4.1 水平式遮陽
在玻璃前采用伸出重疊的平板這種形式的遮陽,能有效地遮擋太陽高度角較大的,從玻璃幕墻上方投射下來的陽光。人類早已發現太陽的運行有規律可循,太陽高度角和方位角在一年四季循環往復地變化著,建筑遮陽也由此產生。在不同的太陽方位角和高度角狀況下,遮陽構件產生的陰影區也隨之改變。因此,水平遮陽時要仔細考慮不同季節、不同時間的陰影變化。在低緯地區或夏季,由于太陽高度角很大,建筑的陰影很短,水平遮陽就足以達到很好的遮陽效果。那么,遮陽板的尺寸如何確定呢?在中國大陸的廣大地區,夏季遮擋炙熱的陽光是必要的,而在多數季節中,充分吸收陽光中的熱量則更加關鍵。因而,最簡單也最有效的方式就是利用冬季、夏季太陽高度角的差異來確定合適的出檐距離,使得屋檐在遮擋住夏季灼熱陽光的同時又不會阻隔冬季溫暖的陽光。水平遮陽的使用最為廣泛,柏林的北歐5國大使館(Nordic Embassies,5個斯堪的納維亞國家:丹麥、芬蘭、冰島、挪威、瑞典共享一座綜合建筑)采用了水平遮陽板,綠色流線型截面的遮陽板密密覆蓋在窗戶外側,與整個墻面融為一體。
4.2 垂直式遮陽
設于玻璃前之凸出板的垂直式遮陽,能有效地遮擋角度較小的,從玻璃窗側斜射進來的陽光。但對于角度較大的,從玻璃窗上面射下來的陽光,或接近日出、日沒時平射的陽光,它不起遮擋作用。
決定垂直遮陽效果的因素是太陽方位角,由于它能夠有效地遮擋高度角很低的斜射光線,因此適合用于東南西北四個斜角方向。柏林的墨西哥大使館主立面和入口朝東南,垂直遮陽能夠最有效地發揮作用,18m高的主立面上,最為突出的是從上到下貫穿整個高度的垂直遮陽構件,這些混凝土遮陽板位于玻璃幕墻之外,不僅能夠有效遮擋陽光,而且傾斜角度逐漸加大,給人一種韻律感。同樣,在柏林奔馳公司總部大樓上,作為垂直遮陽板的豎向黃色線條使人眼前一亮,成為一種標志或者裝飾,營造出豐富多彩的幾何形體,成為建筑不可分割的有機組成部分,體現了垂直遮陽所具有的藝術感染力。
4.3 綜合式遮陽
綜合式遮陽能有效地遮擋高角度中等的,從玻璃窗前射下來的陽光。遮陽效果比較均勻,故它在玻璃幕墻建筑中的適用性比較廣泛。綜合式遮陽兼有水平遮陽和垂直遮陽的優點,對于各種朝向和高度角的陽光都比較有效。在這一方面,柯布西耶設計的昌迪加爾議會大廈及高等法院是當之無愧的典范,其風格粗獷的混凝土面層、奇特形體和遮陽格柵獨樹一幟,影響深遠。今天,其追隨者仍然在使用混凝土設計以遮陽格柵為主要建筑語匯的現代主義作品。
4.4 擋板式遮陽
這種式的遮陽,能有效地遮擋高度角較小的,正
射窗口的陽光。故它主要用于東西向的玻璃幕墻建筑。
擋板式遮陽能夠最有效地遮擋整個窗戶部分的陽光,為了兼顧采光和通風,這種遮陽板往往需要移動和開啟,進行適當的調節。對此,不同的建筑師往往有與眾不同的處理手法。鄰近柏林英國大使館的威廉老年之家(William Eck Old peoples home)采用的是移動平板遮陽,在外墻上安裝導軌,平面遮陽板用推動的方式根據需要達到遮陽目的。安裝在玻璃建筑內部或者外部的布簾不僅能夠有效遮陽,而且開啟方便,使用自如,折疊之后基本不占據空間,在遮陽的同時滿足室內的采光需要。
5 智能光伏外遮陽系統的設計原理分析
現在國家大力提倡全民構建“資源節約型,環境友好型”社會,創造低能耗和人性化的生活空間與環境,已成為目前建筑行業生產力與經濟效益以外的另一項重要規劃設計課題。智能化
綠色建筑的架構是基于對可再生能源的綜合利用和對室內環境的智能化、自動化控制,從而使建筑物更節能、安全、健康、舒適和高效率,智能化綠色建筑不僅需要令各種設各系統的效能均處于最適化的運轉,更需要使各設各系統之間有機的連成一個整體循環系統。而智能光伏外遮陽系統作為外幕墻系統的一部分,除了肩負著改善室內環境,減低幕墻能耗等作用,還要負責提供潔凈的、無污染的太陽能,從而使幕墻系統和電力系統有機的結合在一起。所以智能光伏外遮陽系統是綠色建筑智能化系統不可或缺的一部分,相信越來越多的現代建筑將采用,并在設計階段就應被集成進去。光伏外遮陽系統為改善室內環境和提供可再生能源而設,光伏外遮陽系統的智能化將是綠色建筑智能化系統最新和最有潛力的一個發展分支。
5.1 智能光伏外遮陽系統的組成
智能光伏外遮陽系統一般由遮陽系統、傳動機構系統、光伏發電系統、智能控制系統四部分組成。遮陽系統是與幕墻結合最緊密的部分,它一般固定在幕墻的表面,除了功能上要滿足遮陽和發電的需要外,還要考慮與幕墻相協調、一致、美觀。傳動機構系統是智能光伏外遮陽系統的機械運動部分,它的穩定和低能耗是整個系統運轉得順暢的前提。光伏發電系統包括前端的
太陽能電池組件,和后端的控制器、逆變器等,它是串聯起整個智能光伏外遮陽系統的關鍵。智能控制系統則是負責一切控制的中樞,不同產品的優劣也集中體現在這一點上。
5.2 遮陽系統設計
我們前面說了遮陽系統的一些理論知識,從現在開始深入研究探討遮陽系統和光伏組件如何有機結合。首先大家要清醒的認識到,整個遮陽系統的設計基礎是光伏組件,在面對種類繁多的太陽能面板材料中,我們如何根據它們各自的特點去設計遮陽系統,成為了遮陽系統成敗的關鍵。
(1)我們在設計光伏遮陽系統的最初,要根據發電功率要求,建筑師的外觀要求,以及幕墻本身的結構要求去選定一種太陽能電池面板。例如發電要求高的,我們就要選用
晶體硅的面板;如果建筑師要求遮陽構件異形,我們可以用柔性薄膜的面板;如果幕墻本身比較輕巧,要求遮陽構件也比較輕巧,我們可以利用一些最新的太陽能技術使其在最小的面積下產生最太的電能。
(2)太陽能電池板一般有固定的模數,而且根據整體的發電需求,在設計初期就能確定是幾并幾串的電池組陣列,所以外遮陽構件的外觀尺寸在選定面板后就能基本確定下來。由于光伏遮陽構件除了負責遮陽功能外,還肩負著承托太陽能電池組件的重要責任,所以在設計的時候要充分考慮最大發電功率的要求。一般來說,設計的光伏遮陽構件比一般的遮陽構件更大,間距更寬松,這樣才能夠集中獲得更高的發電功率和減少遮擋。
(3)由于光伏組件的顏色較深,屬于吸熱材料,所以光伏遮陽構件比一般遮陽構件更需要考慮合理的散熱。我們可以利用熱壓、風壓的壓力差來形成快速的氣體流動,從而解決散熱問題。在具體設計中,應使遮陽構件與幕墻表面留有足夠的距離;遮陽構件應該采用開放式設計,例如魚骨式;遮陽構件的非光伏部位建議采用穿孔構造,以達到最大的散熱面積。只有保證散熱,才能保證幕墻本身的節能,不至于弄巧反拙。
5.3 傳動機構系統設計
傳動機構系統是指帶動遮陽構件轉動或移動的電動系統,主要由傳動構件和電機組成。傳動構件要求有超高的耐候
耐腐蝕性,而且要足夠結實,從而保證推力的穩定。電機根據安裝于室內室外來決定防水等級,一般來說都采用推桿電機,因為其具有較好的防水性能,而且成本上比較節省。管狀轉動電機的優點是隱蔽性好、安靜快速,缺點是在做大型遮陽百葉的時候每扇百葉都要設置電機,造價太高。傳動機構系統隨著科技水平的發展勢必越來越復雜和靈活,但需要時刻注意的是一切以低能耗出發,盡量挑選低能耗的電動i方式。
5.4 光伏發電系統設計
光伏發電系統是整個系統的核心,它串聯起各個組成部分,使系統成為一個有機的整體。它包括四個組成部分你:依附在遮陽百葉上面的
光伏電池組件,負責保證太陽能陣列全天時、全天候最大效率工作以及蓄電池充放電控制的光伏控制器,負責提供穩定的交流輸出以及并網的逆變器,負責提供控制器、逆變器等設各的用電和其他緊急用電的蓄電池。由于此系統多數情況下需要無人值守自動工作,所以系統的每一個部分都需要有超強的穩定性和容錯能力。
(1)光伏電池組件
光伏電池組件是
太陽能光伏發電系統的核心部件,直接將太陽能轉化成電能。我們前面已經介紹過光伏電池組件的多種類型,這里主要說說不同類型的固定方法。對于
平板玻璃合片加工工藝的光伏電池組件,我們通常采用幕墻常用的隱框
結構膠粘接的方法固定在遮陽百葉上,但要注意日常更換維護方便,以及整體造型輕巧美觀。對于柔性薄膜光伏電池組件,我們通常采用直接粘接在金屬板或者玻璃上的方法固定在遮陽百葉上,此種做法較能適應遮陽百葉的形體要求,但要注意對于邊部位置的保護處理,防止脫膠。另外,由于室外環境條件復雜,我們一定要根據地區的環境氣候特點采用相應防水等級的接線方法,以保證整體的穩定性。
(2)光伏控制器
控制器對蓄電池的充、放電條件加以規定和控制,并按照負荷的電源需求控制太陽能電池板和蓄電池對負荷的電能輸出,它是整個系統的核心控制部分,保證系統能正常、可靠地工作,延長系統部件(特別是蓄電池)的使用壽命。它必須包含蓄電池過充、過放、負荷過流各防反充等保護電路。隨著光伏產業的發展,控制器的功能越來越強大,有將傳統的控制部分、逆變器以及監測系統集成的趨勢。
光伏控制器是用于太陽能發電系統中,控制多路太陽能電池方陣對蓄電池充電以及蓄電池給太陽能逆變器負載供電的自動控制設各。光伏控制器采用高速CPU微處理器和高精度A/D模數轉換器,是一個微機數據采集和監測控制系統。既可快速實時采集光伏系統當前的工作狀態,隨時獲得PV 站的工作信息,又可詳細積累PⅤ 站的歷史數據,為評估PV系統設計的合理性及檢驗系統部件質量的
可靠性提供了準確而充分的依據。此外,光伏控制器還具有串行通信數據傳輸功能,可將多個光伏系統子站進行集中管理和遠距離控制。
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