重慶市建筑外遮陽節能潛力分析

吳俊楠，王凈怡，楊元華

（1重慶市建設技術發展中心，重慶 400015；2重慶市建筑節能中心，重慶 400015）

0 引言

資料顯示，我國公共建筑單位建筑面積空調用電負荷達200kW·h/m2左右，能源浪費極為嚴重，而空調的長時間開啟勢必造成供電緊張，威脅城市供電安全，空調消耗大量能源，還會造成城市熱島效應，加劇環境惡化。夏熱冬冷地區夏季太陽輻射得熱是形成建筑能耗的主要原因，建筑開口部位一般約占建筑表面積的4/1～1/6，但制冷及采暖空調能源超過一半，夏季用電需求尤為突出。建筑外遮陽以其對室內熱環境質量的有效調控，以及在降低建筑能耗方面的積極作用，越來越受到行業關注。

1 外遮陽形式及其特點

建筑外遮陽措施可以分為三類：一是利用綠化的外遮陽；二是結合建筑構件處理的外遮陽；三是專門設置的外遮陽。針對窗口的遮陽主要是后兩種。結合建筑構件的外遮陽可以分為四類：水平式遮陽、垂直式遮陽、擋板式遮陽以及綜合式遮陽。專門設置的遮陽種類繁多，有卷簾遮陽、織物遮陽、百葉簾遮陽、木格柵遮陽、鋁合金格柵遮陽、鋁合金機翼遮陽等[1]。上述遮陽亦可劃分為兩大類：固定外遮陽和活動外遮陽。固定外遮陽其優點是可以有效遮擋太陽直射和漫反射光線；缺點是視線有一定程度的限制。活動外遮陽其優點是可以根據室外光線情況進行相應的調節，遮陽效果好；缺點是一定程度上影響了視覺和空氣流通，價格相對于固定外遮陽較高。

以下選取重慶地區不同功能的6棟建筑，對其遮陽潛力進行分析。

表1 建筑的體形系數、窗墻比及圍護結構熱工性能參數

2 建筑的選取

在建筑類型選擇及圍護結構構成上，參考了重慶地區大量的實例工程，并結合實際可行性，最終選定了6棟建筑[2-3]。 各建筑體形系數、窗墻比和圍護結構熱工性能參數如表1所示。

3 外遮陽節能潛力分析

3.1 研究方法

按功能分類選定建筑作為研究對象，使用中國建筑科學研究院建筑工程軟件研究所開發的建筑節能設計分析軟件（PBECA）建立模型，進而使用DOE-2軟件即可進行詳細的負荷模擬及分析。分析所需氣象數據采用了典型氣象年數據。典型氣象年是以近30年氣象數據的月平均值為依據，從近10年的資料中選取一年各月接近30年的氣象參數平均值，并對月間做平滑處理。九十年代以來，典型氣象年被廣泛應用到建筑能耗模擬領域。通過分析圍護結構在夏季向室內傳熱形成的冷負荷組成，即可得出太陽輻射得熱的冷負荷占圍護結構冷負荷的比例，從而定性地分析外遮陽帶來的節能效果。

表3 固定外遮陽對建筑節能率的影響

圖1 建筑逐月輻射得熱冷負荷

3.2 建筑的外遮陽節能潛力

表2 建筑全年冷負荷組成

建筑全年冷負荷是對建筑逐時冷負荷的累加，對其進行分析可以定量地統計不同圍護結構構件的能耗比例，按3.1節研究方法對6棟建筑全年負荷構成進行分析，建筑的全年冷負荷組成如表2所示。

形成的冷負荷在一定意義上代表了太陽輻射不同月份的強度及其對房間的熱擾程度。圖1顯示了建筑逐月輻射得熱所形成的冷負荷。

通過以上分析，可得出結論：6棟建筑太陽輻射形成的冷負荷占圍護結構冷負荷的比例最大，最小達到42%，最大達到62%；太陽輻射得熱所形成的冷負荷主要集中在5—9月，這5個月的總和約占圍護結構冷負荷的75%。

表4 活動外遮陽對建筑節能率的影響

4 不同外遮陽形式對節能率的影響

采用能耗模擬手段，分別針對不同形式的外遮陽布置在建筑不同朝向時的能耗，分析其對節能率的影響[2-3]，表3顯示了固定外遮陽對建筑節能率的影響，表4顯示了活動外遮陽對建筑節能率的影響。

5 結語

通過上述分析，可以看到測算建筑在重慶地區氣候條件下，建筑太陽輻射形成的冷負荷占圍護結構冷負荷的比例最小達到42%，最大達到62%，建筑外遮陽節能潛力巨大。當建筑采用固定水平遮陽時，相對節能率最高可達5.96%；采用固定垂直遮陽時，相對節能率最高可達3.62%；采用固定綜合遮陽時，相對節能率最高達到8.43%；當建筑采用活動水平遮陽時，相對節能率最高達到9.64%；當建筑采用活動垂直遮陽時，相對節能率最高達到8.52%；當建筑采用活動水平百葉遮陽時，相對節能率最高達到12.62%；當建筑采用活動垂直百葉遮陽時，相對節能率最高達到10.87%；當建筑采用熱致調光中空玻璃時，相對節能率最高達到13.64%。考慮重慶地區夏季太陽輻射強度大，冬季日照少的氣候特點，外遮陽技術應兼顧夏季遮擋太陽直射光，冬季不影響天然采光的功能要求。建筑采用外遮陽技術時，建議優先選用活動外遮陽，在不考慮增量成本的前提下熱致調光中空玻璃效果最優；當采用固定外遮陽時，綜合遮陽節能效果最優，但其對室內天然采光影響較大，不建議選用，建議采用水平遮陽和垂直遮陽。