第三章 建筑防热(李井永)

第3.3节 建筑遮阳
• 虽然波士顿市政厅（1964） 给人留下的第一印象是极富 韵律的、柱廊般的混凝土垂 直遮阳板。因为层层向内缩 进的平面使得每层的窗户都 于不知不觉中获得了自然的 水平遮阳。波士顿市政厅无 疑受到柯布西耶作品的极大 影响。其体形厚重、有雕塑 感。
第3.3节 建筑遮阳
• 格栅式遮阳（综合式遮阳）
第3.3节 建筑遮阳
• 遮阳与隔热
第3.3节 建筑遮阳
• 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。
第3.3节 建筑遮阳
第3.3节 建筑遮阳
• 遮阳构件尺寸计算
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 ，但针对某 一时间的窗口遮阳也可按当时的太阳高度角和 方位均得出准确尺寸。
第3.3节 建筑遮阳
水平遮阳计算
（l）任意朝向水平遮阳板挑出的 长度按下式计算：
L＝H ctghs·cos γ
第3.2节 围护结构的隔热
• 建筑使用特点
• 白天使用的房间：将内表面最高温度 出现的时间和使用时间错开。
第3.2节 围护结构的隔热
围护结构朝向
• 不同朝向受太阳辐射的强度不同。 • 隔热重点： 屋顶 东、西向墙和窗 南向墙和窗 北向墙和窗
第3.2节 围护结构的隔热
外墙和屋顶的隔热措施
隔热措施：整体隔热＋围护结构隔热
• 格栅式遮阳综合了水平遮阳和垂直遮阳的优点，对于 各种朝向和高度角的阳光都比较有效。
在综合使用各种遮阳方式方 面，柯布西耶设计的昌迪加 尔议会大厦及高等法院 （1951-1956 ）是当之无愧 的典范。
第3.3节 建筑遮阳
• 绿化遮阳
• 大自然给我们提供了一些天然的遮阳手段，树木或攀 缘植物可以用来遮挡阳光，形成阴影，其效果总体来 说相当不错。 • 绿化遮阳不同于建筑构件遮阳之处还在于它的能量流 向。植被通过光合作用将太阳能转化为生物能，植被 叶片本身的温度并未显著升高。而遮阳构件在吸收太 阳能后温度会显著升高，其中一部分热量还会通过各 种方式向室内传递。 • 最为理想的遮阳植被是落叶乔木，茂盛的枝叶可以阻 挡夏季灼热的阳光，而冬季温暖的阳光又会透过稀疏 枝条射入室内。
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。
第3.3节 建筑遮阳
• 综合式遮阳计算
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。
第3.3节 建筑遮阳
四、室外综合温度
• 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 有很大的变化。 • 不同朝向表面接 受的太阳辐射照 度有很大的差异， 见图。
四、室外综合温度 • 综合温度是波动的，以一天为周期，为 了进行隔热计算，还需要确定综合温度 的最大值、昼夜平均值和昼夜温度波动 振幅。 • 综合温度平均值
第3.2节 围护结构的隔热
建筑类型 • 夏季 无空调
白天：主要隔绝太阳辐射,使得围护结构内表面温 度不高于室外空气温度。 夜间：室内热量尽快散发出去。
有空调：围护结构隔热性能优于一般 建筑。
第3.2节 围护结构的隔热
• 气候特点 • 干热地区：日夜温差大，采用热 惰性指标大，厚重的材料。增加 对温度波动的衰减和延迟。 • 湿热地区：湿度大，通风降温。
第3.3节 建筑遮阳
• 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。
第3.3节 建筑遮阳
建筑遮阳的目的是阻断阳光直射，这样做的好处 有三个： • 可以防止透过玻璃的直射阳光使室内过热； • 可以防止建筑围护结构过热并造成对室内环境 的热辐射； • 可以防止直射阳光造成的强烈眩光。
这三点对于处于低纬地区尤为重要。
第3.3节 建筑遮阳
一、建筑遮阳应遵循的原则
• 合理选择建筑朝向，处理好建筑物立面， 尽量避免夏季太阳光直射室内 • 充分利用建筑构件和绿化遮阳 • 遮阳设施综合考虑室内通风、采光、视野 及防雨问题
第三章 建筑防热
第3.1节 建筑防热途径与防热标准
一、夏季室内过热的原因
• 围护结构传入热量 • 太阳辐射 • 自然通风过程中热空气的传入 • 邻近建筑物、地面、路面对房间围 护结构的反射辐射及长波辐射 • 室内生产、生活及设备产生的余热
第3.1节 建筑防热途径与防热标准
二、建筑防热的途径
• • • •
式中：L——水平板挑出长度，m； H——水平板下Βιβλιοθήκη Baidu至窗台高度，m； hs——太阳高度角，度； γ——太阳方位角与墙方位角差，度。
（2）水平板两翼挑出的长度按下 式计算：
• D＝Hctghs· sinγ
式中：D——从窗口到遮阳板侧边的长度， m。
第3.3节 建筑遮阳
垂直式遮阳计算
• 任意朝向窗口的垂直遮 阳板挑出长度按下式计 算： L=B ctgγ
第3.3节 建筑遮阳
按照构件遮挡阳光的特点来区分， 主要分为几类：
一、人工遮阳方式
• • • • 水平式遮阳 垂直式遮阳 综合式遮阳（格栅） 挡板式遮阳
二、绿化遮阳 三、建筑自遮阳和群体互遮阳
第3.3节 建筑遮阳
水平式遮阳
• 在低纬地区或一年中的夏季， 由于太阳高度角很高，建筑 的阴影很短，因而水平遮阳 比垂直遮阳更加有效。在湿 热地区，悬挑出的长长的屋 檐足以起到遮阳蔽雨的作用。 • 印第安普埃布洛人悬崖宫殿 遮阳
第3.3节 建筑遮阳
• 遮阳与采光
• 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， 在阴天更为不利。
第3.3节 建筑遮阳
• 据观察，一般室内照度可降低20％～58％。几种形式遮阳 对室内照度的影响大致如图。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。
第3.2节 围护 结构的隔热
几种通风屋顶
和
通风墙面
第3.2节 围护结构的隔热
砖墙和通风墙 的隔热比较 370mm砖墙 的热惰性指 标是5.06 通风墙的热惰 性指标为 1.58 夏季内表面温 度相差不大
第3.2节 围护 结构的隔热
• 利用水的蒸发和植被对太 阳能的转化作用降温。
• 蓄水池：水蒸发吸热，消耗 太阳辐射热。（蓄水高度 300mm以上－600mm） • 植被屋面：利用叶面的蒸腾 作用和光合作用吸收太阳辐射。 无土栽培（培养液＋水渣、珍 珠岩、陶粒）。植物通过新陈 代谢的蒸发作用，能够控制环 境的温度和湿度。一棵大树每 天能够蒸发450升的水，相当 与消耗23万千卡的蒸发能量， 相当于5台每小时消耗2500 千卡的空调机每天工作19个 小时。 • 设计中注意问题：屋顶防水和 结构荷载；
第3.2节 围护结构的隔热
• 屋顶绿化能够起到和地面绿化一样 的调节气候的作用。某些植物在 7cm厚的砾石土和沙土中就能够生 长，一些耐寒植物能够在这样浅的 土壤和腐殖物的环境中成活。屋顶 庭院还可以用于城市农业，许多蔬 菜只要在不到20cm的土壤中就可 以生长。
第3.2节 围护结构的隔热
• 几种 屋顶 的构 造与 隔热 效果
• 建筑遮阳应经久耐用、造型美观、构造简 单、使用方便
第3.3节 建筑遮阳
二、建筑遮阳的方式 • 由于日辐射强度随地点、日期、时间和朝 向而异，建筑中各向窗口要求遮阳的日期、 时间以及遮阳的形式和尺寸，也需根据具 体地区的气候和窗口朝向而定。 • 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。
• 挡板式遮阳
• 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，然后按公式求 出挡板下端至窗台的高度H0，
式中：L——水平板挑出长度，m。 再根据前面公式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Ho，便 可得挡板的高度。
第3.3节 建筑遮阳
• 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。图为几种遮阳设施的通风效 果。
隔热 遮阳 通风 绿化
第3.1节 建筑防热途径与防热标准
三、隔热设计标准
• 《民用建筑热工设计规范》（GB 50176-93）2003年10月1日开 始实施。 • 《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ 26-95） 1996年7月1日开始实施。 • 《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 134-2001） 2001年10月1日开始实施。 • 《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 75-2003）2003 年10月1日开始实施。 • 《公共建筑节能设计标准》（GB50489-2005）2005年7月1日 开始实施。
• 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。
第3.2节 围护结构的隔热
围护结构内设通风层 • 空气间层与室外相通，利用热压或者风
压使间层空气流动，带走进入间层的辐 射热，有效降低围护结构内表面的温度。 白天隔热好，夜间散热快。
第3.2节 围护结构的隔热
• 通风屋顶：长度（小于 10m）和高度（200300mm） 面层不保温材料，基 层采用适当保温材料 风口朝向夏季主导风 向。 檐口形式：有利于将 风引入间层。风兜＋出 风口涂黑。
第3.3节 建筑遮阳
• 希腊帕提农神庙 • 罗马斗兽场
第3.3节 建筑遮阳
• 垂直遮阳
• 与水平遮阳相比，垂直遮阳主要 是根据太阳方位角来实现对光线 的遮挡，因此垂直遮阳能够有效 地挡住高度角很低的光线，适合 用于遮挡东西向阳光。
第3.3节 建筑遮阳
• 亚利桑那州凤凰城中央图书馆 则将垂直遮阳其作为一种标志 或装饰：由钢架支撑起的片片三角帆布最直观地向我们展示 了垂直遮阳所具有的艺术感染力，在浩瀚、酷热的西部沙漠 之中，那片片白帆仿佛使人们看到蔚蓝的大海。
第3.1节 建筑防热途径与防热标准
四、室外综合温度
• 室外综合温度＝室外气温＋（太阳辐射 对围护结构的热作用产生的）当量温度
=
+
• 考虑到室内有人活动，一般认为，夏季的室内空气温 度高于室外空气温度。 • 围护结构隔热隔的是室外综合温度。
四、室外综合温度
称为太阳辐射的“当量温度”， 或称为“等效温度”，表示
第3.2节 围护结构的隔热
一、外围护结构隔热设计原则
• • • • 重点考虑屋面、西墙、东墙的隔热 外表面做浅色处理 设置通风间层，利用空气对流散热 围护结构的热工性能应适合地区特点
• 利用水的蒸发和植被对太阳能的转化作用降 低建筑物的温度 • 充分利用自然能源降温 • 空调房间的传热系数应符合相应的规范要求
（屋顶、墙面朝向、颜色和通风间层）
第3.2节 围护结构的隔热
• 选择材料和颜色，减少 日辐射的吸收率 减少吸收率：颜色和材料， 白色表面的温度低于其 他颜色，浅色低于深色。 采用吸收率（ ）小的 材料
第3.2节 围护结构的隔热
• 使用实体隔热材料或带有封闭空气 间层的围护结构
• 提高材料的热阻和热惰性指标值，加大对温度 波的阻尼，提高衰减倍数和延迟时间。降低内 表面平均温度和最高温度。 • 带有空气间层的围护结构，利用封闭空气隔热， 提高隔热能力。并且，可以加上铝箔。