4.1 水平式遮阳
在玻璃前采用伸出重叠的平板这种形式的遮阳,能有效地遮挡太阳高度角较大的,从玻璃幕墙上方投射下来的阳光。人类早已发现太阳的运行有规律可循,太阳高度角和方位角在一年四季循环往复地变化着,建筑遮阳也由此产生。在不同的太阳方位角和高度角状况下,遮阳构件产生的阴影区也随之改变。因此,水平遮阳时要仔细考虑不同季节、不同时间的阴影变化。在低纬地区或夏季,由于太阳高度角很大,建筑的阴影很短,水平遮阳就足以达到很好的遮阳效果。那么,遮阳板的尺寸如何确定呢?在中国大陆的广大地区,夏季遮挡炙热的阳光是必要的,而在多数季节中,充分吸收阳光中的热量则更加关键。因而,最简单也最有效的方式就是利用冬季、夏季太阳高度角的差异来确定合适的出檐距离,使得屋檐在遮挡住夏季灼热阳光的同时又不会阻隔冬季温暖的阳光。水平遮阳的使用最为广泛,柏林的北欧5国大使馆(Nordic Embassies,5个斯堪的纳维亚国家:丹麦、芬兰、冰岛、挪威、瑞典共享一座综合建筑)采用了水平遮阳板,绿色流线型截面的遮阳板密密覆盖在窗户外侧,与整个墙面融为一体。
4.2 垂直式遮阳
设于玻璃前之凸出板的垂直式遮阳,能有效地遮挡角度较小的,从玻璃窗侧斜射进来的阳光。但对于角度较大的,从玻璃窗上面射下来的阳光,或接近日出、日没时平射的阳光,它不起遮挡作用。
决定垂直遮阳效果的因素是太阳方位角,由于它能够有效地遮挡高度角很低的斜射光线,因此适合用于东南西北四个斜角方向。柏林的墨西哥大使馆主立面和入口朝东南,垂直遮阳能够最有效地发挥作用,18m高的主立面上,最为突出的是从上到下贯穿整个高度的垂直遮阳构件,这些混凝土遮阳板位于玻璃幕墙之外,不仅能够有效遮挡阳光,而且倾斜角度逐渐加大,给人一种韵律感。同样,在柏林奔驰公司总部大楼上,作为垂直遮阳板的竖向黄色线条使人眼前一亮,成为一种标志或者装饰,营造出丰富多彩的几何形体,成为建筑不可分割的有机组成部分,体现了垂直遮阳所具有的艺术感染力。
4.3 综合式遮阳
综合式遮阳能有效地遮挡高角度中等的,从玻璃窗前射下来的阳光。遮阳效果比较均匀,故它在玻璃幕墙建筑中的适用性比较广泛。综合式遮阳兼有水平遮阳和垂直遮阳的优点,对于各种朝向和高度角的阳光都比较有效。在这一方面,柯布西耶设计的昌迪加尔议会大厦及高等法院是当之无愧的典范,其风格粗犷的混凝土面层、奇特形体和遮阳格栅独树一帜,影响深远。今天,其追随者仍然在使用混凝土设计以遮阳格栅为主要建筑语汇的现代主义作品。
4.4 挡板式遮阳
这种式的遮阳,能有效地遮挡高度角较小的,正
射窗口的阳光。故它主要用于东西向的玻璃幕墙建筑。
挡板式遮阳能够最有效地遮挡整个窗户部分的阳光,为了兼顾采光和通风,这种遮阳板往往需要移动和开启,进行适当的调节。对此,不同的建筑师往往有与众不同的处理手法。邻近柏林英国大使馆的威廉老年之家(William Eck Old peoples home)采用的是移动平板遮阳,在外墙上安装导轨,平面遮阳板用推动的方式根据需要达到遮阳目的。安装在玻璃建筑内部或者外部的布帘不仅能够有效遮阳,而且开启方便,使用自如,折叠之后基本不占据空间,在遮阳的同时满足室内的采光需要。
5 智能光伏外遮阳系统的设计原理分析
现在国家大力提倡全民构建“资源节约型,环境友好型”社会,创造低能耗和人性化的生活空间与环境,已成为目前建筑行业生产力与经济效益以外的另一项重要规划设计课题。智能化
绿色建筑的架构是基于对可再生能源的综合利用和对室内环境的智能化、自动化控制,从而使建筑物更节能、安全、健康、舒适和高效率,智能化绿色建筑不仅需要令各种设各系统的效能均处于最适化的运转,更需要使各设各系统之间有机的连成一个整体循环系统。而智能光伏外遮阳系统作为外幕墙系统的一部分,除了肩负着改善室内环境,减低幕墙能耗等作用,还要负责提供洁净的、无污染的太阳能,从而使幕墙系统和电力系统有机的结合在一起。所以智能光伏外遮阳系统是绿色建筑智能化系统不可或缺的一部分,相信越来越多的现代建筑将采用,并在设计阶段就应被集成进去。光伏外遮阳系统为改善室内环境和提供可再生能源而设,光伏外遮阳系统的智能化将是绿色建筑智能化系统最新和最有潜力的一个发展分支。
5.1 智能光伏外遮阳系统的组成
智能光伏外遮阳系统一般由遮阳系统、传动机构系统、光伏发电系统、智能控制系统四部分组成。遮阳系统是与幕墙结合最紧密的部分,它一般固定在幕墙的表面,除了功能上要满足遮阳和发电的需要外,还要考虑与幕墙相协调、一致、美观。传动机构系统是智能光伏外遮阳系统的机械运动部分,它的稳定和低能耗是整个系统运转得顺畅的前提。光伏发电系统包括前端的
太阳能电池组件,和后端的控制器、逆变器等,它是串联起整个智能光伏外遮阳系统的关键。智能控制系统则是负责一切控制的中枢,不同产品的优劣也集中体现在这一点上。
5.2 遮阳系统设计
我们前面说了遮阳系统的一些理论知识,从现在开始深入研究探讨遮阳系统和光伏组件如何有机结合。首先大家要清醒的认识到,整个遮阳系统的设计基础是光伏组件,在面对种类繁多的太阳能面板材料中,我们如何根据它们各自的特点去设计遮阳系统,成为了遮阳系统成败的关键。
(1)我们在设计光伏遮阳系统的最初,要根据发电功率要求,建筑师的外观要求,以及幕墙本身的结构要求去选定一种太阳能电池面板。例如发电要求高的,我们就要选用
晶体硅的面板;如果建筑师要求遮阳构件异形,我们可以用柔性薄膜的面板;如果幕墙本身比较轻巧,要求遮阳构件也比较轻巧,我们可以利用一些最新的太阳能技术使其在最小的面积下产生最太的电能。
(2)太阳能电池板一般有固定的模数,而且根据整体的发电需求,在设计初期就能确定是几并几串的电池组阵列,所以外遮阳构件的外观尺寸在选定面板后就能基本确定下来。由于光伏遮阳构件除了负责遮阳功能外,还肩负着承托太阳能电池组件的重要责任,所以在设计的时候要充分考虑最大发电功率的要求。一般来说,设计的光伏遮阳构件比一般的遮阳构件更大,间距更宽松,这样才能够集中获得更高的发电功率和减少遮挡。
(3)由于光伏组件的颜色较深,属于吸热材料,所以光伏遮阳构件比一般遮阳构件更需要考虑合理的散热。我们可以利用热压、风压的压力差来形成快速的气体流动,从而解决散热问题。在具体设计中,应使遮阳构件与幕墙表面留有足够的距离;遮阳构件应该采用开放式设计,例如鱼骨式;遮阳构件的非光伏部位建议采用穿孔构造,以达到最大的散热面积。只有保证散热,才能保证幕墙本身的节能,不至于弄巧反拙。
5.3 传动机构系统设计
传动机构系统是指带动遮阳构件转动或移动的电动系统,主要由传动构件和电机组成。传动构件要求有超高的耐候
耐腐蚀性,而且要足够结实,从而保证推力的稳定。电机根据安装于室内室外来决定防水等级,一般来说都采用推杆电机,因为其具有较好的防水性能,而且成本上比较节省。管状转动电机的优点是隐蔽性好、安静快速,缺点是在做大型遮阳百叶的时候每扇百叶都要设置电机,造价太高。传动机构系统随着科技水平的发展势必越来越复杂和灵活,但需要时刻注意的是一切以低能耗出发,尽量挑选低能耗的电动i方式。
5.4 光伏发电系统设计
光伏发电系统是整个系统的核心,它串联起各个组成部分,使系统成为一个有机的整体。它包括四个组成部分你:依附在遮阳百叶上面的
光伏电池组件,负责保证太阳能阵列全天时、全天候最大效率工作以及蓄电池充放电控制的光伏控制器,负责提供稳定的交流输出以及并网的逆变器,负责提供控制器、逆变器等设各的用电和其他紧急用电的蓄电池。由于此系统多数情况下需要无人值守自动工作,所以系统的每一个部分都需要有超强的稳定性和容错能力。
(1)光伏电池组件
光伏电池组件是
太阳能光伏发电系统的核心部件,直接将太阳能转化成电能。我们前面已经介绍过光伏电池组件的多种类型,这里主要说说不同类型的固定方法。对于
平板玻璃合片加工工艺的光伏电池组件,我们通常采用幕墙常用的隐框
结构胶粘接的方法固定在遮阳百叶上,但要注意日常更换维护方便,以及整体造型轻巧美观。对于柔性薄膜光伏电池组件,我们通常采用直接粘接在金属板或者玻璃上的方法固定在遮阳百叶上,此种做法较能适应遮阳百叶的形体要求,但要注意对于边部位置的保护处理,防止脱胶。另外,由于室外环境条件复杂,我们一定要根据地区的环境气候特点采用相应防水等级的接线方法,以保证整体的稳定性。
(2)光伏控制器
控制器对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制,并按照负荷的电源需求控制太阳能电池板和蓄电池对负荷的电能输出,它是整个系统的核心控制部分,保证系统能正常、可靠地工作,延长系统部件(特别是蓄电池)的使用寿命。它必须包含蓄电池过充、过放、负荷过流各防反充等保护电路。随着光伏产业的发展,控制器的功能越来越强大,有将传统的控制部分、逆变器以及监测系统集成的趋势。
光伏控制器是用于太阳能发电系统中,控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设各。光伏控制器采用高速CPU微处理器和高精度A/D模数转换器,是一个微机数据采集和监测控制系统。既可快速实时采集光伏系统当前的工作状态,随时获得PV 站的工作信息,又可详细积累PⅤ 站的历史数据,为评估PV系统设计的合理性及检验系统部件质量的
可靠性提供了准确而充分的依据。此外,光伏控制器还具有串行通信数据传输功能,可将多个光伏系统子站进行集中管理和远距离控制。
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