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(fā)現(xiàn)太陽的運行有規(guī)律可循,太陽高度角和方位角在一年四季循環(huán)往復(fù)地變化著,建筑遮陽也由此產(chǎn)生。在不同的太陽方位角和高度角狀況下,遮陽構(gòu)件產(chǎn)生的陰影區(qū)也隨之改變。因此,水平遮陽時要仔細考慮不同季節(jié)、不同時間的陰影變化。在低緯地區(qū)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(qū),夏季遮擋炙熱的陽光是必要的,而在多數(shù)季節(jié)中,充分吸收陽光中的熱量則更加關(guān)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(cè),與整個墻面融為一體。
4.2 垂直式遮陽
設(shè)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(cè)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(fā)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(gòu)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(xiàn)了垂直遮陽所具有的藝術(shù)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(yōu)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(shè)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(shè)計以遮陽格柵為主要建筑語匯的現(xiàn)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?shù)恼{(diào)節(jié)。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(dǎo)軌,平面遮陽板用推動的方式根據(jù)需要達到遮陽目的。安裝在玻璃建筑內(nèi)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(jù)空間,在遮陽的同時滿足室內(nèi)的采光需要。
5 智能光伏外遮陽系統(tǒng)的設(shè)計原理分析
現(xiàn)在國家大力提倡全民構(gòu)建“資源節(jié)約型,環(huán)境友好型”社會,創(chuàng)造低能耗和人性化的生活空間與環(huán)境,已成為目前建筑行業(yè)生產(chǎn)力與經(jīng)濟效益以外的另一項重要規(guī)劃設(shè)計課題。智能化
綠色建筑的架構(gòu)是基于對可再生能源的綜合利用和對室內(nèi)環(huán)境的智能化、自動化控制,從而使建筑物更節(jié)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(shè)各系統(tǒng)的效能均處于最適化的運轉(zhuǎn),更需要使各設(shè)各系統(tǒng)之間有機的連成一個整體循環(huán)系統(tǒng)。而智能光伏外遮陽系統(tǒng)作為外幕墻系統(tǒng)的一部分,除了肩負著改善室內(nèi)環(huán)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(tǒng)和電力系統(tǒng)有機的結(jié)合在一起。所以智能光伏外遮陽系統(tǒng)是綠色建筑智能化系統(tǒng)不可或缺的一部分,相信越來越多的現(xiàn)代建筑將采用,并在設(shè)計階段就應(yīng)被集成進去。光伏外遮陽系統(tǒng)為改善室內(nèi)環(huán)境和提供可再生能源而設(shè),光伏外遮陽系統(tǒng)的智能化將是綠色建筑智能化系統(tǒng)最新和最有潛力的一個發(fā)展分支。
5.1 智能光伏外遮陽系統(tǒng)的組成
智能光伏外遮陽系統(tǒng)一般由遮陽系統(tǒng)、傳動機構(gòu)系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)四部分組成。遮陽系統(tǒng)是與幕墻結(jié)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(fā)電的需要外,還要考慮與幕墻相協(xié)調(diào)、一致、美觀。傳動機構(gòu)系統(tǒng)是智能光伏外遮陽系統(tǒng)的機械運動部分,它的穩(wěn)定和低能耗是整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)得順暢的前提。光伏發(fā)電系統(tǒng)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(lián)起整個智能光伏外遮陽系統(tǒng)的關(guān)鍵。智能控制系統(tǒng)則是負責一切控制的中樞,不同產(chǎn)品的優(yōu)劣也集中體現(xiàn)在這一點上。
5.2 遮陽系統(tǒng)設(shè)計
我們前面說了遮陽系統(tǒng)的一些理論知識,從現(xiàn)在開始深入研究探討遮陽系統(tǒng)和光伏組件如何有機結(jié)合。首先大家要清醒的認識到,整個遮陽系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)是光伏組件,在面對種類繁多的太陽能面板材料中,我們?nèi)绾胃鶕?jù)它們各自的特點去設(shè)計遮陽系統(tǒng),成為了遮陽系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。
(1)我們在設(shè)計光伏遮陽系統(tǒng)的最初,要根據(jù)發(fā)電功率要求,建筑師的外觀要求,以及幕墻本身的結(jié)構(gòu)要求去選定一種太陽能電池面板。例如發(fā)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(gòu)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(gòu)件也比較輕巧,我們可以利用一些最新的太陽能技術(shù)使其在最小的面積下產(chǎn)生最太的電能。
(2)太陽能電池板一般有固定的模數(shù),而且根據(jù)整體的發(fā)電需求,在設(shè)計初期就能確定是幾并幾串的電池組陣列,所以外遮陽構(gòu)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(gòu)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(shè)計的時候要充分考慮最大發(fā)電功率的要求。一般來說,設(shè)計的光伏遮陽構(gòu)件比一般的遮陽構(gòu)件更大,間距更寬松,這樣才能夠集中獲得更高的發(fā)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(gòu)件比一般遮陽構(gòu)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(shè)計中,應(yīng)使遮陽構(gòu)件與幕墻表面留有足夠的距離;遮陽構(gòu)件應(yīng)該采用開放式設(shè)計,例如魚骨式;遮陽構(gòu)件的非光伏部位建議采用穿孔構(gòu)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(jié)能,不至于弄巧反拙。
5.3 傳動機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計
傳動機構(gòu)系統(tǒng)是指帶動遮陽構(gòu)件轉(zhuǎn)動或移動的電動系統(tǒng),主要由傳動構(gòu)件和電機組成。傳動構(gòu)件要求有超高的耐候
耐腐蝕性,而且要足夠結(jié)實,從而保證推力的穩(wěn)定。電機根據(jù)安裝于室內(nèi)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(jié)省。管狀轉(zhuǎn)動電機的優(yōu)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(shè)置電機,造價太高。傳動機構(gòu)系統(tǒng)隨著科技水平的發(fā)展勢必越來越復(fù)雜和靈活,但需要時刻注意的是一切以低能耗出發(fā),盡量挑選低能耗的電動i方式。
5.4 光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計
光伏發(fā)電系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心,它串聯(lián)起各個組成部分,使系統(tǒng)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(wěn)定的交流輸出以及并網(wǎng)的逆變器,負責提供控制器、逆變器等設(shè)各的用電和其他緊急用電的蓄電池。由于此系統(tǒng)多數(shù)情況下需要無人值守自動工作,所以系統(tǒng)的每一個部分都需要有超強的穩(wěn)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(fā)電系統(tǒng)的核心部件,直接將太陽能轉(zhuǎn)化成電能。我們前面已經(jīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(huán)境條件復(fù)雜,我們一定要根據(jù)地區(qū)的環(huán)境氣候特點采用相應(yīng)防水等級的接線方法,以保證整體的穩(wěn)定性。
(2)光伏控制器
控制器對蓄電池的充、放電條件加以規(guī)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(tǒng)的核心控制部分,保證系統(tǒng)能正常、可靠地工作,延長系統(tǒng)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(chǎn)業(yè)的發(fā)展,控制器的功能越來越強大,有將傳統(tǒng)的控制部分、逆變器以及監(jiān)測系統(tǒng)集成的趨勢。
光伏控制器是用于太陽能發(fā)電系統(tǒng)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(shè)各。光伏控制器采用高速CPU微處理器和高精度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器,是一個微機數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測控制系統(tǒng)。既可快速實時采集光伏系統(tǒng)當前的工作狀態(tài),隨時獲得PV 站的工作信息,又可詳細積累PⅤ 站的歷史數(shù)據(jù),為評估PV系統(tǒng)設(shè)計的合理性及檢驗系統(tǒng)部件質(zhì)量的
可靠性提供了準確而充分的依據(jù)。此外,光伏控制器還具有串行通信數(shù)據(jù)傳輸功能,可將多個光伏系統(tǒng)子站進行集中管理和遠距離控制。
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