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中空式外遮阳自然通风一体化系统设计的建构

作者: 发布时间:2020-02-03 13:16:08 阅读: 37 次

摘要:遮阳和自然通风是两种传统而有效的降低夏季室温的节能手段。目前国内对自然通风与遮阳构件的关系方面的研究较少。在新的背景下,本文提出了“中空式外遮阳通风一体化系统”的概念,此系统试图结合建筑遮阳与自然通风这两方面的优势,尝试以新的方法处理建筑遮阳与自然通风的关系,使其二者之间、二者与建筑之间进一步整合为有机整体。

关键词:外遮阳 自然通风 一体化设计

1  概念的提出

目前,对于被外遮阳板遮挡的这部分太阳能的回收利用上,常见的做法是在遮阳板上附加太阳能电池板,或作为太阳能热水器的集热器以获得生活热水。但作者认为,遮阳板无论是作为太阳能电池板还是作为热水集热器,两种方法回收的太阳能都几乎没有对解决夏季建筑最主要的任务——降低室内温度——做出直接贡献。如果遮阳板能利用太阳的辐射热作为热压通风的热源,驱动自然通风,这样既把太阳辐射挡在建筑外,又把太阳辐射热变害为利,为自然通风服务,可谓一举两得。

因此,作者提出了“中空式外遮阳通风一体化系统”(Incorporate System of Canulate Shading & Natural Ventilation)的概念(以下简称ISV系统)。

2  ISV系统的基本原理

本系统的基本构造及原理如图1所示:在建筑的外窗两侧,安装两片中空的垂直遮阳板,外墙在紧邻遮阳板上下两端的部分开孔(分别称为进风口和回风口),使遮阳板的空气腔下部开口与室内空气连通,空气腔的上部开口(出风口)则与室外大气联通。

夏季,进风口、出风口开启,回风口关闭。遮阳板阻挡阳光进入室内,同时吸收阳光太阳辐射热,板壁温度升高,通过辐射和对流换热使腔内空气受热,腔内空气密度降低后自然上升,经上部排气口排出室外,此时腔体下部形成一定负压,室内空气从下部进风口进入腔体。此时室内处于负压状态,因此可在房间的另一面设置新风口,使新鲜的凉爽空气流进室内,形成循环通风换气过程。

3  ISV系统的设计

3.1  ISV系统设计的考虑因素

由于ISV系统自身的特性,结合遮阳设计以及自然通风设计的要点,在设计时需要考虑以下因素:

(一)根据朝向合理选型:不同朝向、不同部位应有不同的遮阳方式。因此进行ISV系统首先是一个遮阳构件,设计的步应仔细分析建筑物所处的环境与朝向,选择不同的结构形式,适应不同的要求。

(二)善用材料的光学及热力学性能:本系统提出了吸收太阳能的需要,材料上可借鉴已有的太阳能技术,如向阳面采用玻璃,利用 “温室效应”机制吸收太阳能;腔体内采用吸收率高的涂层材料等等。

(四)结合已有节能技术:本系统的核心工作原理与太阳能烟囱、太阳墙等太阳能技术十分近似,同样利用烟囱效应,不同的只是具体构造形式与适用场合。因此,条件允许的情况下尽可能考虑与已有节能手段结合。

(五)防火方面:由于本系统必然存在空气的垂直通路,发生火灾时可能会成为烟气的通道、加速火势向上蔓延。因此必须遵循垂直防火分区原则,垂直通道不可跨越两个分区,各单元之间也应做好防火措施。

3.3  ISV系统设计的总体思路

ISV系统的设计思路与传统的遮阳系统设计有较大的区别。传统遮阳的设计思路步骤可以概括为:

1)设置遮阳条件;(2)确定遮阳时间;(3)选择遮阳类型;(4)计算遮阳板尺寸;传统的遮阳设计到此即告结束,而ISV系统的设计仍需完成以下步骤:

5)综合气流布局、墙体厚度、外观等因素选择遮阳板的厚度、进出风口的高度、长度尺寸,计算在确定的遮阳时间内遮阳单元的通风量大小;(6)校核通风量大小是否满足预设的通风量要求,不满足则调整遮阳单元的关键性尺寸,扩大受热面积,再次校核直至满足要求。

4 ISV系统的适用范围

    本小节主要从地域范围、建筑类型、建筑维护结构三个层面分析本系统的适用范围。

(一)地域范围。本系统可应用于我国大部分夏季室内需要通风降温的炎热地区、夏热冬暖地区、夏热冬冷地区,但并非所有地区都能充分发挥本系统的更大性能。例如处于我国东南沿海的炎热地区,夏季雨量充沛,云量大,太阳辐射量的强度和稳定性较差, 如广州6月份的月累计太阳辐射量观测值仅为337MJ/。本系统对太阳辐射有很大的依赖性,直射辐射的强弱直接影响自然通风的能力,而在没有太阳直射但依然闷热的多云天气里将只能依靠漫反射辐射。夏热冬暖地区也有类似问题。而夏热冬冷地区大陆性气候明显,夏季气温高,冷负荷需求同样很大,同时相对湿度较低,雨量少,云量低,地表过热蒸发严重,太阳辐射强烈,稳定性较好。如西安6月份的月累计太阳辐射量观测值达529MJ/。虽然湿度不大,但自然通风对室内热环境和人体热舒适仍起到可观的改善作用。所以,由于本系统通风能力与太阳辐射成正比的特点,在北方夏季干热地区可以发挥其更大的性能。

(二)建筑类型。由于系统要求存在一定高差以形成热压,因此对层高较高的各类公共建筑均有用武之地,特别适用于不适宜开窗洞的场合,如博物馆、展览馆、电影院、大型商业体等等,本系统可一定程度上减轻其对主动式通风系统的依赖。对于数量巨大的高层居住建筑,出于防火方面的考虑,宜每层分隔,各自为政的方式设计。

(三)维护结构。一般遮阳系统可按建筑维护结构的位置分类,例如屋顶遮阳、墙体遮阳、窗口遮阳等等。建筑中墙体的受辐射面更大,在墙体上做遮阳可大幅度降低室内得热,而且不存在视线遮挡的问题;窗口遮阳则可阻挡阳光直接进入室内,但存在一定程度的视线遮挡;屋顶遮阳在所有维护结构中接收的太阳辐射量更大,应尽可能引入本系统中,可与墙体遮阳结合为一个整体,共同形成高差与空气通路。所以,本系统原则上可运用于一切有遮阳需要的维护结构上。

5 结语

综上所述,ISV系统的概念具有一定的实用价值,但必须经过大量的后续理论及实验验证才能真正发挥实际作用。它作为对遮阳与自然通风关系的一种新思考,希望能对遮阳设施的设计提供一个新的启发。

 

参考文献

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[2]林其标. 亚热带建筑[M]. 广州:广东科技出版社,1997. 7

[3]王新泉. 通风工程学[M]. 北京:机械工业出版社,2008

[4]张磊,孟庆林.广州地区屋顶遮阳构造尺寸对遮阳效果的影响[J].建筑学报, 2004(8)