[摘要] 1绪论1 1 我国建筑能耗现状改革开放以来，我国城市化进程不断
1绪论
1.1 我国建筑能耗现状
改革开放以来，我国城市化进程不断加快，城市化水平不断提高。到 2010 年全国城镇人口基数已经突破 6 亿，占全国总人口比重 46.6%。城市化发展水平将于 2020 年增至为 60%。伴随着城镇化建设，我国建筑行业有了飞速的发展。一项调查数据显示，我国城镇建筑面积从 2000 年到 2007 年增长约 1.4 倍，其中房屋的增速远高于城市人口的增长速度，同时人均占有面积不断升高。预计到 2020 年，全国房屋建筑面积总量将达到 680 亿 m2[1]。 随之而来的严重问题就是能耗，建筑能耗主要包括采暖、空调、热水供应、电器照明、炊事等方面能耗。全球的能源消耗中，45%能源用于满足建筑物的去热、制冷和采暖等需求，降低建筑能耗，有利于保持生态系统的稳定。到目前为止，我国既有建筑中非节能建筑占到了建筑总量的 90%以上。这些建筑的使用过程中所消耗的能源将占到全社会能源消耗总量近 1/3。由于城市化进程中房屋的大规模建造，这个比例还将继续增加。面对节约能源和环境保护的双重压力，我们必须大幅度降低建筑能耗，实现城市建设的可持续发展。 如今建筑节能、绿色建筑、可持续建筑的人文理念不断被提出，我们必须进行建筑节能工作思路的转变，以能耗指标为约束条件。
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1.2 居住建筑节能主要途径
居住建筑围护结构节能的主要途径包括门窗节能、墙体节能、屋面地面节能等[2]。在建筑围护结构的门窗、墙体、屋面、地面四大部件中，门窗的隔热性能最差，是影响室内热环境质量和建筑节能的主要原因之一。从建筑节能的角度来看，建筑外窗一方面是能耗大的构件，另一方面也是得热大的构件，通过选择适当的门窗材料、窗型、遮阳和相应的节能技术，平衡之间的关系，才能取得良好的节能效果。 墙体在建筑的围护结构中占据了很大的面积，墙体节能是建筑节能十分重要的措施之一。墙体节能主要是指通过一些措施来改善墙体的保温隔热的能力，如采用高效绝热材料或采用具有更好热工性能的复合节能墙体，也可进行外墙绿化遮阳等。屋面节能技术与建筑屋顶的构造形式和保温隔热材料性质有关，屋顶构造形式基本上有实体材料层节能屋面、通风保温隔热屋面、植被屋面和蓄水屋面等。根据热工性能，屋面又可分为单一保温隔热屋面、外保温隔热倒置式屋面和内保温隔热屋面。夏热冬冷地区对室内地面的节能也是不可忽视的问题，一般是采用膨胀聚苯板、挤塑聚苯板或其它高效保温材料进行保温。 夏热冬冷地区就建筑单位面积而言，房间通过围护结构得到的热量从大到小为：外窗太阳辐射得热、外窗传热得热、屋顶传热得热、墙体传热得热[3]。围护结构墙体、屋面地面是利用改变本身材料的方式来降低建筑能耗，而门窗节能的关键影响因素是建筑得到的太阳辐射热和室外温度。作者在小论文中已经分析了传热系数不同对建筑能耗的影响,不同朝向的不同遮阳系数对建筑能耗的影响也做了初步探讨，形成论文《成都地区外窗传热系数与遮阳系数对建筑能耗的影响》[4]，得出结论：随着成都地区居住建筑外窗遮阳系数的不断变大，建筑采暖能耗呈线性降低，空调能耗则呈线性增长。整个建筑采暖和空调能耗在东向、西向、南向和北向中，南向外窗的不同遮阳系数节能效果最为突出，北向次之，东西向较差。本次论文研究在南向和北向外窗采取不同遮阳措施时建筑能耗、室内采光和室内自然温度的变化。
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2 建筑遮阳理论分析
改善建筑室内热环境关键一环在于改善建筑围护结构。在建筑的围护结构组成中，窗户的热工性能最差，建筑通过外窗损失的能耗往往占围护结构总能耗的 50%左右[27]。窗户得热量很大程度是因为太阳辐射，因此，在设计外窗时应采取遮阳措施。 遮阳的目的是减少阳光透过玻璃进入室内，防止阳光过分照射造成眩光。建筑外窗的遮阳，既要满足室内自然采光、自然通风，更要阻挡过多的太阳直射，降低室内负荷，而且要注意美观。一个好的遮阳设计不仅有助于节能，遮阳构件更是成为影响建筑整体美感的关键因素。如何在遮阳与采光之间取得平衡点，是我们研究的重要方向。 采用内遮阳设备时，太阳的辐射热量已经通过外窗进入室内，所以内遮阳对降低建筑能耗的作用相对较小。实测表明，将相同的活动式外遮阳设置在同一窗的内侧或外侧，遮阳构件设置在窗内侧时的辐射得热量是设置在窗外侧时的 1.2 倍左右[24]。在建筑的热工设计和节能设计标准中，都没有考虑内遮阳。因此本文着重研究外窗外遮阳，外遮阳设计时要全面考虑遮阳、隔热、美观、成本、通风透气等要点。
2.1 遮阳形式
建筑外窗外遮阳按遮阳的固定方式分为固定式遮阳和活动式遮阳两种[24]。固定遮阳设施是一种阻止、调节光线直接进入房间的装置。可以起到调节建筑外观的作用，使整个建筑整齐、美观，而且固定遮阳设施伸出的位置、角度、宽度等通过计算优化，能有效的阻挡夏季强烈的阳光直射进入室内，形成建筑的“自遮阳”，不用另外的安装和日常的护理。通常固定外遮阳表现形式有水平式外遮阳、垂直式外遮阳、挡板式外遮阳三种[25]，如下图。水平式外遮阳能够抵挡角度大的光线，南向外窗或者接近南向外窗适宜采用。垂直式外遮阳可以有效的抵挡两侧的光线，因此比较适合北向外窗或者接近北向的外窗。挡板式外遮阳遮挡太阳高度角较小，适合东、西向和接近这两个朝向的窗口遮阳。固定式外遮阳结构简单，造价相对较低，维护方便。但由于建筑外部结构较复杂，固定式外遮阳无法达到好的遮阳效果。另外，固定遮阳有可能会阻止光线进入室内，尤其在冬季室内需要较长时间阳光照射的时候，却因为拆卸复杂而没有办法实现。
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2.2 综合遮阳系数
综合遮阳系数（shading coefficient, SC）是评定外窗包括遮阳在内阻挡太阳辐射进入室内的一个无量纲指标，它是透过包括遮阳在内的外窗的太阳辐射热量与照射到窗外的太阳辐射热量的比值[24]。综合遮阳系数是目前国内应用最多的遮阳评价指标，它结合了气象条件、太阳运行的轨迹等，较好的反应了遮阳对太阳辐射得热的影响，直观的反应了建筑遮阳的效果。综合遮阳系数越小，包括遮阳在内的外窗阻挡阳光热量辐射进入室内的性能越好。建筑遮阳形式多种多样，室外遮阳系统能有效地控制室内温度，降低空调能耗。在选择合适的遮阳形式时不但要考虑当地的地理位置、气候特征、建筑类型、使用功能、建筑造型、外窗朝向等因素，而且应根据不同遮阳形式下遮阳效果、室内人员舒适性、经济参数等条件来进行考量，选择最适当的遮阳形式。而在今后考虑建筑外窗外遮阳时，应将其纳入到建筑同步设计、同步施工、同步验收中来。利用设计手段通过建筑构件和遮阳装置，有效的控制和充分利用太阳辐射，改善室内气候条件，创造舒适的室内热环境。
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3 成都地区居住建筑窗户外遮阳设计 ......... 12
3.1 成都地区气候特征 ..... 12
3.1.1 成都地区太阳辐射情况 ....... 12
3.1.2 成都地区气温分布情况 ....... 13
3.2 成都地区建筑遮阳概况 .... 16
4 成都地区居住建筑外窗外遮阳能耗分析 ........ 19
4.1 工程概况 ....... 19
4.2 室内热扰 ....... 20
4.3 模拟工况与方法 ......... 21
4.4 不同外遮阳形式对建筑能耗影响 ......... 23
4.4.1 水平式外遮阳 ......... 23
4.4.2 固定横百叶挡板式外遮阳 .......... 30
4.4.3 曲臂式活动遮阳篷 ........ 31
4.5 本章小结 ....... 33
5 不同外遮阳形式对室内采光影响分析 ..... 34
5.1 计算依据 ....... 34
5.2 不同外遮阳形式对室内采光影响分析 ........ 34
5.3 本章小结 ....... 38
5 不同外遮阳形式对室内采光影响分析
自然光环境是人们长期习惯和喜爱的生活环境。在相同照度的条件下，天然光的辨认能力优于人工光，有利于人们工作、生活、保护视力。利用自然采光能节约能源，保护环境，充分体现出可持续发展的生态设计理念。自然光对人的心理状况也有很大影响，长期在没有自然光的环境中生活，容易烦躁、忧郁、沮丧和紧张不安。不仅如此，建筑自然采光还是照明节能的重要手段。利用自然光照明，能够节约照明所消耗的电能和改善室内的生态环境。特别是居住建筑，对采光舒适性要求更高。
5.1 计算依据
《建筑采光设计标准（GB50033-2013）》[32]中规定应以室内天然光照度和采光系数作为采光设计的评价指标。采光系数是基于全阴天模型计算而得到的，全阴天即天空全部被云层遮蔽的天气，此时室外天然光全部为天空扩散光，其天空亮度分布相对稳定，天顶亮度为地平线附近亮度的三倍。住宅建筑的起居室和卧室采光标准值：参考平面取距地面 0.75m，侧面采光的采光系数不应低于 2.0%，室内天然光照度不应低于 300lx。 本文选取建筑中间层（第五层）南向主卧和北向主卧进行采光分析，计算方法采用Ecotect 建模结合 Radiance 计算的方式对室内光环境进行模拟，Radiance 是由劳伦斯伯克利国家实验室开发的采光软件，采用了蒙特卡洛算法优化的反向光线追踪算法，相对于光能传递算法来说光线追踪更适合于精确的建筑采光分析，国际上采光分析论文基本都采用 Radiance 进行模拟，该软件分析计算的结果受到广泛的认可。
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结论
外窗节能是居住建筑围护结构节能的主要途径之一，为满足室内人员最舒适状态，应当选用合适的窗户材质、窗户类型、遮阳类型。本文针对成都一典型住宅楼，利用DeST-h 和 Ecotect 软件对建筑南向和北向外窗采用不同外遮阳形式时的建筑能耗、室内自然采光和室内自然室温进行模拟计算。结果表明：
（1）针对夏热冬冷地区居住建筑外窗，采用水平式外遮阳降低了建筑夏季冷负荷，但同时增加了冬季热负荷。这种水平式外遮阳用于此地区时，应该结合建筑实际情况模拟计算确定其节能效果。
（2）就本工程而言，水平式外遮阳遮阳板宽度取 0.6m，挡板下沿至窗口下沿的距离为 1.8m 挡板下沿至窗口上沿的距离为 0m 时节能效果较好。设置固定横百叶挡板式外遮阳可以降低 1.17%的建筑全年累计总负荷，将固定百叶改为活动百叶后全年累计节能率达到 2.58%。加装曲臂式活动遮阳篷可以降低夏季空调能耗，而在冬季收起篷布，不影响冬季南向窗口吸收太阳能，但是增加了设备购买安装成本。
（3）采用水平式外遮阳对室内自然采光影响不大，采用固定横百叶挡板式外遮阳，室内满足采光要求的面积下降。
（4）无论是采用水平式外遮阳、固定横百叶挡板式外遮阳和曲臂式活动遮阳篷，室内舒适温度段小时数均比室外和无外遮阳时有所增加，综合舒适温度段和不能容忍温度段小时数比例，选取水平式外遮阳较合适。
本文综合考虑建筑能耗、室内采光和室内自然温度三个参数，南向和北向外窗宜使用遮阳板宽度 0.6m，挡板下沿至窗口上沿的距离为 0m 的固定式水平外遮阳。相比较百叶和遮阳篷的专门设计施工，水平式外遮阳只需在土建设计时稍加注意，就可达到遮阳节能的效果。
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参考文献(略)
