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遮阳板在建筑节能中的应用研究

发布日期:2017-09-30 来源: 中国破碎机网 查看次数: 63 作者:[db:作者]

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  遮阳的措施很多,概括的可以分为三大类:利用绿化的遮阳、结合建筑构件处理的遮阳、专门设置的遮阳。其中专门设置的遮阳包括外遮阳、百叶内遮阳、内遮阳加镀膜、活动百叶外遮阳等。

  本文重点讨论的遮阳板属于外遮阳。

  本文根据天津地区典型气象年的气象数据,并应用MATLAB软件对典型气象年的气象数据进行多项式拟合,从而为建模计算提供一个气象资料数据库。通过对典型气象年气象资料中水平面太阳直射辐射强度的拟合,水平面上太阳直射辐射强度札已成为日期n和时间t的函数,即//b(n,t)D为建模并编程计算提供了原始气象资料的依据。

  太阳辐射得热是夏季空调负荷的重要组成部分,同时也是冬季采暖负荷的安全系数。因此合理的遮阳,能够尽量多的减少夏季室内的太阳辐射得热,同时尽可能多的增加冬季室内的太阳辐射得热。遮阳板作为一种有效的外遮阳设备,在欧美等发达国家已有很多应用,但在我国仍较为罕见。因此对其进行研究具有显著的现实意义。

  的距离之间关系是遮阳板构造的数学模型中首先要解决的问题。太阳照射在南墙面时,若太阳高度角较高,则在南向及接近南向的窗户上,宜设置水平式遮阳。这种遮阳能形成很大的遮阳区,在降低南墙表面温度和防止阳光直射窗户方面能达到很好的遮阳效果,如所示。

  距离H根据规范取1.5m);―太阳方位与墙面法线的夹角;h――太阳高度角。

  由于同层同朝向各个窗户的遮阳板连接成一体,故在单个窗户遮阳板长度计算时其长度认为无限长。

  t――时间(日出一日落);h――太阳高度角;  因此cosyctg/t是以日期ra和时间f为变量的函¢)=cosyctgA.这样在编程计算时只要确定时间,便可计算在该时刻遮阳板在窗户上所形成的阴影面积。

  2遮阳板尺寸的优化数学模型的建立,为遮阳板设计提供了计算方法。根据冬、夏两季太阳篼度角、方位角的变化,最大限度的增大夏季遮挡的'太阳能量减少冬季遮挡的太阳能量。以坟-取最大值时作为遮阳板W、D值优化的判据,并确定适合天津地区建筑南向窗遮阳板的最佳尺寸。给出一个工程实例。

  作为建筑物冷、热负荷的组成部分,太阳辐射得热热量包括太阳直射热和太阳散射热。太阳直射对玻璃的入射角和太阳与玻璃的相互位置有关,是随时间、地点变化的。太阳散射辐射在工程上按各项同性处理,其对玻璃的入射角按60P计算。对于我们研究的南墙,属于非水平面,还需要计入地面反射辐射。由于太阳散射辐射被遮阳板遮住的能量很少,加之散射热在总太阳辐射得热中比例也很小,所以在计算中将其忽略。

  遮阳板的应用实例2.1南向窗太阳辐射的计算南向窗太阳辐射包括直射辐射和散射辐射:散射辐射相对于直射辐射较小,忽略后上式可近似为度;Hd,e――正南向垂直面上太阳散射辐射强度。

  R“――正南向垂直面上太阳直射辐射强度与水平面上太阳直射辐射强度的比值。

  任意垂直面上对于垂直面0=9p,故可简化为:2.2通过玻璃进入室内的太阳辐射热置进入房间内的太阳辐射热量由两部分组成,即直接透过玻璃的太阳辐射热和被玻璃吸收后传人室内的热量。

  Ex――被玻璃吸收后传入室内的热量;E-――进人房间内的太阳辐射总热量。

  天津地区建筑以单层窗为主,忽略遮阳板对散射辐射的作用,故:=b,b(13)一单层玻璃对于直射辐射的透过系数;――南向窗直接透过玻璃的太阳辐射热。

  戈b一单层玻璃对于直射辐射的吸收系数;――玻璃外表面与空气之间的换热热阻;一玻璃内表面与空气之间的换热热阻;――南向窗被玻璃吸收后传人室内的热量。

  由于普通玻璃本身的热阻值和尺及值相比是一个很小的量,故在计算中忽略。

  2.3玻璃的太阳辐射透过系数和吸收系数的计算在计算通过玻璃的日射量时,需要用到玻璃的太阳福射透过系数和吸收系数。

  太阳辐射射线在玻璃和空气分界面上的反射比7可按下式计算:反射比。

  人射角与折射角之间的关系为:nt一玻璃的折射指数,在太阳光谱范围内,玻璃的平均折射指数为1.526.当太阳辐射射线以法线方向人射时,=t'= 0,此时:太阳辐射射线通过玻璃时,其射线被玻璃吸收的百分比:长范围,该值基本上是一个定值;L――玻璃的厚度(本次研究取天津市玻璃在已知r和a的值后,可按下列公式求玻璃的透过系数和吸收系数:由以上分析可看出,遮阳板所遮蔽的太阳能量是水平面上太阳直射辐射强度札、日期n和时间t的函数,即£(//b,n,)。

  根据建筑物的外观设计,使遮阳板的宽度见在0~l5m,距窗户上沿Z)在0~1.0m间变化,算出在不同尺寸条件下空调季遮蔽太阳能坎与采暖季遮蔽太阳能心的差值。该值取最大值时,遮阳板的构型即为天津地区建筑物南向窗遮阳板的最佳构型尺寸。

  3遮阳板的节能分析计算机模拟结果给出了三维的遮阳板节能特性图,如所示。遮阳板节能特性曲线如所示,其中的曲线依次为=0~l.m,间距0.1m.可看出随的增大,£-£:的值增大,且当D>0.5m后增长的趋势趋缓。在每条D定值曲线上,£s -纥取最大值时疋的值较接近该曲线的Z)值。例如:当D=1.0m时,r=l.lm、取最大值。由于考虑建筑物美观及遮阳板自身材料强度,一般板宽疋不超过lm.可根据支架对于不同材料遮阳板的承受能力,并且考虑以上各个因素,选取合理的尺寸。

  遮阳板节能特性图(三维)外遮阳板是简单易行的遮阳方式,对于南向或接近南向的窗户上,由于夏季太阳照射时的高度角较篼,宜设置水平式遮阳板。这种遮阳能形成很大的遮阳区,在降低南墙表面温度和防止阳光直射窗户方面能达到很好的遮阳效果。

  遮阳板节能示意图(二维)4结论与展望研究结果表明,以艮-氏的取值来判断南向窗遮阳板尺寸的合理性,可以最大限度的遮蔽夏季的阳光,同时保证冬季的日照,有利于建筑节能。

  考虑到建筑物美观、遮阳板自身材料及建筑物的层高,遮阳板距窗户上沿距离D取0.5板宽度W取使£s-氏最大时的值,W宜取在0.5 ~0.9m之间。安装遮阳板后,南向窗每个夏季可减少太阳辐射80~110M/m2.利用太阳能光伏发电与遮阳板相结合,不仅可以有效的减少建筑物供暖和空调的冷热负荷,而且还可以形成多个建筑型太阳能电站,与电网相联,为建筑物提供电能,对于建筑节能将产生更大的效益。遮阳板的普及使用将对建筑节能发挥重要作用。

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