广州地区屋顶遮阳构造尺寸对遮阳效果的影响

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1、广州地区屋顶遮阳构造尺寸对遮阳效果的影响张磊孟庆林（广州华南理工大学建筑节能与DeST研究中心）摘要：屋顶遮阳是亚热带地区有效的屋顶隔热节能措施，如果设计合理，可以实现夏季遮挡过量太阳辐射，冬季透过适量太阳辐射的目的。本文采用透光系数作为评价遮阳效果的指标，选择广州地区南北向建筑屋顶为研究对象，计算并分析了遮阳板的构造尺寸对冬夏季遮阳效果的影响程度，在综合考虑冬夏季对太阳辐射的不同要求的基础上，给出了遮阳板合理的构造尺寸，为建筑师和建筑节能工作者设计屋顶遮阳及评价其遮阳效果提供了参考。关键词：屋顶遮阳透光系数建筑节能1、前言屋顶传热形成的空调负荷，是在综合温度（太阳辐射的当

2、量温度和空气温度的逐时叠加）与室内温度之差作用下形成的，即,综合温度中的太阳辐射当量温度的峰值通常要接近空气温度峰值的70%，如果通过遮阳技术控制屋顶的太阳辐射照度，则屋顶的传热负荷可削减近70%，节能效果十分显著，正因如此，近年来在热带亚热带地区涌现出了一批诸如柯比西埃（法国）、柯利亚（印度）、杨经文（马来西亚）等人的屋顶遮阳建筑作品，随即相似气候区的广州、厦门、深圳、香港、台湾、吉隆坡、雅加达等地也出现了大量的屋顶构架和立面构架，但建筑师大多无法解释其遮阳节能的原理，使得遮阳的构造形式缺乏科学的原则性依据。因此，如果遮阳构造通过研究设计做到夏季（夏至日）透光系数接近零，

3、冬季（冬至日）接近100%，则不但可控制整个炎热地区顶层的空调能耗，冬季也可以利用太阳辐射减弱屋顶内表面对室内的冷辐射影响，提高房间的热舒适度[1、2]。2、透光系数的定义透光系数的定义为：有遮阳构造的计算平面由太阳直射所形成的光斑面积与标准计算平面（无遮阳构造）由太阳直射所形成的光斑面积的比值，即为：式中：—遮阳系数；—计算平面上光斑面积，m2；—计算平面面积，m2。计算平面光斑面积是根据遮阳板构造尺寸及太阳高度角和方位角计算确定，因此，透光系数随太阳高度角和方位角逐时变化，考虑到正午前后时刻，太阳高度角最大，直射辐射强烈，而此时室外气温也相对较高，太阳辐射与室外气温的综

4、合作用对室内热舒适性和空调负荷影响较大，因此本文采取正午时刻的透光系数来评价遮阳措施对太阳辐射的遮挡效果。对于冬季采暖期(12月至2月)和夏季空调期(6、7、8月)的屋顶遮阳状况，可采用相应时期正午时刻透光系数的平均值来衡量，夏季的平均透光系数越大，遮阳效果越好；而冬季的平均透光系数越小，遮阳对冬季热环境所引起的负面影响越小。3、屋顶遮阳构造3.1遮阳构造屋顶遮阳方式的具体构造如下图所示：图1屋顶遮阳方式具体构造图中：DEG：遮阳板倾斜角度，单位：度，顺时针转动，DEG>0，反之，DEG<0，DEG=0时，为与水平面垂直的遮阳板；DIST：遮阳板间距，单位：mm；H：遮阳板

5、与水平屋顶垂直间距，单位：mm；LEN：遮阳板长度，单位：mm。研究屋顶遮阳构造的遮阳效果，实际上是分析在上述不同构造参数的条件下，冬季和夏季平均透光系数变化的趋势，在综合考虑冬季和夏季对太阳辐射不同要求的基础上，找到最佳的屋顶遮阳构造尺寸。本文中取7.2m7.2m的屋顶为研究对象[3]。3.2遮阳板倾斜角度的影响取遮阳板间距为200mm，遮阳板长度为200mm，计算了遮阳板倾斜角度在-80º、-60º、-40º、-20º、20º、40º、60º和80º时的全年逐时透光系数，对结果进行分析后，得到冬夏季正午时刻平均透光系数和逐月21日正午时刻透光系数曲线，如图2~3所示：图

6、2不同倾斜角冬夏季平均透光系数曲线图3不同倾斜角每月21日正午时刻透光系数曲线从图2可以看出，当倾斜角>0时，随倾斜角的增大，夏季正午时刻平均透光系数逐渐减小，在80º时达到最小值，为0.056，而冬季正午时刻平均透光系数变化不大，约为0.4左右；当倾斜角<0时，随倾斜角绝对值的增大，夏季平均透光系数逐渐减少，在-80º达到最小值，为0.07，冬季平均透光系数变化趋势出现拐点，在-40º达到最大值，为0.932，然后随倾斜角绝对值的增加而减少，-80º时冬季正午时刻平均透光系数为0.49。通过上述分析可以看出，当遮阳板倾斜角为-80º时夏季正午时刻平均透光系数最小，但该角度

7、对冬季太阳辐射的遮挡也比较严重，如果考虑冬夏季的综合遮阳效果，遮阳板倾斜-60º是比较合理的角度。从图3可以看出，遮阳板倾斜-80º时，夏至日（6月21日）正午时刻透光系数为0.046，冬至日（12月21日）正午时刻透光系数为0.534，遮阳板倾斜-60º，夏至日正午时刻透光系数为0.163，冬至日正午时刻透光系数为0.803，同样证明了遮阳板倾斜角取-60º是合理的角度。3.3遮阳板长度与间距比值的影响由上述分析可知，屋顶遮阳板的合理倾斜角度为-60º，在这个条件下，分析遮阳板长度与遮阳板间距对透光系数的影响，计