邯郸地区托幼建筑遮阳设计.pdf

第39卷第1期
四川建筑科学研究
2013年2月
Sichuan Building Science
28
邯郸地区托幼建筑遮阳设计
周昌昊',霍玉佼2,孙凤明
(1.上海民港国际建筑设计有限公司,上海200011;
2.河北工程大学建筑学院,河北邯郸05038)
摘要:通过对邯郸地区遮阳基本参数的计算,提出符合托幼建筑性质的遮阳策略,并对遮阳构件尺寸等进行了具
体设计,分析了遮阳对室内舒适度的影响。
关键词:托幼建筑;遮阳;节能;设计
中图分类号:TU24.1文献标志码:B文章编号:1008-1933(2013)01-281-05
0前言
P
随着国家对学前教育重祝程度的不断增强,我
国托幼建筑数量骤增,加上体型系数大等自身的问
题,对能量的消耗越来越严重。托幼建筑节能调査
报告显示,电能为最主要的消耗能源,空调和照明的
赤纬
总耗电量约占耗电总量的80%。如何最大限度的
组织自然采光和进行有效的遮阳设计,是托幼建筑
赤道面
节能设计的重点。
1基本参数计算
邯郸地区位于河北省最南部,北纬36.5°,东经
114.3°,处于中国建筑气候分区的ⅡA区。
图1太阳位量与赤纬及时角的关系
1.1赤纬
式中Ω一时角,度;
地球在公转中,阳光直射地球的变动范围用赤
んー-时间(小时),按当地太阳时计算。
纬δ表示(图1)。赤纬随着地球在公转轨道上位置
的不同而变化(表1)。
0时角/
表
年中几个典型节气的赤纬8
10°上ニニニニ
季节
日期
春分
3月21日或22日
0.002,004.006.008.0010.00
夏至
6月21日或22日
时间
4.0016.0018.0020.0022
秋分
9月22日或23日
冬至
12月22日或23日
1.2时角
时角表示在一天里不同时间的太阳位置,以其
图2一天内时间与时角的关系
所在时圈的角度表示(图2)。1小时相当于时角
1.3太阳高度角
15°,并规定以太阳在观测点正南向,当地时间正午
太阳光线与地平面夹角(h,)称为太阳高度角
2时的时角为0°,时角的计算公式为:
(图3)。
2=15(b-12)
sinh, = sinosind +cosdcos6cos 2
2)
式中ん一太阳高度角,度
收稿日期:201108-15
作者简介:周昌昊(1984-),男,助理工程师,研究方向为绿色建筑
一地理纬度,度
设计。
基金项目:河北省社科基金资助项目(HB11GL019)
8一赤纬,度
E-mail:18621110099@163.con
时角,度
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四川建筑科学研究
第39卷
太阳方位角
太阳光线在地平面上的投影线与地平面正南方2遮阳策略分析
向所夹的角(A,)称为太阳方位角(图3)。太阳方位2.1窗口遮阳
角以正南为0°,顺时针方向的角度为正值,表示太2.1.1遮阳设施类型
阳位于下午的范围;逆时针方向的角度为负值,表示
窗口遮阳按照遮阳构件能否随季节与时间的变
太阳位于上午的范围,见式(3)及表2。
换进行角度和尺寸的调节,甚至在冬季便于拆卸的
cosA,=( sinh sinゅ-sinS)/(cosh,cosゅ)(3)性能,可以刘分为固定式遮阳与活动式遮阳。
式中A-太阳方位角,度。
固定式遮阳经常是结合建筑立面、造型处理和
窗过梁的位置,做成永久性构件。其优势在于构造
简单、成本低、维护方便。活动式遮阳灵活性大,使
高度角
用科学合理,但易出现故障,修理不及时有可能长时
间丧失遮阳调节功能。
方位角A
2.1.2构件的选择与朝向
在我国,南向比较合适的遮阳方式是水平式固
定遮阳,尤其对较热季节,高度角大而方位角在90
图3太阳高度角与太阳方位角示意
度附近时段的遮阳效果最佳,其遮阳效率高而且对
表2夏至与冬至各个时刻的太阳高度角与方位角
视线、采光和通风的影响很小。
时间h
8:0010:0012:0014:0016:00
在东北和西北向,垂直遮阳是较好的选择,同
角Q
样,构件尺寸应根据朝向角度不同进行设计。
夏
nb,偵
0.6060.8750.9740.8750.606
对中国的大部分地区而言,夏季太阳仅在日出
冬si,值(0.130,020.5010,420.132和日落时的短暂时间照射到北窗,对北窗的影响很
至大阳高度角ん,()7.5925.730.0525.77-59小,一般可不采用遮阳措施。
夏
至太阳方位角A、/(°)-93.4-71.60
93.4
2.2屋顶固定遮阳
冬
A,值
0.5980.86551.0000.86550.598
建筑围护结构中水平面接受的太阳辐射量最
至太田方位角(”)-5327-30。3063大,约为西墙接受辐射量的2倍(图5)。实验测得,
1.5日出、日落的时间及太阳方位角
通过遮阳技术控制屋顶太阳辐射照度,可削减屋
日出、日落时太阳高度角ん,=0,将ん,=0代人顶的传热负荷近70%,顶层房间的热环境能够得到
公式(4)和(5)可得
很大的改善,节能效果明显
水平面
cos2=- tanoanδ
338.2
sina/ cosc
南向垂直面
经计算可得,夏至日出、日落时间分别为4时
东西向垂直面
45分和19时15分,太阳方位角为-119.67°和
119.67°。冬至日出、日落时间为7时15分和16时
45分,太阳方位角为-66.33°和66.3°(图4)。
北向垂直面
123456789101112
A-196"米々rリ9时分」知an时华サ米41987
月价
图5围护结构各部分一天內接受的太阳辐射量
W
16时45
7时15分
屋顶固定遮阳通常利用棚架,还可种植藤蔓植
A,-6033°A-60.33°
物。以华南理工大学逸夫人文馆为例(图6),通过
对屋顶遮阳板构造尺寸的合理设计(图7),满足了
冬至
夏季和冬季对太阳辐射量的不同要求,即:冬季透过
夏至
80%太阳直射辐射,以减少屋顶冷辐射对室内人员
夏至、冬至日出、日落时间及方位角
的不良影响;夏季遮挡85%太阳直射辐射,有效降
邯
北纬35.5°)
低屋顶室内外的温差,减少室内空调能耗,改善了屋
图4夏至与冬至日出、日落时间太阳方位角示意
顶空间和顶层房间的热舒适度。