建筑幕墙的遮阳板设计_曾会容

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此外, 还可以根据遮阳的各种功能、艺术形 式进行更多类型的划分。
二、遮阳系统的功能设计
顾名思义, 建筑遮阳系统的主要功能就是遮 阳。不管在建筑的室内还是室外, 设计各种各样 的遮阳系统就是为了阻挡阳光和紫外线直射入室 内, 阻止室外热量直接进入室内, 以更好地达到 建筑的节能效果。除此之外, 在设计建筑遮阳系 统时, 还应考虑它充足的通光量来保证室内的采 光需要, 由室内向外看具有良好的视线效果, 同 时, 满足建筑物的艺术效果也是非常重要的。
0.60
浅 色 或 透 明 玻 璃 、卡 布 隆 、有 机 玻 璃 挡 板
0.80
金 属 或 其 它 非 透 明 材 料 制 作 的 花 格 、百 叶
的墙面时, 其太阳高度角较小, 水平式遮阳板的
遮阳效果就显得不足。所以, 宜在东、西向幕墙
面及东北、西北方向的幕墙面上使用垂直形式的
遮阳板进行遮阳。
建筑户外垂直遮阳板的进深尺寸、遮阳板的
水平间距, 满下列关系:
W = S×ctgλ
( 7)
式中:
W— ——遮阳板的进深尺寸;
S— ——遮阳板设置的水平间距;
门窗幕墙
建筑幕墙的遮阳板设计
曾会容
摘 要: 本文根据实际工程经验, 通过部分建筑
遮阳设计的经典资料, 简要介绍了遮阳技术在建筑幕
墙中的应用, 以供读者在建筑幕墙遮阳设计时参考。
关键词: 建筑节能; 遮阳板; 遮阳系统; 遮阳帘;
智能遮阳;
[中 图 分 类 号]TU2 2 8
[文 献 标 识 码]B
[文章编号]1671- 3362( 2008) 06- 0030- 06
归线以南地区的北向墙面、接近北向的墙面幕墙,
可采用水平方式的遮阳板进行遮阳。
建筑户外水平遮阳板的进深尺寸、遮阳板的
竖向间距, 应满足下列关系:
W=S×cos (λ) ×ctg (α)
( 5)
32 中国建筑金属结构 2008 /06
式中:
W— ——遮阳板的进深尺寸;
S— ——遮阳板设置的垂直间距;
α— ——太阳高度角, 按公式 ( 2) 计算;
λ— ——太阳方位角与墙面法线间的夹角, 按公
式 ( 6) 计算:
λ=|β- η|
( 6)
式中:
β— ——太阳方位角, 按公式 ( 4) 计算;
η— ——墙面法线与正南方向夹角, 与 β位于正
南向同侧时取正, 位于正南向异侧时取负。
( 2) 垂直式遮阳板
垂直式遮阳板主要用于太阳高度角较小的墙
面。在我国, 太阳照射东、西、东北、西北方向
太阳赤纬角 (度) 可近似按下式计算:
2008 /06 China Construction Metal Structure 31
门窗幕墙
δ=23.5×sin (n- 90)
( 3)
式中:
n— ——自冬至开始计算的天数, 一个整月算 30
天, 作为遮阳计算可以满足精度要求。
( 4) 太阳的方位角
太阳的赤纬角示意图
δ— ——太阳赤纬角, 按公式 ( 3) 计算;
Ω— ——太阳的时角, 按公式 ( 1) 计算;
α— ——太阳高度角, 按公式 ( 2) 计算。
2. 遮阳板的尺寸设计及计算方法
通过上面对太阳照射角的分析, 我们可以知
道处于不同纬度和太阳高度角位置的建筑, 其不
同的方位应如何去设计遮阳系统。其遮阳板的大
在进行建筑遮阳板设计时, 应充分考虑的几 个因素及其计算方法。
1. 太阳的照射角 在进行遮阳板等遮阳系统的设计时, 首先应 考虑的是太阳入射角度。不同入射角度的太阳光 对建筑物的照射、照射的强弱都有相当大的影响,
下面来分析一下太阳的照射角度及其计算方法。 ( 1) 太阳的时角
太阳的照射角示意图
地 球 自 转 一 周 , 太 阳 时 角 变 化 360°, 相 应 的
感应智能控制则是通过探头对太阳照射高度位置、
方向及太阳光强弱的感应而自动调节遮阳板 ( 帘)
的遮阳方向、角度、位置、遮阳面积大小等, 以
达到遮阳的目的。这种遮阳系统特别是用于屋面
采光系统的遮阳具有特别好的效果。
4. 外遮阳系数的确定
外遮阳系数实际就是透过有遮阳措施的围护
结构和没有遮阳措施的围护结构的太阳辐射热量
Leabharlann Baidu
的比值。遮阳系数受到材料本身特性和环境的控
门窗幕墙
制。遮阳系数愈小, 透过外围护结构的太阳辐射
量愈小, 防热效果就愈好。
( 1) 对于百叶、花格、挡板之类的遮阳设施,
其遮阳系数是与太阳入射角, 即高度角和方位角密
切相关的。这种状况的遮阳系数可采用下式表示:
MW=1- (1- η) ×(1- η′)
几种材料的 η′值如下表:
我国处于地球的北半球, 在赤道以北地区,
材料名称
η′值
南北所跨的纬度大, 地域广。因此, 对于南北地
混凝土类非透明材料挡板
0.00
区的遮阳系统设置应根据地区的不同而进行有针
金属挡板
0.10
厚 帆 布 、玻 璃 钢
0.40
深 色 玻 璃 、卡 布 隆 、有 机 玻 璃 挡 板
作为现代建筑的外墙装饰主体, 玻璃幕墙已 成为现代建筑运用较多的外围护结构。但从建筑 热工分析及节能方面来看, 玻璃幕墙又处于建筑 物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位, 它的 失 热率 是 传 统 墙 体 失 热 损 失 5~6 倍 。 据 各 种 文 献 分析数据说明, 幕墙的能耗约占整个建筑能耗的 40%左右。目前, 在我国特别强调节能环保和建筑 节 能 , 颁 布 的 节 能 标 准 有 《夏 热 冬 冷 地 区 居 住 建 筑节能设计标准》 (JGJ134- 2001)、 《夏热冬暖地 区 居 住 建 筑 节 能 设 计 标 准 》 (JGJ75- 2003)、 《外 墙外保温工程技术规程》 (JGJ144- 2004)、 《公共 建筑节能设计 标准》 (GFB50189- 2005) 等等 , 同 时 , 《玻 璃 幕 墙 工 程 技 术 规 程 》 (JGJ102- 2003) 也对幕墙的节能做出了特别的要求。对于幕墙来 说, 节能设计有极其重要的地位。
因此, 遮阳系统的功能主要体现在如下几个 方面。
30 中国建筑金属结构 2008 /06
门窗幕墙
1. 遮光功能。减 少或阻止强 烈太 阳 光 直 射 室 内, 避免太阳眩光照射, 让室内得到柔和的太阳 光照。遮阳系统这个功能的设计指标主要是根据 建筑师对室内采光的要求为依据进行设计, 不同 使用功能的房间对其遮阳系数也会有不同的要求, 因此, 在进行遮阳系统的设计时应完全满足建筑 对遮光系数的要求。
λ— ——太 阳 方 位 角 与 墙 面 法 线 间 的 夹 角 , 按
(6) 计算。
3. 自动遮阳系统及遮阳帘
智能遮阳系统及遮阳帘, 由于其自身的特点,
可以适应于各个不同纬度及建筑物方向的使用。
自动遮阳系统可分为人工电动控制及感应智
能控制。
人工电动控制可以人为根据一天内太阳光的
照射角度及强弱对遮阳系统进行角度的调节。而
地球公转轨道与赤道交角的存在, 使地球绕
太阳公转时产生太阳赤纬的周年变化, 表现在地
面上便是太阳直射点的东升西落, 南北移动, 周
而复始。这种有规律的变化用太阳方位角来表达,
计算公式如下:
sin (β) =cos (δ) ×sin (Ω) /cos (α)
( 4)
式中:
β— ——太阳方位角 ( 度) ;
( 3) 太阳的赤纬角
太阳的赤纬是指太阳离开天赤道的角距离,
其值等于太阳在地球上投影的经度和纬度。不同
日期太阳投影的纬线不同, 一年中阳光直射纬线
所形成的圆心角就是太阳的赤纬角。太阳赤纬角
范围在- 23 度 27 分 ( 冬至) 到 23 度 27 分 ( 夏至)
之间, 春分和秋分赤纬角为 0 度。遮阳板设计时,
sin (α) =
sin (Φ) ×sin (δ) +cos (Φ) ×cos (δ) ×cos (Ω) ( 2)
式中:
α— ——建筑物所处的高度角 ( 度) ;
Φ— ——建筑物所处的纬度 ( 度) ;
δ— ——太阳赤纬角, 按公式 ( 3) 计算;
Ω— ——太阳时角 (度), 按公式 ( 1) 计算。
n— ——观 测 时 间 , 按 一 天 24 小 时 观 测 。 正 午
时为 0, 上午时角为负值, 下午为正值。
( 2) 太阳的高度角
对于地球表面上某点来说, 太阳的空间位置
可用太阳高度角和太阳方位角来确定, 太阳高度
角 α是地球表面 上某点 和 太 阳 的 连 线 与 地 平 面 之
间的交角。太阳高度角 (度) 用下式计算:
建筑的节能设计, 除了利用建筑外装饰本身 的材质或经过外表面处理的材质 ( 如中空玻璃、 镀膜玻璃等) 进行遮阳外, 在幕墙的室外和室内 设计遮阳系统, 如装设遮阳板、遮阳百叶、遮阳 帘等, 也是达到建筑节能的重要手段, 而且效果 远比单纯改变装饰材质达到的性价比高。
因此, 建筑的遮阳设计不仅能使建筑的节能 设计更好地达到标准规范的要求, 同时, 还能更 好地改善人们居住、办公和城市的审美环境, 同 时创造实在的经济价值。
小、方向、面积应如何进行设计和计算。下面就
遮阳板的大小、不同地区遮阳板在建筑物上的布
置形式, 以赤道为界, 以地球的北半球为例进行
介绍 ( 南半球正好与之相反) 。
( 1) 水平式遮阳板
水平式遮阳板主要用于太阳高度角度大的墙
面。在我国, 因太阳照在南墙面时的高度角大,
所以在南朝向、接近南向的幕墙上, 以及在北回
3. 按控制装置 不同分: 固定 式 遮 阳 系 统 、 手 动式遮阳系统、电动控制式遮阳系统、全天候智 能化遮阳系统等;
4. 按使用材料 的不同分: 铝 合 金 型 材 、 铝 合 金板、玻璃、铜板、不锈钢板、不锈钢管、不锈 钢网、木材、陶土、纺织物、无纺布等;
5. 按照建筑立 面效果的不 同分 : 水 平 式 、 竖 立式、倾斜式、收缩式、可闭合式等。
( 8)
式中:
遮阳外挑状态示意图
η— ——遮阳装置的轮廓透光比; η′— ——遮阳装置构造透光比。 遮阳装置的轮廓透光比为窗面积扣除遮阳装 置轮廓在窗面上阴影面积所得到的剩余面积与窗
水平遮阳板和垂直遮阳板组合成的综合遮阳, 其外遮阳系数值应取水平遮阳板和垂直遮阳板的 外遮阳系数的乘积。
面积的比值。
四、遮阳系统的设置要求
时 间 为 24h, 每 1h 地 球 自 转 的 角 度 约 为 15°。 正
午, 太阳时角为零 ( 太阳时角是以当地太阳位于
正南向的瞬时为正午) , 其他时间太阳时角的数值
等于离正午的时间乘以 15。太阳时角 (Ω) 计算公
式如下:
Ω= (n- 12) ×15
( 1)
式中:
Ω— ——时角 ( 度) , 正南方为 0°;
下面就遮阳板的设计技术做些探讨。
一、遮阳装置的分类
建筑的遮阳种类很多, 可以按其功能、布置 方式、安装位置、使用材料、闭合方式等不同进 行区分。
1. 按安装位置 不同分: 内遮 阳 系 统 、 外 遮 阳 系统、屋面遮阳系统、墙面遮阳系统、层间遮阳 系统等;
2. 按 形 状 类 型 不 同 分 : 遮 阳 板 、 遮 阳 格 栅 、 遮阳百叶、遮阳帘等;
4. 建筑审美功 能。轻巧美观 并富 于 形 象 变 幻 的建筑遮阳板能为建筑外观增添艺术形象效果, 同时为人们享受自然和观景带来乐趣, 体现出现 代建筑艺术美学气息。遮阳板的设计需要满足人 们对美学和观景的追求, 这也是现代遮阳板与老 式遮阳装置的主要区别。
三、遮阳板的设计
建筑上遮阳板的设计与建筑物所处的地理位 置、太阳的高度位置是密切相关的, 所以, 在进 行遮阳板的设计时, 对其尺寸大小、安装方式进 行分析时, 还应充分考虑其所处的地理位置、太 阳的高度位置等因素。
3. 隔 热 节 能 功 能 。 减 少 太 阳 热 量 进 入 室 内 , 降低室内温度, 以节约空调费用。一般来说, 隔 热作用可以用遮阳系数来评价。遮阳系数的定义 和计算受到多方面因素的影响, 可以定义为夏季 室内空调能量的节约比率, 这样定义考虑因素比 较全面, 具有实际意义。要求遮阳板的设置能够 显著地增大遮阳系数, 以尽量减少热量进入室内, 达到节约能源的目的。
2. 调节采光功 能。遮阳系统 的设 计 不 仅 要 有 利于遮光, 更要有利于采光。它不仅是要阻止阳 光直射和紫外线进入室内, 防止产生眩光照射, 而且更要有效地保证室内的良好采光环境。利用 遮阳系统调节光线进入室内的模式, 使阳光通过 漫反射均匀地进入室内, 让光线变得柔和、亲切、 宜人, 有利于营造一种和谐的生活和工作环境, 保护人体和眼睛健康。
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