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炎热的夏季,一方面,外遮阳阻止了大部分辐射热进入室内,使室内温度在正午可以比无遮阳方式降低5℃以上,大大降低了室内制冷能耗;另一方面,它使室内形成较均匀分布的温度场,更易于满足人对舒适度的要求。寒冷的冬季,窗在建筑节能中的作用比较特殊:白天,它将大量的太阳辐射能引入室内,减少采暖负荷;夜晚,窗的传热系数远大于墙体,因此又成为冷桥,加大了建筑的热损失。而百叶外遮阳形式可利用百叶的可调节特性,在百叶与窗之间形成一个相对封闭的空气间层,作为温度缓冲层,在冬季成为窗的保温设施。百叶与窗户之间的空气间层,是影响这个系统效率的关键。测量结果表明:当百叶与窗户之间的距离为300mm时,系统效率最高,当百叶开启45℃时的遮阳效果最好。
3.2.2窗的多层玻璃构造。多层玻璃构造在使用玻璃幕墙的公共建筑中有很多应用,经过改造可以用于夏热冬冷地区的城市住宅的窗设计中。其基本型式是安装内外层玻璃,内外层间的空腔中设置可调节百叶遮阳,同时内外层玻璃都要设置可开启通风口。一般而言,多层玻璃构造窗的空腔厚度为500mm,遮阳百叶距离内层玻璃300mm;内层使用小间隙双层玻璃,外层用钢化玻璃,保护内部遮阳百叶;内部的百叶也可以用卷帘、窗帘等可调节的遮阳措施代替,但是百叶的效果最好。
夏季白天,遮阳百叶闭合,阻挡太阳光辐射,同时通风口打开,利用自然通风排出空腔中的热量;夏季夜晚,百叶转动打开,以利于室内的冷辐射带走热量。冬季白天,空腔内百叶转动打开使得太阳光辐射进入室内,改善室内的光热环境,同时通风口闭合使空腔内形成密闭空气隔离层,增加窗的保温性能;冬季夜晚,百叶闭合,以减小室内冷辐射带来的热量散失。
3.3阳台的施工与改造
3.3.1开敞阳台。测量数据表明,从南向窗进入室内的辐射能流在正午达到最大,达150W/m2,而此时的温差能流则不足前者的三分之一,散射和反射能流占了辐射能流的主要部分;从西向窗进入室内的辐射能流则在下午15点30分左右达到最大,达500W/m2,而直射能流在下午13点10分之后就开始超过散射、反射和温差能流,构成了西向辐射能量的主要部分。
因此,阳台及其相邻房间室内热环境状况与房间朝向密切相关,直射光和漫射光分别在不同朝向中扮演了影响室内得热的主角:对于带有南向阳台的房间,漫射光是室内得热的主要原因:而对于带有西向阳台的房间,直射光则是室内得热的主要原因。同时,由东、西两个朝向的对称性可以推断:直射光对于东向阳台热环境状况也起主导作用。
开敞阳台的楼板可以看作是下层房间的水平遮阳板。这对带有东、西向开敞阳台的房间的热舒适度有改善作用,但是对带有南向开敞阳台的房间,水平遮阳方式并不能有效减少其得热问题,同窗的遮阳一样,应该使用可变化的遮阳措施。
3.3.2南向封闭阳台。夏热冬冷地区很多住宅都安装了玻璃封闭的凸阳台,这在有意无意中都起到了提高冬季住宅室内温度的效果。此时,玻璃封闭阳台就作为了一种集热设施,它能有效改善阳台的热舒适性,也可为与其毗邻的房间供热,是冬季人们休息、娱乐、养花、养鱼的一种较为舒适的室内环境。值得注意的是,仅有一层高的南向封闭阳台,其所产生烟囱效应远不敌温室效应,因而在夏季会带来严重的过热问题。
大量实测结果表明,在夏季天气阳光充足时,有玻璃封闭凸阳台的房间,室内气温比室外高,而且夜晚不易散热。因此,南向封闭阳台有必要考虑可调节的遮阳措施,其方法同前面窗的遮阳改造。
4、结语
民用建筑节能中应用太阳能具有两大优点,其一,节约常规能源,减少环境污染;其二,利用太阳能所创造的室内环境比利用常规能源所创造的室内环境(例如空调)具有更好的空气品质,更健康、更适合人类居住。
本文从墙、窗和阳台等三个方面对被动式太阳能建筑的施工与改造做了深入的剖析,分别阐述了其施工与改造方法,将对太阳能建筑施工提供良好的借鉴。被动式太阳能建筑作为一种简单、经济、环保的节能建筑型式已成为建筑界节能降耗研究工作中的一个重要课题,它将与主动式太阳能建筑一起,成为我国今后建筑业发展的主流方向。
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