C.10.1 百叶遮阳的遮光部位是百叶系统,百叶系统是由一组相同形状和特性的板条平行排列成面状的组件。
    入射到百叶系统的太阳辐射照度I0由直射辐射照度和散射辐射照度构成。

    式中:I0——入射到百叶系统的太阳辐射照度;
          ID——直射辐射照度;
          Id——散射辐射照度。
    太阳辐射透过百叶系统的方式主要有三种:
    1 入射光中的直射辐射部分直接通过百叶系统的透空部分的透射;
    2 入射光中的直射辐射部分被百叶板条吸收、反射、透射后的散射透射;
    3 入射光中的散射辐射部分被百叶板条吸收、反射、透射后的散射透射。
    计算百叶系统的透射性能时,应考虑板条的光学性能、几何形状和位置等因素,见图6。

图6 百叶系统中的板条几何形状和位置

    计算百叶系统的遮阳性能时可采用以下模型和假设:
    1 百叶板条为漫反射,并可以忽略百叶系统边缘的作用;
    2 模型单元考虑两个相邻的百叶板条,每个板条分为k等分段,见图7;
    3 忽略板条的轻微挠曲和厚度。
    当百叶系统的入射侧受到波长为λi的散射辐射时,该散射辐射在百叶板条中间进行反射、透过和吸收后,会有一部分的散射辐射仍然以散射辐射的形式通过百叶系统透射出去,其比例为τdif,difj);一部分散射辐射被百叶系统反射到外部,其比例为ρdif,difj);还有一部分的散射辐射被百叶系统所吸收,其比例为αdifj)。这三部分有以下关系式:

    式中:τdif,difj)——百叶系统对波长为λj的散射辐射的透射比;
          ρdif,difj)——百叶系统对波长为λj的散射辐射的反射率;
          αdifj)——百叶系统对波长为λj的散射辐射的吸收率。

图7 模型单元中百叶板条的分割示意

    当把百叶板条等分成k段时(图7),则第i(1≤i≤k)段的两个表面上受到的散射辐射分别为:

    式中:Idj)——百叶系统受到外侧入射的波长为λj的散射辐射(W/m2);
          Inj)——百叶系统受到内侧入射的散射辐射,可忽略内侧环境对外部环境的散射辐射,取其为0。

C.10.2 百叶遮阳受到的直射辐射,一部分是通过百叶系统的透空部位直接透射的,一部分是经过百叶板条的吸收、透射、反射后以散射形式透射的。
    百叶系统对直射辐射的直接透射量应依据百叶的角度和几何尺寸,按投射的几何计算方法,当给定直射辐射入射角θ时,计算穿过百叶系统透空部分的直射辐射量,见图8。

图8 百叶板条受到直射辐射的部分

    解:公式(C.10.3-1)和公式(C.10.3-2)所组成的方程组,即可得到直射—散射的透射率和反射率。

C.10.5 百叶遮阳直射辐射的散射投射计算在ISO 15099《Thermal Performance of Windows,Doors and Shading Devices-detailed Calculations》中将百叶板板划分为五块,对于实际应用中的百叶遮阳板计算,将百叶板划分为两块,如图9所示,已经可以满足精度需要,其与ISO 15099《Thermal Performance of Windows,Doors and Shading Devices-detailed Calculations》中的误差可以控制在3%以内。

图9 用于计算机算法的百叶遮阳板示意

    根据公式(C.10.1-5)、公式(C.10.1-6),以及i=1和2,可以得到以下公式:

    这是一个线性方程组,未知数为Ef,1、Ef,2、Eb,1和Eb,2,其他角系数和百叶板透过率、反射率等参数也可以根据遮阳板材料特性得到,因此上述方程组可以简化为下式表示:

    采用Gauss-Seidel迭代法,可以得到上述方程组的数值解。将数值解代入到公式(C.10.1-2)和公式(C.10.1-4)中,得到透过百叶遮阳系统的太阳散射辐射和反射到百叶系统外部的散射辐射,如下式所示:

    结合入射太阳散射辐射参数,可以得到该遮阳系统对散射辐射的透过率和反射率以及吸收率。

C.9.1 由于透过遮阳板的散射辐射计算比较复杂,因此,在计算过程中可做以下的简化:
    1 水平遮阳板两边无限长;
    2 垂直遮阳板两侧板无限长;
    3 忽略遮阳板间的反射。
    水平遮阳板散射辐射透射比计算的几何关系如图4所示:

图4 水平遮阳板散射辐射透射比计算示意

    对于如图4所示水平遮阳板,当不存在水平遮阳构件时,门窗洞口受到的散射辐射照度为:

    式中:Id——水平面的天空散射辐射(W/m2)。
    设置水平遮阳板后,外窗对天穹的“视系数”减少,为了简化计算,这里近似用∠BOC(角α)与∠AOC(90°)的比例来反映天空散射辐射的减少程度。
    有遮阳板时,门窗洞口受到的散射辐射为:

    两者相比,即可得到水平遮阳的散射辐射的透射比计算公式。

C.9.2 与水平遮阳情况类似,垂直遮阳板散射辐射透射比计算的几何关系如图5所示:
    与水平遮阳情况类似,当无垂直遮阳构件时,门窗洞口受到的散射辐射照度为:

    当设置垂直遮阳后,外窗对天穹的“视系数”减少。为了简

图5 垂直遮阳板散射辐射透射比计算示意

化计算,这里采用∠BQC(角β)与水平角(180°)的比例来反映天空散射辐射的减少程度。则当有垂直遮阳时,门窗洞口受到的散射辐射为:

    与无垂直遮阳时所受散射辐射相比,即可得到散射辐射的透射比计算公式。

C.8.1 为了求得逐时太阳直射辐射透射比,需要计算得到窗口玻璃上的逐时光斑面积的大小。一般认为照射到地球表面的太阳光线是一束平行光,而一般物体或部件大都由各种有规律的平行直线构成,它们在任意平面上的投影所形成的光斑,也必然由平行四边形组成,因此,只要能找到物体上几个拐角点的投影位置,就可以利用几何原理来求的上述光斑面积和透光系数,为了简化模型,对所研究的遮阳构造做了以下近似处理:
    1 忽略窗棂对光斑面积的影响;
    2 忽略遮阳板厚度的影响;
    3 忽略遮阳板间的反射。
    对于这种类型的水平遮阳板全天光斑形式有附录表C.8.1所示的三种变化(观测点在室外,下同):由于光斑变化情况是以0壁面太阳方位角为对称的,因此,附录表C.8.1只列出了壁面太阳方位角小于0的情况,当该角度大于0时,除光斑图形发生对称变化外,计算公式相同。
    壁面太阳方位角ε是指:壁面上某点和太阳之间的连线在水平面上的投影,与壁面法线在水平面上的投影线之间的夹角。在数值上等于(太阳方位角-壁面方位角)。太阳方位角是指:太阳至地面上某给定点连线在地面上的投影与正南向的夹角,太阳偏东时为负,偏西时为正,正南为零;壁面方位角是指:壁面法线在水平面上的投影与正南向的夹角,壁面朝向偏东为负,偏西为正,正南为零。

C.6.3 按现行行业标准《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T 151的要求,门窗或幕墙的各个部件划分示意图见图3。
    对于严寒、寒冷地区来说,铝合金窗框在冬季完全不结露,要求过于苛刻。因此按现行行业标准《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T 151的要求,将门窗、幕墙各部件分类进行要求,比较合理。也就是允许框、面板中部及面板边缘区域各部分的10%面积出现结露。

图3 门窗、幕墙各部件划分示意图

    可采用二维稳态传热程序计算门窗或幕墙各个框、面板及面板边缘区域的表面温度场,与露点温度进行比较,确定是否出现结露。或者计算出框、面板及面板边缘区域的热阻值R,代入公式(C.6.3),不等式成立,则判断满足结露性能要求,反之不满足。
    一般情况下,窗框更容易出现结露,特别是铝合金窗框,如果已知窗框的传热系数的大概数值时,可按下列方法简单判断其是否结露:
    1 根据窗框的传热系数Kf,计算窗框热阻Rf

    αi——门窗、幕墙框或面板内表面换热系数[W/(m2·K)],可取3.6;
    αe——门窗、幕墙框或面板外表面换热系数[W/(m2·K)],可取16。
    2 将Rf代入公式(C.6.3),不等式成立,则判断满足结露性能要求,反之不满足。

C.4.1 非平衡保温是根据不同朝向外墙和屋面单位面积净失热量相等原理,进行围护结构热工设计的方法。现行相关标准规定了不同地区采暖建筑围护结构传热系数的限值,但由于传热系数限值的确定是基于室内外空气温差,所以建筑围护结构的传热系数限值没有朝向的区分。以外墙为例,不同朝向外墙以相同的传热系数进行构造设计,虽然能够简化构造设计难度,但对于太阳能资源丰富的地区,这种方法不利于实现节能墙体构造的优化。
    非平衡保温是指太阳辐射热作用较大的地区,因太阳热作用随采暖建筑围护结构朝向不同而差异明显,为使不同朝向外墙及屋面传热失热热流密度相等,而对不同朝向外墙及屋面采用了不同的传热系数。
    非平衡保温设计的基本原理如公式(14)~公式(17)所示:

    按上式计算可得出不同朝向外墙和屋面非平衡传热系数相关性。
    太阳能资源丰富地区建筑的节能墙体采用非平衡保温设计方法,有利于降低围护结构内壁面不对称辐射对室内热舒适的影响。
    由于本规范并非是节能标准,因此其实质是对建筑热工性能的最基本的要求,因此对于“不同朝向保温”问题,本规范侧重于提供不同朝向保温的热工设计方法。

C.3.1 本规范规定在进行隔热设计时,按照不同的运行工况,设计指标有不同的限值要求。因此,在进行隔热性能计算时,也需要区分房间在夏季是否设置了空调系统,据此来确定是自然通风房间还是空调房间,以选取不同的计算边界条件。

B.1 建筑材料热物理性能计算参数

    本附录基本沿用上一版规范的数据,给出了建筑工程中常用材料的热物理性能计算参数。同时,考虑到当前我国建筑行业现状,表中增减了部分材料种类;并结合近年来建材行业的发展和变化,对部分材料的参数值进行了调整。调整的依据主要是近年来大量的试验数据,以及相关产品标准。在进行建筑热工设计时,材料的热物理性能计算参数应按照本表采用,使计算结果具有可比性、保证热工设计的质量。
    建筑用保温材料由于其导热系数小,是建筑的保温、隔热性能的主要影响因素。为保证设计与实际相接近、安全可靠,有必要充分考虑实际使用中保温材料受各种因素影响而导致导热系数发生变化的情况,对保温材料的导热系数值进行修正。
    当保温材料导热系数的计算值采用修正后的数值时,材料蓄热系数的计算值宜按照修正后的导热系数值重新计算。

B.2 常用保温材料导热系数的修正系数

    为了定量化地确定实际使用中材料导热系数的变化,首先需要确定主要影响因素;其次,是将每个因素对导热系数的影响定量化;然后,按照材料具体的使用工况,选择不同影响因素并按照出现的概率进行组合;最终计算得出某种材料在某种特定工况下的导热系数修正系数值。
    对常用保温材料而言,在使用中能够对其导热系数产生影响的因素主要有:温度、湿度、各种应力作用下的应变(如变形、开裂),以及材料导热系数随时间的变化等。表B.2中所列示的修正系数即考虑了上述4种因素对合格产品导热系数的影响。
    表B.2中,聚苯板、挤塑聚苯板、聚氨酯、酚醛、岩棉、玻璃棉、泡沫玻璃的修正系数是按照上述方法,通过一系列实验数据综合确定的。其中,材料导热系数随时间的变化参考了国外相关标准和资料。表B.2中列举的材料多为当前工程中常用的保温材料,选择时还尽量顾及材料的不同类别,以便参考。对于表B.2中没有的材料,当其在前述4种因素的作用下导热系数变化的差异较大时,尚应通过试验的方法确定。
    与原规范中的修正系数值相比,本规范没有考虑施工、建筑构造等因素的影响。这些因素与具体工程密切相关,且其并未改变材料的导热系数,而是在影响围护结构的传热系数,故本附录没有将其纳入考虑的范围。

B.3 封闭空气间层热阻

    本附录表参考了ASHRAE标准中的相关内容,表中数据的计算和来源可参考原标准中的注释。本表允许在平均温度、温差、辐射率、空气层厚度每个值之间内插;空气层厚度大于90mm时,适当的外插也是允许的。

9.2.1 确定需要建筑遮阳的地区。北回归线以南地区在夏至日前后各朝向均有太阳辐射直射,且太阳辐射的散射占太阳总辐射的比例高于其他地区,门窗洞口既要控制太阳辐射的直射,也要控制太阳辐射的散射,应在各朝向均采取遮阳措施;北回归线以北的夏热冬暖地区、温和地区、夏热冬冷地区,只有东、西、南和水平朝向有太阳辐射的直射,北向的散射辐射占太阳总辐射的比例较北回归线以南地区小,北向窗口可不采取遮阳措施;寒冷地区的东、西和水平朝向夏季太阳辐射的直射照度大,东西朝向上、下午时段和水平朝向的正午时段直射辐射较易通过透光围护结构进入室内,引起房间过热,应采取遮阳措施。

9.2.2 明确活动式建筑遮阳措施的优先作用。遮阳装置可减少透过建筑透光围护结构的太阳辐射,防止室内过热、降低建筑空调能耗。遮阳形式划分为:固定式、活动式。国内外实践证明,活动式建筑遮阳与固定式建筑遮阳相比,具有可按太阳辐射条件的变化调节房间对太阳辐射季节性、时间性需要的特点,提高房间的光、热环境质量,降低房间的夏季空调负荷和冬季采暖负荷的作用明显优于固定式建筑遮阳,因此在保证安全的前提下,建筑遮阳应优先选用活动式建筑遮阳。

9.2.3 固定遮阳造价低、维护简单,使用方便。但是,设置固定遮阳时必须考虑遮阳的效果,且应在保证夏季有效遮阳的同时,不会对冬季产生不利影响。
    确定固定遮阳的形式除了需要考虑建筑朝向、太阳的高度角、方位角以外,还必须考虑当地太阳辐射量的大小、遮阳的时段,并兼顾冬季需求等。
    通过计算并统计三种主要固定遮阳形式(水平、垂直、挡板)在夏至日到秋分日,不同纬度各朝向辐射遮挡的总量后,发现:南向窗口的水平遮阳、东西向窗口的挡板遮阳,以及北回归线以南地区的垂直遮阳的对太阳辐射的遮挡作用最大,且对冬季太阳辐射(北方)的遮挡很少,属于比较适用的遮阳形式。

9.2.4 规定建筑遮阳措施不应影响采暖房间冬季的太阳辐射得热。严寒和寒冷地区、夏热冬冷地区,建筑遮阳应能遮挡夏季太阳辐射和透过冬季太阳辐射。这些地区建筑室内环境既需要夏季遮阳又需要冬季日照,建筑门窗洞口的遮阳构件或装置,应具有按太阳辐射季节性变化调节遮阳效果的作用,一般应采取活动式遮阳装置或采用固定式偏角形百叶遮阳两种措施(图1、图2),两种措施都能实现按冬季遮阳系数大、夏季遮阳系数小的要求适应季节性的变化。

图1 东西朝向固定式偏角百叶板遮阳示意图

图2 采用固定式偏角百叶板的水平遮阳和挡板遮阳示意图

9.2.5 为了确保遮阳措施在工程上有效实施和保证遮阳构造的安全性,必须保证建筑遮阳与建筑物一体化设计、同步施工。

8.2 技术措施

8.2.1~8.2.4 建筑的总平面布置、朝向、体型、建筑平面的布局、门窗洞口的设置等都是影响自然通风的因素,在设计中应予以考虑。
    对于条形建筑,朝向与夏季或过渡季节主导风向一致最有利于自然通风;对于点式建筑,室外风能通过建筑的两个面进入室内时可以避免部分房间成为通风死角。
    建筑进深对自然通风效果影响显著,建筑进深越小越有利于自然通风。对于居住建筑,卧室的合理进深为4.5m左右,不超过12m的户型进深对功能布置是合适的,同时也有利于自然通风。对于公共建筑,由于功能的要求,进深往往都比较大。但对于大多数建筑而言,设计按40m来控制建筑进深是可以获得比较好的平面功能的。另外,经过对多个项目的模拟分析,不超过40m的建筑进深可以获得较好的自然通风效果。
    由于平面功能的需要,大型商场、高层建筑的裙房往往建筑进深都很大,有的甚至接近100m。在这种情况下,仅仅依靠风压是难以获得好的自然通风效果的。利用风压自然通风,就得设置竖向风道。而中庭、天井不仅是丰富室内空间、改善室内环境的设施,而且也正是良好的自然通风竖向风道。在设计中庭、天井时,除了考虑平面和空间的功能关系外,还应考虑改善自然通风效果。
    通风开口包括可开启的外窗和玻璃幕墙、外门、外围护结构上的洞口。通风开口面积越大,越有利于自然通风,但不一定有利于建筑节能。
    建筑进深和室内空间布置,应有利于减小自然通风的阻力,进风开口和出风开口不应在同一朝向,应利于组织穿堂风、避免“口袋屋”式的平面布局。
    厨房、卫生间、文印室等是有害气体和异味的产生源,流经这些房间的空气应尽快排至室外,避免进入其他空间。
    自然通风的作用压力在很多时候是比较小的。在自然通风设计时应尽量减小进排风口和通风路径的阻力。阻力是随着流经风速增大而增大的,而流经风速与通风量和风口、路径的面积有关。可根据以下公式来确定进风口的最小面积:

    式中:Q——自然通风从室内带走热量(W);
          c——空气的比热容,取1030J/(kg·K);
          ρ——空气的密度,取1.3kg/m3
          L——通风量(m3/h)。
          △t——空气通过室内吸收热量所引起的温升(℃)。考虑到当室外温度为25℃时,通过自然通风使室内温度不超过27℃是可以接受的,△t取值2.0K。
    其中,Q可以按照公式(11)用室内发热量指标来估算。

    式中:q——室内单位面积发热量,包括人体显热、照明发热和设备发热(W/m2);
          A——通风空间的面积(m2)。
    通风量L可按式(12)来计算。

    式中:v——进风口处的风速(m/s),为了控制进风口的阻力,取值1.0m/s;
          F——进风口面积(m2)。
    将公式(11)和公式(12)带入公式(10),并整理,可得到以下结果:

    只要控制排风口、通风路径的面积不小于进风口面积,就可以将对应于所需最小风量的通风风速,即通风阻力,控制在合理范围之内,以确保通风效果。

8.2.5 在相隔180°的两个朝向设置可开启外窗,可在建筑内形成穿堂风,有效改善自然通风效果。条式建筑的大部分房间都可以做到这一点,而点式建筑难以做到这一点。
    现在的高层中,由于必不可少的电梯、疏散楼梯间,使得部分房间只能在一个朝向上设置可开启外窗,只能依靠单侧进行自然通风。对于单侧通风,由于不能形成穿堂风,通风窗设在迎风面、增加可开启窗扇的高度都是改善通风效果的必要措施。
    另外,近来研究表明,建筑迎风面体型凹凸变化对单侧通风的效果有影响,凹口较深及内折的平面形式更有利于单侧通风。立面上的建筑构件可以增强建筑体型的凹凸变化,从而促进自然通风;设置凹阳台可增强自然通风效果。

8.1.1 建筑通风包括主动式通风和被动式通风。主动式通风指的是利用机械设备动力组织室内通风的方法,一般采用风机、空调机作为通风的动力设备。被动式通风(自然通风)指的是采用“天然”的风压、热压作为驱动对房间降温。在我国的大多数地区,自然通风是降低建筑能耗和改善室内热舒适的有效手段。当室外空气温度不超过夏季空调室内设计温度时,只要建筑具有良好的自然通风效果,能够带走室内的发热量,就能获得良好的热舒适性。

8.1.2 建筑能否进行有效的自然通风,除受室外气象条件制约外,还取决于建筑自身。建筑设计时,若能够充分考虑自然通风的要求,对如何引风入室、如何组织气流通过合理的路径经室内空间流出室外进行必要的设计,有助于提升建筑的自然通风性能。

8.1.3 受建筑功能、形体等的影响,建筑平面设计中往往会出现通风“短路”、“断路”的情况。此时,在房间中的关键节点设置简单的辅助通风装置,就能够打通“通路”、形成“回路”,改善房间的自然通风性能。如:在通风路径的进、出口处设置风机,在隔墙、内门上设置通风百叶等。此外,当室外气象条件不佳时,采用简单的通风装置,也可以有效地引风入室,达到良好的自然通风效果。

8.1.4 许多建筑设置的机械通风或空气调节系统,都破坏了建筑的自然通风性能。因此强调设置的管路、设备等不应妨碍建筑的自然通风。