重庆市建筑外遮阳节能潜力分析

吴俊楠，王净怡，杨元华

（1重庆市建设技术发展中心，重庆 400015；2重庆市建筑节能中心，重庆 400015）

0 引言

资料显示，我国公共建筑单位建筑面积空调用电负荷达200kW·h/m2左右，能源浪费极为严重，而空调的长时间开启势必造成供电紧张，威胁城市供电安全，空调消耗大量能源，还会造成城市热岛效应，加剧环境恶化。夏热冬冷地区夏季太阳辐射得热是形成建筑能耗的主要原因，建筑开口部位一般约占建筑表面积的4/1～1/6，但制冷及采暖空调能源超过一半，夏季用电需求尤为突出。建筑外遮阳以其对室内热环境质量的有效调控，以及在降低建筑能耗方面的积极作用，越来越受到行业关注。

1 外遮阳形式及其特点

建筑外遮阳措施可以分为三类：一是利用绿化的外遮阳；二是结合建筑构件处理的外遮阳；三是专门设置的外遮阳。针对窗口的遮阳主要是后两种。结合建筑构件的外遮阳可以分为四类：水平式遮阳、垂直式遮阳、挡板式遮阳以及综合式遮阳。专门设置的遮阳种类繁多，有卷帘遮阳、织物遮阳、百叶帘遮阳、木格栅遮阳、铝合金格栅遮阳、铝合金机翼遮阳等[1]。上述遮阳亦可划分为两大类：固定外遮阳和活动外遮阳。固定外遮阳其优点是可以有效遮挡太阳直射和漫反射光线；缺点是视线有一定程度的限制。活动外遮阳其优点是可以根据室外光线情况进行相应的调节，遮阳效果好；缺点是一定程度上影响了视觉和空气流通，价格相对于固定外遮阳较高。

以下选取重庆地区不同功能的6栋建筑，对其遮阳潜力进行分析。

表1 建筑的体形系数、窗墙比及围护结构热工性能参数

2 建筑的选取

在建筑类型选择及围护结构构成上，参考了重庆地区大量的实例工程，并结合实际可行性，最终选定了6栋建筑[2-3]。 各建筑体形系数、窗墙比和围护结构热工性能参数如表1所示。

3 外遮阳节能潜力分析

3.1 研究方法

按功能分类选定建筑作为研究对象，使用中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所开发的建筑节能设计分析软件（PBECA）建立模型，进而使用DOE-2软件即可进行详细的负荷模拟及分析。分析所需气象数据采用了典型气象年数据。典型气象年是以近30年气象数据的月平均值为依据，从近10年的资料中选取一年各月接近30年的气象参数平均值，并对月间做平滑处理。九十年代以来，典型气象年被广泛应用到建筑能耗模拟领域。通过分析围护结构在夏季向室内传热形成的冷负荷组成，即可得出太阳辐射得热的冷负荷占围护结构冷负荷的比例，从而定性地分析外遮阳带来的节能效果。

表3 固定外遮阳对建筑节能率的影响

图1 建筑逐月辐射得热冷负荷

3.2 建筑的外遮阳节能潜力

表2 建筑全年冷负荷组成

建筑全年冷负荷是对建筑逐时冷负荷的累加，对其进行分析可以定量地统计不同围护结构构件的能耗比例，按3.1节研究方法对6栋建筑全年负荷构成进行分析，建筑的全年冷负荷组成如表2所示。

形成的冷负荷在一定意义上代表了太阳辐射不同月份的强度及其对房间的热扰程度。图1显示了建筑逐月辐射得热所形成的冷负荷。

通过以上分析，可得出结论：6栋建筑太阳辐射形成的冷负荷占围护结构冷负荷的比例最大，最小达到42%，最大达到62%；太阳辐射得热所形成的冷负荷主要集中在5—9月，这5个月的总和约占围护结构冷负荷的75%。

表4 活动外遮阳对建筑节能率的影响

4 不同外遮阳形式对节能率的影响

采用能耗模拟手段，分别针对不同形式的外遮阳布置在建筑不同朝向时的能耗，分析其对节能率的影响[2-3]，表3显示了固定外遮阳对建筑节能率的影响，表4显示了活动外遮阳对建筑节能率的影响。

5 结语

通过上述分析，可以看到测算建筑在重庆地区气候条件下，建筑太阳辐射形成的冷负荷占围护结构冷负荷的比例最小达到42%，最大达到62%，建筑外遮阳节能潜力巨大。当建筑采用固定水平遮阳时，相对节能率最高可达5.96%；采用固定垂直遮阳时，相对节能率最高可达3.62%；采用固定综合遮阳时，相对节能率最高达到8.43%；当建筑采用活动水平遮阳时，相对节能率最高达到9.64%；当建筑采用活动垂直遮阳时，相对节能率最高达到8.52%；当建筑采用活动水平百叶遮阳时，相对节能率最高达到12.62%；当建筑采用活动垂直百叶遮阳时，相对节能率最高达到10.87%；当建筑采用热致调光中空玻璃时，相对节能率最高达到13.64%。考虑重庆地区夏季太阳辐射强度大，冬季日照少的气候特点，外遮阳技术应兼顾夏季遮挡太阳直射光，冬季不影响天然采光的功能要求。建筑采用外遮阳技术时，建议优先选用活动外遮阳，在不考虑增量成本的前提下热致调光中空玻璃效果最优；当采用固定外遮阳时，综合遮阳节能效果最优，但其对室内天然采光影响较大，不建议选用，建议采用水平遮阳和垂直遮阳。