为该围护结构的衰减倍数 o即 o Atsa A i 5 8 式中 o 围护结构衰减倍数 无量纲 Atsa 综合温度波动振幅 A i 内表面温度波动振幅 显然 在同样的综合温度作用下 衰减倍数越大的围护结构其内表面的温度波动振幅就越小 因而内表面的最高温度也就愈低 即隔热性能愈好 衰减倍数值则可根据围护结构采用的构造和各层材料特性按下式计算 2020 6 5 第五章建筑防热 17 图5 4围护结构衰减倍数计算式中 e 自然对数的底 e

7、 2 71828 D 围护结构的总热惰性指标 等于各材料层热惰性指标之和 D D1 D2 Dn R1S1 R2S2 RnSn 5 9 2020 6 5 第五章建筑防热 18 S1 S2 Sn 各层材料的蓄热系数 w m2k Y1 Y2 Yn 各层材料的外表面蓄热系数 其计算方法参见本书第一章 w m2k 二 围护结构的延迟时间延迟时间指温度波通过围护结构的相位延迟 即内表面的最高温度出现时间与室外综合温度最大值的出现时间之差 以小时表示 图5 5 2020 6 5 第五章建筑防热 19 图5 5温度波的衰减和延迟对一般实体结构的延迟时间 o 可按下式计算 o 5 10 2020 6 5 第五章

8、建筑防热 20 式中 o 围护结构的延迟时间 h Ye一 围护结构外表面的蓄热系数 即图5 4中最外层外表面的蓄热系数 在这里Ye Yn按第1章中公式计算 Yi 围护结构内表面的蓄热系数 即图5 4中第一层 最内一层 内表面的蓄热系数 单位换算值 以1小时为15度 将度换算为小时 40 5 单位换算 即将弧度换算成度数 一弧度等于57 3度 则arctg 以度计的反三角函数 2020 6 5 第五章建筑防热 21 例5 2 北京某建筑西墙的构造如图5 6 试求其衰减倍数 o 延迟时间 o 解 1 计算各层热阻R和热惰性指标D 得 D 2 143 2 计算各材料层外表面的蓄热系数Y a 围护结构

9、各层的外表面蓄热系数 温度波由外向内时 D11Y2 S2 0 93 2020 6 5 第五章建筑防热 22 D31Y2 S2 0 93故可以直接计算第一层的Yi D1 1Y1 9 18Yi Y1 9 18 3 计算对室外综合温度波的衰减倍数 o i取8 7 e取19 o 27 58倍 4 计算对室外综合温度波的延迟时间 o o 5 28小时 2020 6 5 第五章建筑防热 23 三 内表面最高温度 2020 6 5 第五章建筑防热 24 2020 6 5 第五章建筑防热 25 时差修正系数 值根据由室外综合温度波动引起的内表面最高温度出现时间与由室内空气温度波动引起的内表面最高温度出现时间的

10、时间差 和二者引起的内表面温度振幅 即Atsa o 和A i 2 的比值查表5 2可得 在以上计算中对一般无空调房间 室内空气温度最大值出现时间 h 通常取16 室外空气温度最大值出现时间 h 通常取15 太阳辐射照度最大值出现时间 h 通常取 水平及南向 12 东向 8 西向 16 根据 民用建筑热工设计规范 GB50176 93 规定 在房间为自然通风情况下 建筑物的屋顶和东 西外墙的内表面最高温度 应低于当地室外夏季计算温度的最高值 即 imax temax 5 16 5 15 2020 6 5 第五章建筑防热 26 2020 6 5 第五章建筑防热 27 2020 6 5 第五章建筑防

11、热 28 a 室内空气温度波动影响到内表面温度波动的衰减倍数 i 用公式 5 14 i 0 95 8 72 9 18 8 72 1 95倍 b 室内空气波动振幅Ati 对一般无空调建筑 室内空气温度波幅完全按室外空气温度波幅减1 5 计算 得 Ati Ate 1 5 36 3 30 2 1 5 4 6 c 内表面温度波动振幅Ati iAti i 4 6 1 95 2 36 d 室内温度波动传至围护结构内表面的延迟时间 按公式 5 15 2020 6 5 第五章建筑防热 29 e 由室内温度波动引起围护结构内表面的最高温度出现时间 因为室内最高温度出现时间为16时 则由室内温度波动引起内表面最高

12、温度出现时间 ti i应为 ti i 16 1 54 17 54时即17时32分 4 综合考虑室外综合温度及室内空气温度的波动作用后的围护结构内表面最高温度及其出现时间 a 由室外综合温度波动引起的围护结构内表面温度波动振幅 Atsa o 与由室内空气温度波动引起的内表面温度波动振幅A i i 之比为 2 36 0 63 3 74 b 由室外综合温度引起围护结构内表面出现最高温度的时间 tsa i和由室内空气温度引起围护结构内表面出现最高温度的时间 ti i之差 为 tsa i ti i 20时50分 17时32分 3小时18分即3 3小时 2020 6 5 第五章建筑防热 30 C 用二者的

13、时间差 3 3小时 及振幅比 3 74 查表5 2 小数点后用插入法计算 得出 0 935 d 按 5 12 式得围护结构内表面最高温度 imax 31 86 0 63 2 36 0 935 34 66 e 围护结构内表面最高温度出现时间 参照公式 5一7 考虑时间差和振幅比 imax 17 54十0 63 3 3 2 36 0 63 18 29时 即18时17分得围护结构内表面最高温度为34 66 出现在18时17分 2020 6 5 第五章建筑防热 31 第三节围护结构隔热能力的选择和隔热措施 隔热能力的选择外墙和屋顶的隔热措施玻璃的隔热 2020 6 5 第五章建筑防热 32 一 隔热能

14、力的选择 围护结构的隔热能力的选择需考虑以下几方面 1 建筑类型对于多数无空调的建筑 夏季主要是隔绝太阳辐射热的影响 使围护结构内表面温度不高于室外空气温度 并且在夜间降温后室内热量能尽快散发出去 对于有空调的建筑 为了保持室内气温稳定 减少空气调节的能耗 要求围护结构的热工性能优于一般建筑 2020 6 5 第五章建筑防热 33 2 气候特点干热地区 由于日夜温差大 宜用热惰性指标大的比较厚重的围护结构 增加对温度波动的衰减和延迟 在湿热地区 气候特点是日夜温差较小 湿度大 建筑内主要靠通风降温 对围护结构热惰性指标的要求相对较低 3 建筑使用特点根据建筑的功能 对于主要在白天使用的房间 如

15、办公室 最好将围护结构的内表明出现最高温度的时间和使用时间错开 4 围护结构朝向由于建筑的各朝向所受夏季日辐射作用的强度不同 屋顶是隔热重点 其次是东 西向的墙和窗 再次为南向 最后为北向的墙和窗 2020 6 5 第五章建筑防热 34 二 外墙和屋顶的隔热措施 1 建筑的外表面采用浅色的粉刷或饰面 以减少围护结构的表面对日辐射的吸收率 从而降低室外综合温度 如屋顶用白色防水涂料或用白色石子代替黑色石子作为沥青油毡防水的防护层 便可以大大降低屋顶的外表面温度 图5 7为黑色 浅绿色 白色3种面层在阳光作用下的表面温度对比 从中可以看出 白色表面的最高温度可比黑色表面低25 30 这样 对同样构

16、造的围护结构 只要改变外表面颜色 便可以取得较好的隔热效果 所以 建筑的外表面宜选择对日辐射的吸收率 s 小的材料作面层 2020 6 5 第五章建筑防热 35 2020 6 5 第五章建筑防热 36 图5 8 2020 6 5 第五章建筑防热 37 从实测结果看出 在同样的室外综合温度作用下 b 屋顶的内表面最高温度比 a 屋顶低10 最高温度的降低很明显 同时 围护结构内表面日夜的平均温度和波动振幅也都有所降低 但由于夜间散热较慢 围护结构内表面夜间最低温度与 a 屋顶就相差不明显 这种构造对于日夜温差较大 或夏热冬冷地区更为适合 2020 6 5 第五章建筑防热 38 应用带有封闭空气间

17、层的围护结构 如空心大板屋顶 利用封闭空气间层隔热 为提高间层隔热能力 可在间层内铺设反射系数大的材料如铝箔 以减少辐射传热量 封闭的铝箔空气间层质轻且隔热效果好 对发展轻型屋顶很有意义 3 在围护结构内设通风间层 作成通风屋顶或通风墙 这些间层与室外相通 利用热压和风压作用使间层内的空气流动 从而带走大部分进入间层的辐射热 减少了通过下层围护结构向室内的传热 它可以有效地降低围护结构内表面的温度 这比较适合于湿热地区要求围护结构白天隔热好而夜间又散热快的建筑 通风屋顶的形式如图5 9所示 2020 6 5 第五章建筑防热 39 图5 9间层通风的组织形式 2020 6 5 第五章建筑防热 4

18、0 为取得良好的通风效果 屋顶风道长度不宜超过10m 通风间层高度不低于200mm以200 300mm左右为宜 其面层采用不保温材料 基层则应有适当的保温隔热层 同时 为了加大风压通风的效果 应尽量使风口朝向夏季主导风向 其檐口形式亦应注意有利于将风引入通风间层 例如图5 9 a 中的有兜风檐口 它的特点是在檐口处的屋顶面层挑出以兜住从下而上的气流导入通风间层内 为了增加热压通风效果 还可将出风口处的表面涂黑 提高出风口处的空气温度 如图5一9 C 通风屋顶的构造举例如图5 10 面层材料常用各种预制薄板 在基层上设置保温隔热和防水层 通风间层隔热能力的计算可参见 民用建筑热工设计规范 GB5

19、0176 93 2020 6 5 第五章建筑防热 41 图5 10几种通风屋顶 a 上人屋顶 b c 不上人屋顶 2020 6 5 第五章建筑防热 42 通风墙构造举例 如图5 11为北京一实验楼的外墙 其通风原理与通风屋顶相同 a b 图5 11通风墙 2020 6 5 第五章建筑防热 43 图5 12为图5 11 a 所示的通风复合轻板外墙与常用的370mm砖墙隔热性能比较 经计算 370mm厚砖墙的热惰性指标约为5 06 而通风复合外墙的热情性指标仅为1 58 二者相差很多 但经过对两种墙体内表面温度进行24小时连续测试表明 由于采用了通风空气间层 二者的夏季内表面温度相差却不大 图5

20、12 2020 6 5 第五章建筑防热 44 4 利用水的蒸发和植被对太阳能的转化作用降温 包括蓄水屋面和植被屋面 蓄水屋面利用水蒸发需吸收汽化热 从而大量消耗达到屋面的太阳辐射热 其构造示意见图5 13 a 在屋顶上作一个钢筋混凝土水池 蓄水高度一般应在300mm以上 以达到隔热的要求 最好用500 600mm的深池蓄水 除隔热效果较好外 深水池可以尽量减少人工补水的次数 而主要利用雨水补充 图5 13 a 蓄水屋顶 2020 6 5 第五章建筑防热 45 植被屋顶 即在屋顶上种草或其他植物 利用植物叶面的蒸腾和光合作用吸收太阳辐射 其构造示意如图5 13 b 两种屋顶在白天的隔热效果都很好

21、 但增加了结构的荷载 在构造上还必须注意水池的防水能力 并且为了减少夜间向室内散热 基层应有一定的保温隔热层 图5 13 b 植被屋顶 2020 6 5 第五章建筑防热 46 图5 14为几种屋顶构造的隔热效果实测 测试结果表明 不设隔热层的圆孔板隔热效果最差 2020 6 5 第五章建筑防热 47 改善普通玻璃对日辐射的透过 吸收和反射特性以减少进入的日辐射 在近年来有很大进展 隔热玻璃的品种主要有染色玻璃 吸热玻璃 反射玻璃以及光化学玻璃等 染色玻璃是在玻璃中加进不同的矿物原料 可呈现古铜色 蓝绿色 蓝灰色等 它与透明玻璃相比可减少眩光和避免过多的日辐射 吸热玻璃内含有较多的氧化亚铁 对红

22、外线有高度的吸收特性 且随着氧化亚铁的含量不同而有不同的对日辐射透过和吸收系数 热反射玻璃是在玻璃的一面镀或贴有不同颜色的金属薄膜 可以反射大量的辐射热 但对可见光的透过率也相对较低 如普通6mm厚玻璃的可见光透过率约为90 而反射玻璃则只有26 可能会使室内光线较暗 另外 对日辐射反射太多 会将辐射热转嫁于邻近建筑和周围环境 若大量使用有可能造成光污染 三 玻璃的隔热 2020 6 5 第五章建筑防热 48 光化学玻璃是一种可随其所受的日辐射照度而改变对日辐射透过率的玻璃 当阳光照射时 光化学玻璃的颜色变暗 但仍有一定透明度 而在光线变暗时又能恢复原有透过率 这样 既阻挡了过多的日辐射 又能

23、在日辐射不强时保持较好的透光率 几种玻璃对日辐射的透过特性见图5 15 玻璃对不同波长辐射的透过率大致如图5 16 图5 15几种玻璃的透过特性 a 普通玻璃 b 吸热玻璃 c 反射玻璃 2020 6 5 第五章建筑防热 49 透过率 2020 6 5 第五章建筑防热 50 第四节建筑的自然通风 我国南方沿海地区大部分属于湿热气候 为了创造良好的室内热环境 在建筑群和个体设计中主要应注意三个方面 即 1 有利于通风 使室内空气能顺畅的流动 良好的通风不仅可以供给新鲜空气和带走室内热量 在夏季还可以依靠空气流动以促进人体汗液蒸发降温 给人以舒适感 2 尽量减少日辐射对周围环境的影响 降低环境温度

24、 如建筑外部空间的绿化 以及设置花架 连廊等 都可以改善小气候 3 结合建筑设计 在窗口以至外墙 屋顶上设置遮阳 减小进入室内的辐射热 本节将着重介绍组织良好的自然通风问题 2020 6 5 第五章建筑防热 51 一 组织自然通风的原则 在建筑中自然通风的产生是由于建筑开口 门窗等 处存在着空气压力差 其中包括热压和风压 它们的大小除了受室内外温差和风力影响外 与建筑形式和布局都有着密切关系 1 热压通风热压的大小主要由室内外温差和进排气口高差决定 如图5 17 热压 Ps 的计算式为 Ps 9 81h e i 5 17 式中 Ps 热压 Pa e i 室外 室内的空气密度 kg m3 图5

25、17热压通风h 进 排气口中心线高差 m 9 81 换算系数 1kg m2 1mmH2O 9 81Pa 2020 6 5 第五章建筑防热 52 显然 在同样室内外温差和进排口面积的情况下 如其高差愈大 在单位时间里交换的空气量也愈多 2 风压通风风压是当风吹到建筑物上时 在迎风面上 由于空气流动受阻 速度减弱 使风的部分动压变为静压 亦即使建筑物迎风面上的压力大于大气压 在迎风面上形成正压区 在建筑的背风面 屋顶和两侧 由于在气流曲绕过程中形成空气稀薄现象 在该处压力小于大气压 形成负压区 如图5 18 如建筑上开有门窗口 气流就从正压区流向室内 再从室内向外流至负压区 形成风压通风 风压通风

26、的压力大小 主要取决于风速和由建筑各面尺寸及与风向间的夹角所决定的空气动力系数 K 其计算式为 图5 18风吹到房屋上的气流状况 2020 6 5 第五章建筑防热 53 式中 Pw 风压 Pa V 风速 m s 空气密度 空气动力系数 即某一点上的压力与风的动压之比 可以是正压 为正值 或负压 为负值 其数值在0 1之间 图5 19正立方体的空气动力系数 空气动力系数一般有专门的模型实验决定 图5 19即为一实验结果 2020 6 5 第五章建筑防热 54 二 窗口设置对室内气流的影响 1 进风口和出风口的面积比当进风口与出风口面积不等时 室内平均气流速度只取决于较小的开口尺寸 至于较小的是进

27、风口还是出风口 则差别不大 但两者的相对大小对室内最大气流速度和流场分布则有很大影响 多数情况下最大气流速度是随着出风口与进风口的比值而增加的 室内最大气流速度通常出现在接近进风口处 图5 20为两种不同的进 出口面积比时室内流场的分布情况 2020 6 5 第五章建筑防热 55 2 窗口高度 图5 21窗口高度对室内气流影响 如图5 21 a 当进 排风口都在高处时 在人体高度上不能产生期望的风速 而如图5 21 b c 用低进风口和低出风口 或用低进风口高出风口 气流可以作用于人体活动范围 便可起到通风散热作用 如用高进风口低出风口 如图5 21 d 气流仍在高处 不能吹向人体的高度 由此

28、看出 影响气流范围的主要是进风口的高度 2020 6 5 第五章建筑防热 56 3 开口的平面位置一般来说 进风口面积愈大 空气流动范围愈均匀 但如开口相距太近 就使气流导向一侧 室内其他地区会产生涡流现象 如5 22 b d 对通风不利 图5 22不同的开窗位置对风流场影响 2020 6 5 第五章建筑防热 57 4 利用建筑手法组织通风当室内进气口位置不能正对夏季主导风向时 可以利用建筑手法 如设置挡风板或导流板 利用建筑平面的凹凸 或利用绿篱等 如图5 23 以组织气流 调节室内通风 2020 6 5 第五章建筑防热 58 三 通风与建筑群的布置 风吹向建筑后 必将在其背面产生涡流区 涡

29、流区在地面上的投影又称风影 如图5 24 在风影以内 风力弱 风向不稳定 如果一幢房子位于其他建筑的风影以内 便难以借风压通风 因此 在建筑群布局时也需考虑风影长度的影响 如图5 24 b 将行列式布置改为错列式布置 便是减少挡风的措施之一 风影长度主要受风向投射角 见图5 25 和建筑物高度的影响 风向投射角对风影的影响见表5 4 2020 6 5 第五章建筑防热 59 2020 6 5 第五章建筑防热 60 从表中可看出 在风向投射角为0 即风从正面吹向建筑时 风影长度最大 前 后两建筑之间为了避免挡风所需的间距最大 约为前栋建筑高度的4倍 但若风向是斜吹 风向投射角为45时 其风影长度可

30、大大减小 因此 在建筑群布局时 可以采用加大风向投射角 使后排建筑在风影范围之外 如图5 26 但也应注意 投射角加大会使室内平均风速降低 2020 6 5 第五章建筑防热 61 图5 27为某招待所建筑群的布局 该地的主导风向投射角为60 此布局取得了良好的通风效果 2020 6 5 第五章建筑防热 62 对高层建筑 由于风速随建筑高度的增加而加大 高处的风受建筑阻挡 可在迎风面建筑高度的大约2 3以下部分形成风的涡流并对周围低层建筑的风向有较大影响 甚至会形成垂直旋风 使附近烟囱倒流 如图5 28 同时 在建筑物侧面和顶部会形成风的高速区 如高层楼下面为开敞式 也会形成高速风通道 在考虑周

31、围环境时 应加以注意 图5 28高层建筑的风A 旋风 B 高速风 2020 6 5 第五章建筑防热 63 第五节干热地区的建筑防热 在干热地区 气候特点是相对湿度小 空气干燥 白天日照强度大 温度高 夜间温度又迅速降低 建筑的防热方式和湿热地区有很大不同 主要采用的措施有以下五种 一 注意遮阳和遮挡风沙 在干热地区建筑的总体布局上 需考虑建筑之间应相互遮挡 以减少强烈的日辐射作用和大风的影响 2020 6 5 第五章建筑防热 64 二 利用绿化 水池 以及亭台 回廊等 改善建筑周围的小气候环境 同时造成人工阴影区 在窗口处设置遮阳 三 建筑布局紧凑 减少外围护结构面积和无组织的通风 四 采用热

32、惰性指标大的厚重围护结构使其对室外波动热作用有相对大的衰减倍数和延迟时间 最好在8小时以上 尽量减少室内温度波动的振幅 2020 6 5 第五章建筑防热 65 五 利用水的蒸发降温 在水分蒸发吸热降低室内空气温度的同时 还增加了空气湿度 改变干热环境 在干热地区民居中常采用这一降温方式 如图5一29为阿富汗一清真寺剖面 室外的风经风筒并通过水池和地道降温加湿后进入室内 其降温效果较好 图5 29阿富汗小清真寺 利用蒸发降温 2020 6 5 第五章建筑防热 66 埃及干热地区的民居中可见到如图5 30的作法 使室外热风经过盛满水的陶缶 陶缶仅可缓慢渗水 和吸水装置组成的冷却井 空气经加湿和水分

33、蒸发吸热降温后再进入室内 提供了比较适宜的空气温湿度 在干热地区还可以利用前 后庭院的温差 引导风从温度较低并有水池的庭院穿过房间流向温度较高的庭院排出 如图5 31 2020 6 5 第五章建筑防热 67 第六节窗口遮阳 遮阳的作用与效果建筑遮阳的基本形式遮阳构件尺寸计算遮阳对建筑隔热 通风 采光的影响 2020 6 5 第五章建筑防热 68 一 遮阳的作用与效果 窗户对室内的热条件有着极大的影响 在夏季 阳光透过窗户射入房间 是造成室内过热的主要原因之一 特别是在炎热地区 当室温较高时 如果人体再受到阳光的直接照射 将会感到炎热难受 在窗口设置遮阳 可以防止直射阳光透过窗口照射房间而引起室

34、内过热 窗口遮阳是炎热地区建筑防热的主要措施之一 窗口遮阳后 会有以下作用与效果 1 遮阳对太阳辐射热量的遮挡在直射阳光照射时间内 透进有遮阳窗口与没有遮阳窗口的太阳辐射热量的比值 叫遮阳系数 遮阳系数愈小 说明透过窗口的太阳辐射热量愈少 防热效果愈好 2020 6 5 第五章建筑防热 69 窗口的遮阳系数主要取决于遮阳形式 构造处理 安装位置 材料及颜色等因素 在广州地区进行实测得到的各主要朝向窗口的遮阳系数分别为 西向17 西南向41 南向45 北向60 由此可见 遮阳对遮挡太阳辐射热的效果是相当大的 尤其是西向的窗户 2 遮阳对室内气温的作用根据广州某西向房间的试验观测表明 在闭窗情况下

35、 遮阳对防止室温上升的作用比较明显 有 无遮阳 室温最大差值达2 平均差值达1 4 而且有遮阳时 房间温度波幅值较小 室温出现最大值的时间延迟 室内温度场均匀 因此 遮阳对空调房间可减少冷负荷 在开窗的情况下 室温最大差值为1 2 平均差值为1 这对炎热的夏季 也具有一定的意义 2020 6 5 第五章建筑防热 70 3 遮阳对采光的作用从天然采光的观点来看 遮阳设施会阻挡直射阳光 防止眩光 使室内照度分布比较均匀 有助于视觉的正常工作 但是 遮阳设施有挡光作用 从而会降低室内照度 在阴雨天更为不利 据观测 设置遮阳后 室内照度一般约降低53 73 4 遮阳对房间通风的影响遮阳设施对房间的通风

36、有一定的阻挡作用 大约会使室内风速减弱22 47 具体视遮阳的构造情况而异 因此在构造设计时应加以注意 2020 6 5 第五章建筑防热 71 二 建筑遮阳的基本形式 建筑遮阳类型很多 可以利用建筑的其他构件 如挑檐 阁板或各种突出构件 也可以专为遮阳目的而设置 按照构件遮挡阳光的特点来区分 主要有4类 1 水平式遮阳 能遮挡高度角较大 从窗户上方照射下来的阳光 适用于南向的窗口和处于北回归线以南低纬度地区的北向窗口 图5 31 a 图5 31遮阳的基本形式 a 水平式 b 垂直式 c 综合式 d 挡板式 2020 6 5 第五章建筑防热 72 2 垂直式遮阳 能遮挡高度角较小 从窗口两侧斜射

37、过来的阳光 适用于东北 西北向的窗口 图5 31 b 3 综合式遮阳 为水平和垂直式遮阳的综合 能遮挡高度角中等 从窗口上方和两侧斜射下来的阳光 适用于东南和西南向附近的窗口 图5 31 c 4 挡板式遮阳 能遮挡高度角较小 从街口正面照射来的阳光 适用于东西向的窗口 图5 31 d 三 遮阳构件尺寸的计算遮阳构件的形式和尺寸一般可根据当地需遮阳日期 时间及窗口朝向用图表法求得 在建筑日照一章中已经介绍 但针对某一时间的窗口遮阳也可按当时的太阳高度角和方位角得出准确尺寸 其计算方法分述如下 2020 6 5 第五章建筑防热 73 1 水平遮阳 参见图5 32 a 1 任意朝向水平遮阳板挑出的长

38、度按下式计算 L Hctgh cos 式中 L 水平板排出长度 m H 水平板下沿至窗台高度 m h 太阳高度角 度 太阳方位角与墙方位角差 度 A 2 水平板两翼挑出的长度按下式计算 D Hctgh sin 式中 D 一从窗口到遮阳板侧边的长度 m 2020 6 5 第五章建筑防热 74 图5 32遮阳计算 2020 6 5 第五章建筑防热 75 2 垂直式遮阳 参见图5 32 b 任意朝向窗口的垂直遮阳板挑出长度按下式计算 L Bctg 式中 L 垂直板挑出长度 m B 两面垂直板间净距 或垂直板内侧至窗口另一边距离 m 3 综合式遮阳任意朝向窗口综合式遮阳的挑出长度 可先计算出垂直板和水

39、平板两者的挑出长度 然后根据两者的计算数值按构造要求确定出综合式遮阳板的挑出长度 4 挡板式遮阳 图5 32 c 任意朝向窗口的挡板式遮阳尺寸计算 可先按照构造需要确定挡板面至墙外表面的距离L 然后按下式求出挡板下端至窗台的高度H0 即 H0 L ctghcos 式中 L 水平板挑出长度 m 再求出挡板两翼至窗口边的距离D 最后确定挡板的尺寸 即为水平板下缘至窗台高度H减去计算出的H0 便可得挡板的高度 2020 6 5 第五章建筑防热 76 例3 设在青岛地区 北纬36 06 某建筑一朝南窗口如要遮挡大暑日 7月21日 午后14时的阳光 求所需的遮阳板挑出长度及其合理形式 已知窗宽1 2m

40、窗高1 6m 墙厚240mm 解 计算当地7月21日下午14时 36 06 20 30 的太阳高度角和方位角 得 太阳高度角h 59 35 太阳方位角A 66 98 2020 6 5 第五章建筑防热 77 计算水平遮阳板的挑出长度 板宽 由于窗口朝向正南 墙的方位角 0 A 得 L 1 6 ctg59 35 cos66 98 1 6 0 593 0 391 0 37 m 即板宽0 37m 计算两翼挑出的长度 D 16 ctg59 35 sin66 98 1 6 0 592 0 92 0 871 m 翼板长 2020 6 5 第五章建筑防热 78 计算遮阳板的应有长度板长 1 2 2 0 87

41、2 94m以上计算的遮阳板宽度 L 是从墙外表面算起的 如按照遮挡阳光射入室内的要求来决定板宽尺寸 还可以在L 中减去墙厚 在此例中为240mm 则该遮阳板的挑出尺寸成为0 13m 2 94m 见图5 33 a 图5 33遮阳尺寸计算例题 2020 6 5 第五章建筑防热 79 根据以上分析 如用水平遮阳板 其挑出尺寸仅需0 13m 但两翼的尺寸却需0 87m 在这种情况下 如两窗之间的距离不大时 可做成连续式水平遮阳板 如为单独窗口 也可改用综合式遮阳板同样可以达到遮阳效果 其中垂直板挑出长度为 L 1 2 ctg66 98 1 2 0 42 0 5 m 再从L 中减去墙厚得出综合遮阳板的垂

42、直板挑出为0 26m 比水平板挑出尺寸大 为了立面一致 可按宽的一面调整一致 即将水平板与垂直板均挑出0 26m 图5 33 b 2020 6 5 第五章建筑防热 80 四 遮阳对建筑隔热 通风 采光的影响 1 遮阳与隔热窗口设置遮阳可有效地遮挡进入室内的太阳辐射热和降低室内气温 应注意的是 遮阳设施的隔热效果除取决于遮阳形式及所处朝向外 还与其构造处理 材料及颜色有很大关系 专门用作遮阳的构件 一般宜采用浅色且蓄热系数小的轻材料做成 因为颜色深及蓄热系数大的材料会吸收并储存较多的热量 影响隔热效果 如图5 34 a 为一用普通混凝土板做成的综合遮阳 板内吸收的辐射热提高了周围空气温度 热空气

43、进入室内会降低遮阳的隔辐射热效益 改变这种状况 可以使遮阳饭与墙面间留出一定距离 如图5 34 b 使部分已加热的空气逸出 最好如图5 34 C 采用轻质百页板遮阳 不但材料吸热少 而且可将热空气排出 减少进入室内的热量 2020 6 5 第五章建筑防热 81 图5 34遮阳与隔热 各种遮阳设施遮挡太阳辐射热量的效果一般以 遮阳系数 表示 遮阳系数是指在照射时间内 透进有遮阳窗口的太阳辐射热量与透进无遮阳窗口的太阳辐射热量的比值 系数愈小说明透进窗口的太阳辐射热量愈少 即防热效果愈好 几种固定式遮阳的遮阳系数可参表5 5 因影响遮阳系数的因素很多 表内为实验数据 仅供参考 2020 6 5 第

44、五章建筑防热 82 由于遮阳对日辐射的遮挡 可使夏季室内气温 尤其是室内最高气温明显地降低 特别是对不开窗的有空调的房间 增加遮阳后一般可降低室温达2 而且使房间里的温度波动小 室内出现高温的时间也较晚 显然 遮阳对有空调的房间减少冷负荷十分有利 对一般房间 在开窗情况下 遮阳也可使室温降低1 多 加上挡住了从窗口进入的直接热辐射影响 都有助于为人们在夏季创造良好的室内热环境 表5 5几种遮阳的遮阳系数 2020 6 5 第五章建筑防热 83 2 遮阳与采光 如前面所讲 从天然采光的观点来看 遮阳设施一方面可阻挡直射阳光 防止眩光 有助于视觉的正常工作 但是 遮阳有挡光作用 从而会降低室内照度

45、 在阴天更为不利 几种形式遮阳对室内照度的影响大致如图5 35 图中阴影部分为工作面上的照度值 其中水平和垂直遮阳板约可使照度降低约20 40 综合遮阳可使照度降低约30 55 左右 图5 35各类遮阳设施的采光效果 2020 6 5 第五章建筑防热 84 3 遮阳与通风 遮阳对房间通风有一定阻挡作用 使室内风速有所降低 实测资料表明 在有遮阳的房间 室内风速约减弱22 47 风速的减弱程度和风场流向都与遮阳的设置方式有很大关系 下图为几种遮阳设施的通风效果 在有风的情况下 遮阳板紧靠窗上口会使进入室内的风容易向上流动 不能吹到人的活动范围内 图5 36 a 而图5 36 b C d 3种设置方式都可以不同程度地使风的流向下降 吹向人们活动的高度范围内 图5 36几种遮阳设施的通风效果 2020 6 5 第五章建筑防热 85 综合上述 说明遮阳一方面可以隔热降温 同时又对采光 通风有一定影响 在很多地区 夏季需遮阳而冬季又需要有日照 因此理想的尺寸应是根据当地冬季和夏季的太阳高度角变化分别计算 使其在室内过热时有满窗遮阳 而在低温时又有足够的日照 如下图 另外 采用绿化或活动遮阳装置 也可取得较好的较果 2020 6 5 第五章建筑防热 86 作业 一 P108习题5 1习题5 3二 其它习题选择做 GOODBYE 100分