公共建築(public building,以下簡稱:公建),是供人們進行各種公共活動的建築。一般包括辦公建築、商業建築、旅遊建築、科教文衛建築、通信建築、交通運輸類建築等。
高度不大于24m者為單層和多層建築;總高度超過24m者為高層(不包括高度超過24m的單層主體建築);高度超過100m時為超高層。
公共建築的特點:
①使用的公共、開放性;
②功能的多樣性;
③人流交通的大量性;
④建築結構複雜性;
⑤建築風格的時代性;
按照《建築照明設計标準》GB50034-2013要求,公建的照度一般≥300lx,且公建室内通常進深和開間都較大,室内的照度難以達到上述标準,通常通過:
①加大開窗/幕牆面積來實現較大的采光面積比;
②增加人工照明;
③或上述兩種路徑兼而有之。
正如之前的文章《遮陽在節能建築中應用的原則:被動優先、主動優化》所提,大尺寸的門窗或者幕牆,更是外圍護節能的薄弱部位,按照遮陽設置條件須設置遮陽的,從節能效果來看宜為外遮陽;
那麼到底什麼樣的外遮陽适合公共建築呢?
這個确實需要具體分析,但建議,重點應該從如下幾個方面來選擇:
遮陽系數與可調節性通常建築設計師都會給門窗或幕牆一系列指标值,諸如:傳熱系數、氣密等級、遮陽系數(SW值)等;單從SW值來說,這個SW值實為:外窗或幕牆的遮陽系數SC值與外遮陽系數SD值的乘積(當無遮陽時,取門窗本身的遮陽系數SC)。如設計給出SW值為:≤0.2(夏季)、≥0.6(冬季)、門窗或幕牆SC值0.6。
由上述參數可見:
①門窗本身無法滿足夏季遮陽要求,是需要設置遮陽設施的;
②選擇遮陽設施時實際選擇的是功能需求,按上參數,門窗或幕牆SC值為0.6,而建築夏季遮陽要求為≤0.2,實際上選擇遮陽設施的SD值應為:≤0.2/0.6=0.33;
③在此基礎上選擇能滿足SD能≤0.33的措施;
④這個SD值是否≤0.33都可滿足?
其實不然,究其原理,實際上是門窗或幕牆通過遮陽設施,調節門窗或幕牆從當時自然光熱情況下的“太陽得熱系數SHGC值”,再通過門窗或幕牆的傳熱系數和氣密性來阻隔熱量向室内傳遞;
但是,自然光熱并非靜态、且門窗或幕牆本身的性能參數相對固定,唯有适時、适當調節SD值來被動應對自然光熱的變化,從而持續保證門窗或幕牆向室内傳遞熱量不超過室内舒适度對應的能耗需求;
可見,這個外遮陽設施應是可調節的;
衆所周知,遮陽設施屬建築外圍護,所以其抗風性能不可忽視。
通常外遮陽依附建築外圍護結構,屬外圍護構件,在進行設計和選用時,須考慮其抗風性能。通常包括:外遮陽産品本身的抗風性能、風載下與結構連接的連接件的彈性變形允許量、連接件的抗拉拔和抗剪切。
具體項目應具體分析計算,通常高層和超高層、台風頻發地區因風荷載大,應慎重對待,可選産品也多受限。
同時,市面上也有“風感”氣象站相關産品,來兼顧遮陽和抗風需求,但确需要具體分析。事實上,并非在自然界風荷載超過外遮陽的抗風能力的項目上設置了“風感”氣象站就萬事大吉,還須具體分析!
重點是:在有遮陽需求的白天,風荷載計算值出現近似和超過抗風能力的時間比例大小,如此比例較大,将會出現有遮陽需求時,遮陽産品因風荷載過大時“風感”氣象站的自我保護,大部分時間将不能正常滿足遮陽功能,顯然是不合适的。
建議:這個比例值的大小控制在10%之内為宜,與超低能耗及以上标準建築有關室内舒适度指标在極端氣候下偏差呼應;
遮陽産品,尤其是外遮陽産品在工程建設标準中提及不多(僅要求寬度、高度、懸挑尺寸在3m以上的大型外遮陽做抗震驗算)。其實建築抗震是個不可忽視的建造指标,特别是在7度設防以上地區。
這就要求外遮陽的設計和施工不但要融入建築(忌突出外立面),更要與建築結構有效連接,連接件的規格、間距需要通過單個連接件的錨固力計算後确定;
機械耐久性依公建項目40/50年的壽命周期而言,可調節外遮陽的機械耐久性正常使用狀态下應覆蓋壽命周期的使用需求{如夏熱冬冷地區:≥1.4萬次[365(天)*0.5(按6個月/年)*1.5(啟閉、應變自然的微調整)*50(年)≈1.4萬次,具體還須據氣候區和建築的功能相對應]},這個機械耐久性并非單純意義上的年限,實際上都是多次啟閉後的機械磨損和疲勞破壞;
公建中的外遮陽産品在漫長的壽命周期内,因:産品制造和施工安裝瑕疵、失誤操作、極端自然環境都可能導緻故障,也有可能是産品本身的偶發故障、機械磨損和疲勞破壞等都會造成暫時無法使用。故産品研發、設計與制造過程中,必須考慮到運維過程中的檢修的可能。
相比室外檢修而言,室内檢修可以安全、方便、快捷、成本低廉,是首選方案;故盡可能采用室内檢修的産品方案;
立面的協調起碼包括如下幾個方面:
①減少突兀,在建築抗震中已提及,不贅述;
②色系搭配,公共建築常因建築師和投資方的喜好不一,色系不盡相同,故而對外遮陽的色澤要求很高;
③風格搭配等,公共建築的外立面風格多因設計師對建築的風格不同而迥異,故而也需能适合建築風格的遮陽産品;
壽命周期成本坦言,技術有邊界和标準,成本無常型。既然技術有邊界和标準,不追求“過剩”功能和标準,也不遺漏“必要”功能和标準,是相對合适的做法。
建議:在建築設計和産品選型時,先确定功能需求;在确定并确保基礎上,通過多方案的技術經濟比選來擇優确定産品型式及相關參數[依淨現值的概念分别計算各方案的淨現值P=∑(Pa Pb Pc Pd Pe),基于産出效益(節能價值)相同的前提,不再計算效應(資金流入),僅計算投入(資金流出),故方案投入越小越優],如附表:
公建本身特點就決定難以有專人負責時時運維,來兼顧室内舒适度和能耗兩方面的需求,故而選擇方案時須謹防SD值“過低”和“不足”的兩個極端情況,一旦出現,都将導緻室内能耗的增加(如:SD值“過低”易增加人工照明能耗增加,“不足”易供冷能耗增加)。
所以基于光照度追蹤的“智能控制”方案,最大程度兼顧了室内舒适度、能耗、免專人時時專業運維的需求。
“金星宇遮陽”一直也倡導“越智能、越節能”科學、超前的建築遮陽産品理念。智能控制的方式除此外,還有很多種技術路徑(如下圖),項目按需選用即可。
當然,公建項目因其承擔的功能不一樣本身不盡相同,難以用簡短的文字闡述清楚,但其遮陽技術原理基本是一緻的,僅實現的路徑不同而已。
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