遮阳装置可调节叶片状态与太阳位置对建筑遮阳性能的影响分析

姜钦青，朱 杰

（江西省建筑技术促进中心，江西 南昌）

引言

在建筑物中，太阳能辐射是影响夏季室内空调制冷能耗的主要因素，如果室内进入的太阳能辐射较高，则会在夏季增加室内能耗。所以，在透光的围护结构上增加遮阳装置，可以达到降低建筑物内能耗的目的，让夏季空调能耗节省到25%左右，而冬季则可以让采暖能耗按制在10%左右。如此，本文通过叶片角系数的确认，生成遮阳性能较高的数学模型，以了解太阳高度角、叶片倾角以及d/l 值对建筑物遮阳性能产生的影响，从而节省制冷能耗，增加在建筑物供暖环节的支持[1-2]。

1 建筑遮阳性能的评价指标

对于遮阳装置而言，为实现对其性能的分析，需要运用试验台测试以及模拟计算的方法，在自然的条件下进行测试，以实现对光照条件的模拟，而其中的遮阳系数需采用评价的方式，在确认产品是否具备隔热性能后，设置其遮阳系数，让玻璃、门窗和遮阳产品中存在的遮阳系数都能在规定的范围内，从而运用相对统一的方式，了解在各个区域内这样系数之间的差异。

1.1 遮阳产品的系数

结合相关规章制度中的内容进行分析，了解到在标准情况下，3 mm 厚度的白玻璃与遮阳产品之间的组合热量，也就是“Q”，得到二者之间的比值Q1。这样则可实现遮阳产品具体遮阳系数的测定，公式如下：

1.2 窗户的遮阳系数

在窗户的这样系数确认过程中，需要在特定的情况下执行操作。首先，应了解外窗在室内环境内所能够得到的热量，通过标准玻璃上所具备的热量，了解二者热量比。例如：普通窗户需要选择地取窗玻璃，运用其中的这样系数与窗玻璃的面积相互对接，以得到具体的遮阳系数。若需要计算整个窗户的太阳热透比，则可以运用公式：

其中gg表示整个窗户的总透射比；gf表示镶嵌板及窗玻璃在特定区域内的总透射比；Ag表示镶嵌板及窗玻璃的面积；Af表示窗框的面积；A 表示窗户的总面积。

其次，通过综合遮阳系数的计算，可以了解到窗户与窗口在连接过程中可能产生的遮阳效果，该系数是Se，则建筑外的遮阳系数则为Sd，由此，可以得到综合遮阳系数Sw，公式如下：

1.3 玻璃的遮阳系数

在玻璃遮阳系数确认时，应了解在无特殊遮阳的前提下，通过太阳直接照射而得到对应的热量，通过对其减弱程度的分析，可以了解到玻璃的可见光透射比、太阳能总透射比、太阳光直透射比、玻璃参数以及紫外线透射比等内容。在特定的入射条件下，运用透光系统，保证太阳能总透射比能够与自然条件下相同。让其作用于3 mm 厚度的标准玻璃中，则可得出总透射的比值（Se）。而针对不同类型的比例结构，则可运用公式来完成计算，具体如下：

Se=g/Tδ

其中g 表示在实验条件下太阳能的总透射比；Tδ 表示在3 mm 厚度的平板玻璃当中，太阳能的总透射比，文中可取值为88.9%。

如此，为实现对建筑遮阳性能的分析，可以让室内的热量分别是，通过太阳能辐射而带来的热量传递以及室内温差而导致的温差传热。同时，通过太阳辐射得到的热量，可以区分为玻璃在吸收辐射后，运用对流的方式，将热量传输到室内环境。另一种则是太阳直接进行辐射，穿过玻璃，使得进入室内环境中的热能都转变为热量。在此背景下，太阳能的总透射比，需要通过二者的比值进行计算，具体如下：

其中q 表示室内环境中所具备的二次热传递系数；而t 则表示此时的直接透射比。

2 遮阳装置可调节叶片状态与太阳位置对建筑遮阳性能的影响

2.1 创建遮阳装置的计算模型

利用可调节叶片遮阳装置的安装，让工作人员加强对其长度以及宽度的分析，让叶片可以比作为无限长的平面，让叶片能够均匀地进行漫反射，从而得到角系数，截取叶片的横截面作为后续计算的前提。并且，在模型的创建前期，应注重可能对太阳辐射强度产生影响的因素，从而保证后续在叶片调整过程中不会出现问题。

首先，可以将两个相邻的叶片进行处理，让室内开口的平面为1，则其宽度是d1，而室外的开口平面则为2，则其宽度是d2。这样一来，通过计算平面的方法，得到上下叶片的截面以及横截面4 和3，其宽度分别为l4 与l3。同时，可以增加两个计算平面[3]。

其次，由于叶片的倾角与角系数在计算过程中是有关联的，所以，遮阳装置的太阳方位与遮阳性能之间的参数是具有较为密切的关联的，那么，太阳若进行直射，则可绘制出辅助线，以方便相关人员对遮阳装置的状态进行分析（具体如图1 所示）。

图1 可调节叶片的角系数模型示意图

对此，则可让l1 与l2 担任辅助平面的位置，而α1、α2、β1、β、β2 都可以称之为辅助角，而其中的l3 与l4 表示图中上叶片与下叶片的宽度，l5 与l6 则表示叶片进行直射的宽度；l7 与l8 则表示为进行直射时，上叶片以及下叶片的宽度。

所以，在可调节叶片应用过程中，需根据现场的情况，将叶片的夹角进行设置，在保证叶片宽度是固定的前提下，保证相邻两个叶片之间是有距离的，并且结合产品的应用需求，完成对应的调节工作即可[4]。而为保证计算工作能够顺利实施，也可通过设定图的绘制，将叶片的宽度分别设置为1（主要是l3、l4），这样，则可得到实际叶片宽度的商值。

最后，可以站在辐射传热的层面上进行分析，若各系数都在同一平面当中，则彼此之间所产生的夹角则是“0”。也就是面1-8 中的夹角系数都是0，而面5与面3 的夹角则为Φ53；其中面6 和面4 之间的夹角则是Φ64，经比对，其都是0。若此时，结合对称的基本原理，则可确认面4 对面2 的夹角系数是Φ42，而面3 与面1 之间的夹角系数为Φ31，彼此之间存在相互对称的关系。但如若在同一平面上，需要依靠能量的守恒定量，实现对面5 与面1 之间Φ 的计算，则可运用公式得出Φ51，具体如下：

同时，为保证角系数是相对完整的，可以让面1和面2 之间的夹角系数为Φ12，则面3 和面4 之间的夹角系数为Φ34。采用分别计算的方法，得到准确数值。具体如下：

另外，在模型创建过程中可以根据太阳光的垂直状态，让方位角为0°，而太阳高度角则为45°，其中的叶片倾角则为45°，如此，测定叶片与太阳光入射后的间距比为d/l=1 的角系数，具体取值如表1 内容所示。

表1 角系数变化数据表

并且当太阳光呈现出垂直照射的状态，太阳高度角为45°时，叶片倾角为65°，方位角为0°时，测定叶片与太阳光入射后的间距比为d/l=0.87±0.03,则角系数如表2 所示。

表2 角系数变化数据表

若此时的方位角为0°，太阳的高度角为30°，叶片倾角是120°，则叶片不存在太阳直接射入的情况，可能叶片正处于临界的区域，所以，其中的间距比为d/l=0.87±0.03 时，其中的角系数以表3 内容为准。

表3 角系数变化数据表

2.2 明确叶片倾角产生的影响

根据室内条件下，叶片遮阳装置的应用效果进行分析，了解叶片倾角在变化过程中可能产生的影响。例如：若在叶片倾角以及太阳高度角呈现出相同状态时，d/l=0.87 的前提下，半球透比及太阳光直射都会比d/l=1 的情况要低。所以，前者的遮阳效果会比后者要好，也要优于d/l=1 的情况。

2.3 确认太阳方位所带来的影响

文中影响室内叶片装置在应用过程中具有较多的规格，使得叶片的宽度分别为16 mm、25 mm、50 mm、80 mm 以及90 mm，使得叶片倾角进行调整时，把按叶片的中心距离，运用定向调整的方式，确认遮阳装置的规格，让叶片宽度与叶片中心距之间的比d/l能够在0.87 左右。如此，则可运用d/l=0.87 完成后续的计算操作。

首先，可以了解现场内建筑物的实际状况，让遮阳装置在设置过程中能够以叶片的角度为基础，依靠人为选择的方式，保证叶片可以随时进行调整，以跟上太阳高度角的变化速度。并且，应增加对太阳直射率的关注，了解在遮阳装置合理设置的情况下，能够强化现场内的遮阳效果。若叶片的倾角位置和太阳方位角之间存在差异，则遮阳装置内的遮阳效果则会产生较大的差异[5]。

如此，则可将固定叶片的倾角设置为45°，而在特定的情况下太阳光是可以进行直射的，其中的半球透射比会跟随太阳高度角的变化而持续增大。这样一来，则可让遮阳装置中产生的直射光有所减少。而发生这一状况的主要是因为，太阳高度角是持续增大的，而当叶片材料中所具备的光热性能不发生改变的前提下，遮阳装置会对太阳的直射面积带来较小的影响。所以，在叶片倾角的角度相同的状况下，d/l=0.87的前提下，遮阳装置中的太阳光半透射比会小于d/l=1。由此可见，d/l 值与太阳高度角都会对叶片遮阳装置的遮阳效果带来直接的影响。

其次，可以结合图2 中的内容，掌握叶片倾角是如何进行变化的。（具体如图2 内容所示）。

图2 若d/l=0.87 遮阳性能变化图

根据图中内容，可以了解到遮阳装置会跟随阳光的变化而产生变化，使得半球透射比、太阳高度角之间的呈现出持续变化的状态。并且，若半球透射比、遮阳装置的太阳光直射环节，图中的变化趋势曲线会发生一定的变化，则叶片内的倾角则会变化，使得其对遮阳性能产生较大的影响。

最后，若基于建筑节能效果方面进行思考，如果太阳高度角呈现出持续变化的状态，则可其中的不可按因素数量则会增加，使得其中的叶片倾角持续缩小，让能够进入室内的直射辐射能也有所降低。这也表明，在夏季时节，建筑物内的节能效果会大幅提升。而适当地增加叶片倾角，可以增加室内的太阳能辐射能力，在冬季时节，可以保证住户在日常居住环节能够消耗较少的能耗，达到节能降耗的目的。

3 结论

综上所述，结合叶片材料的特殊性进行分析，对于特定情况下的叶片倾角及材料而言，其会根据太阳高度角产生的变化而产生相应的改变，如若太阳高度角变大，则可以让遮阳装置对太阳的直射面积有所减小，不断地对叶片遮阳装置进行调整，使其半球透射比、太阳光直射能够呈现出不断下降的趋势，让太阳直射光也有所减少，反之，则太阳直射光则会增加。另外，d/l 越小，则可调节的半球透射比、太阳光直射也会更小。