广州市电力工程设计有限公司
摘要:针对夏热冬暖地区气候和变电站建筑特点，简述各种遮阳方式。根据相关建筑节能设计标准及国内先进科技研究成果,对工程实例进行遮阳节能分析。结合分析结果，在节能的基础上，探讨适合于夏热冬暖地区变电站建筑的遮阳设计方法。
关键词:夏热冬暖地区 变电站 遮阳 节能
0.引言
夏热冬暖地区位于我国南部，气候特点是夏季漫长，太阳辐射强烈、雨量充沛，长年气温高且湿度大，对电气设备运行有着不利影响。近年来，随着经济技术水平的不断发展，传统户外变电站已逐渐向户内布置发展，变电站的造型也顺应时代发展需要，越来越多的采用各种大面积玻璃窗来提高建筑的采光需求和通透艺术。但玻璃的应用却导致了室内热环境质量恶化，加剧了建筑内部温室效应。而建筑遮阳作为一种行之有效、简单灵活的设施，可以达到非常好的节能效果。
1.定义分类
建筑遮阳是通过建筑手段，运用相应的材料和构造，与日照光线成某一有利的角度，遮挡通过玻璃影响室内过热的热辐射，而不减弱采光条件的手段和措施。建筑遮阳不仅仅是针对门窗洞口的措施，对屋面、墙面也同样有效，但针对变电站建筑来说，这几组措施中门窗洞口无疑是最重要的。
1）固定式外遮阳。通过外装遮阳板、格栅、百叶等来阻挡一定角度的阳光直射，是最简单最常见的遮阳方式，但这种遮阳方式不可避免的会带来与采光、自然通风、视野等方面的矛盾。
2）活动式外遮阳。近些年来热门的遮阳方式，主要有遮阳卷帘、活动百叶、纱幕等，且随着技术的发展，逐渐出现了智能追踪式电动遮阳百叶等智能遮阳措施，可根据室内热环境需求和阳光入射角自动调整遮光比，达到因地制宜、因时制宜。
3）玻璃自遮阳。利用窗户玻璃自身的遮阳性能，阻断部分阳光进入室内，常见的有吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射（Low-E）玻璃等。该措施中玻璃自身的遮阳性能对节能的影响很大，同时对采光通风有着不同程度的影响。
4）内遮阳。最常见的即为窗帘，应用广泛，但实际中太阳辐射穿过玻璃照射在窗帘上，热量已经进入室内通过对流和辐射的方式传递，对节能效用不大。
5）构架遮阳。主要应用在屋面，通过屋顶构件进行遮阳，能有效遮挡太阳对屋面的直接辐射，同时也能结合立面造型，创造有性格的建筑形象。
6）绿化遮阳。通过在建筑周围种植绿化、屋顶花园、墙面绿化等，但维护要求较高，不适合变电站应用。
2.节能性能分析
我国颁布的建筑节能设计标准中提供了外遮阳的遮阳系数计算方法，该方法所用参数是通过多次能耗分析结果拟合而来，运用该方法可以通过输入几种常见外遮阳形式的外形尺寸便捷地计算得到外遮阳系数。本节将以一变电站工程作为案例进行简要分析，并结合国内其他学者的研究成果，对不同形式的外遮阳措施节能率进行总结，以期为更多的变电站建筑设计提供参考。
本案例位于广州市内，是典型夏热冬暖地区城市之一。配电装置楼由于征用场地的局限只能东西朝向布置，造成多数功能用房的主要采光通风面是西向，为避免西晒的阳光直射对室内热环境造成不利影响，该站采用了固定式水平百叶外遮阳、Low-E玻璃自遮阳和窗帘内遮阳三种措施，其中固定式水平百叶外遮阳为主要遮阳方式。
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根据相关规范，外遮阳系数公式：
SD=1－(1-η)(1-η*)
其中η为挡板轮廓透光比，即窗洞口面积减去挡板轮廓由太阳光线投影在窗洞口上所产生的阴影面积后的剩余面积与窗洞口面积的比值;η*为挡板构造透射比，金属或其他非透明材料制作的花格、百叶类构造取值0.15。计算可得外遮阳系数SD为0.43，此外加上中透光Low-E玻璃自身的遮蔽系数0.50和少量太阳辐射的吸收，可计算得透光率为1-[0.43+（1-0.43）*0.5+0.05]=0.23，即有23%的太阳辐射穿透至室内。
此外还有一项广州市建筑外遮阳节能性能的研究，对该地区建筑内全年冷负荷构成进行了分析，分析结果表明，外窗热辐射占建筑内全年冷负荷一半以上。
此研究还对固定遮阳板、活动遮阳板、固定百叶外遮阳和智能百叶外遮阳进行了分析，结果表明：采用固定遮阳板，节能率最高达58.82%；采用活动遮阳板，节能率最高达59.20%；采用固定百叶外遮阳，节能率最高达66.40%；采用智能百叶外遮阳，节能率最高达72.67%。所有结果中都以南向遮阳效果最佳，其次为北向。
3.遮阳设计方法探讨
综合上述实际案例及相关研究结果，建筑外遮阳对室内热环境最为积极的影响是：只让适量的太阳辐射进入室内，改善室内热环境舒适性，尽量减少空调的冷负荷，降低对能源的依赖。优秀的变电站外遮阳设计应该是设备运行、室内采光、通风、视线等因素的综合考虑，使外遮阳最大限度的发挥其对于室内环境的调节和控制作用，充分利用积极因素创造适宜设备运行工作的环境。
夏热冬暖地区遮阳设计的首要考虑为采光影响，一方面遮阳措施会降低室内照度水平，虽然变电站建筑目前为多数为无人值守站，对照度要求并不是很高，但低照度仍然会造成诸多不利影响。另一方面遮阳措施会避免直射阳光进入，降低太阳辐射热和眩光，减少空调冷负荷，达到节能效果。因此，如何趋利避害是遮阳设计的重要问题。
通常，外遮阳对自然通风有一定的阻挡作用，如果设置不当，会使室内风速减弱22%~47%。而设计良好的遮阳措施则会对通风起到一定的引导作用。
综上所述，根据前文中遮阳形式的能耗分析，结合夏热冬暖地区气候特点，在南北向由于全年日照时间较长，是遮阳设计的重点，考虑设置永久性的固定遮阳措施遮挡；西向由于西晒的不利影响，但日照时间不长，可考虑活动式的可调节遮阳措施；东向则可通过一些简单经济的固定遮阳措施进行遮挡。
4.智能遮阳措施
在诸多遮阳措施中，智能追踪式遮阳系统由于其极高的节能率、呼吸式的遮阳方式，越来越受到当代民用、公共建筑的重视，并作为建筑节能中的有效手段得到广泛推广。其可根据季节变换、时间变化和室外天气情况，通过智能化手段，控制调节遮阳板的开合角度，达到控制太阳辐射进入室内的比例，是一种十分适合应用于东西向墙体和以减少太阳辐射为主的夏热冬暖地区建筑。
在变电站建筑中，此种遮阳系统仍未应用。一方面由于变电站建筑对遮阳要求不高，而且智能化遮阳措施造价相较其他传统遮阳措施较高，缺乏竞争的优势。另一方面其存在后期运行维护的问题，与无人值守的变电站运行理念不相符。但随着社会发展与环境保护的要求不断提高，绿色建筑的设计理念也在不断提升，其遮阳节能效果的优势将成为建筑物节能设计的一个重要有利点，从而变为人员较多的巡维变电站建筑的节能措施之一。
5.总结
建筑遮阳作为一种简单有效的节能方式，有着广阔的应用前景。我们应从建筑的全寿命周期出发；以及节能、节水、节材、环境保护；还有工期、质量、投资、安全等诸多方面的内容。考虑各方面的权重，定出全面的、合理的评价标准，秉承先进适用，安全可靠，经济合理的原则，选择切实可行的最优方案。
参考文献:
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论文作者:严韦
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/30
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