专利名称：曲面捕光型遮阳采光板的制作方法
技术领域：
本发明属于遮阳器械领域，涉及一种新型的建筑遮阳构件，尤其是可用于平衡光
热耦合矛盾。
背景技术：
目前应用于建筑南窗的遮阳形式主要为水平遮阳，它安装于窗户上方，起遮挡直 射阳光的作用，但同时也减少了室内光通量，使大进深的房间采光不足。为了克服这一问 题，当前国外发展出一种名为light shelf(反光支架)的遮阳构件，其基本结构是安装于 窗玻璃中上部的一块水平板，分为室内板和室外板两部分，根据使用地纬度差异选用室内 板或室外板，在低纬时可同时使用。该板体能阻挡近窗口处的直射辐射，同时又能将室外光 反射向室内吊顶，通过吊顶的二次反射至室内较大进深处，力求在遮阳同时兼顾采光。但是 当室外部分为水平板造型时，只有高度角较低时的光线才可能经反射通过板体上部窗玻璃 进入室内，特别是中低纬度地区太阳高度角全年平均约50° ，光线基本无法反射进入室内 补充采光，室内仍可能因遮阳板的遮挡而采光不足。 另有一 light shelf的改进型机构，将原始的板状结构完全改变，依靠斜面反射 板、二次棱镜、镜面玻璃的几何排布来实现对多种入射角度光线的反射、透射增强采光效 果，但遮阳效果被弱化了。该机构结构繁杂，需预先加工定型，内部结构易发生移位失效现 象。
发明内容
为了克服现有的light shelf在捕捉中高太阳高度角的日光作为室内二次反射采 光方面的不足，以及改进型机构在工艺简洁性方面的不足，本发明提供一种曲面捕光型遮 阳采光板，该构件不仅结构简单、安装便捷，而且以其独特的室外板部分曲面化设计，使大 多数太阳高度角入射的日光都可以被捕集反射入室内，形成散射采光，真正达到遮阳与采 光并举的效果。 为达到上述目的，本发明的解决方案是一种曲面捕光型遮阳采光板，包括室内水 平板、室外板水平段、板体上部玻璃、板体下部玻璃和室外板，室内水平板与室外板水平段、 室外板曲面段分别安装于玻璃的两侧，将玻璃分隔为板体上部玻璃和板体下部玻璃两部 分；室内水平板与玻璃相接安装于室内，室外板水平段与玻璃相接安装于室外，室外板曲面 段为安装在室外板水平段板体远离玻璃端向上翘起的一段。 进一步，所述室外板曲面段可与室外板水平段一体化加工，也可单独加工后拼接 至室外板水平板外侧。 所述室内水平板、室外板水平段和室外板曲面段安装高度为2米。
所述室内水平板、室外板水平段和室外板曲面段的主体为板体结构。
所述板体材料采用铝板。
根据不同地区全年太阳高度角的南向分量，采用以下公式确定构件的结构尺寸
水平室内板板宽为
dl = AX tan (90° -a ) 其中dl为水平室内板板宽，A为板体上部玻璃高度，a为当地夏季太阳高度角南 向分量最小值 室外板水平段板宽为
d2 = dl 其中d2为室外板水平段板宽； 计算室外板曲面段时，筛选当地全年太阳高度角南向分量最低值13 ，并筛选出夏 季70%全遮阳时的太阳高度角南向分量e，
室外板曲面段圆心角即为|3 ，
室外板曲面段半径为 R = (B X tan (90 ° - 9 ) _d2) X tan (90 ° - 9 /2) 其中R为室外板曲面段半径，B为板体下部玻璃高度，9为夏季70%全遮阳时的
太阳高度角南向分量； 室外板曲面段板宽为 d3 = Ji /180 其中d3为室外板曲面段板宽，13为室外板曲面段圆心角。 对于纬度为31.4度的地区，其夏季最低太阳高度角南向分量为53.2。，夏季70%
全遮阳时的太阳高度角南向分量66.6。，临界太阳高度角为35.2。，则室内板宽度为； dl = AXtan Z 36. 8° = 0. 75A 其中dl为水平室内板板宽，A为板体上部玻璃高度； 室外板水平段宽度为 d2 = dl = AXtan Z 36. 8° = 0. 75A 其中d2为室外板水平段板宽； 根据几何关系，则室外板曲面段的曲面弧半径为R= (BX tan/23. 4° -AX tan Z 36. 8° )XtanZ56.7。 = (0. 43B-0. 75A) X 1. 52
其中R为室外板曲面段半径，B为板体下部玻璃高度；
室外板曲面段宽度为 d3 = Ji /180 = 1. 52X Ji X (0. 43B-0. 75A) P /180
其中d3为室外板曲面段板宽，13为室外板曲面段圆心角。 板体分为室内和室外两部分，其中室外板又由水平段和前端曲面段组成，室内板 固定于室内窗框或内墙处，室外板水平段安装于室外侧与室内板等高位置，而室外板的曲 面段自水平段向外延伸，并呈圆弧形上翘，因此曲面段可与水平段一体化加工也可单独加 工后拼接至水平板外侧。室内板沿用水平板造型，主要用于遮挡夏季通过板体上方窗体射 入的直射日光，同时将这部分直射光反射至室内吊顶，经吊顶二次反射后成为进深处的散 射采光，板宽根据当地夏季太阳高度角变化范围计算确定。室外板又分为后部水平段和前 部曲面段，设计水平段使全年以任一高度角投射至该区段的日光都可被反射通过板体上部 窗体进入室内，该水平段宽度外的光线无论在何种夏季太阳高度角时都不能反射至室内。 室外板体前端则用上翘的曲面造型取代light shelf的水平造型，该曲面段的结构参数(包括曲率半径、曲面弧长、板前端翘起高度)均通过筛选某一地区全年逐时太阳高度角中需遮阳或可利用采光的部分进行计算反推。国内其他地区应用时只需根据当地太阳高度角对构型参数作一定修正计算即可，具有很好的适用性。 本发明的工作原理为在满足要求的同时，捕捉不同角度入射的日光反射入室内，
使之成为室内散射采光源，因此其结构设计中的外部控制参数为当地全年太阳高度角及其
南向分量。同时该发明是基于某一地区建筑设计研发，设计计算式中角度均筛选自该地区
全年高度角，在其他地区应用时，需以当地太阳高度角条件作替代修正。 在具备了现有light shelf的所有功能性效果外，本发明还具有以下有益效果 1.结构简单、安装便捷。 2.其独特的室外板部分曲面化设计，使大多数太阳高度角入射的日光都可以被捕集反射入室内，形成散射采光，可以达到遮阳与采光并举的效果。 3.在夏季，保持遮阳效果的同时，弧面反射可以多捕捉近30%的夏季日光作为室内反射、散射采光源，从而提升了室内自然采光水平；在冬季，翘起的板前端不对较低角度入射日光形成遮挡，充分利用自然采光。切实减小照明能耗，同时消除了这部分照明灯具的散热，进一步减小了空调能耗，使建筑更为舒适和节能。
图1是本发明曲面捕光型遮阳采光板实施例的结构图。
图2是图1所示实施例结构图的正视图。
图3是本发明的工作原理图。
具体实施例方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。 如图l-2所示，为本发明一种实施例的结构示意图，包括室内板l，室外板水平段2，室外板曲面段3，板体上部玻璃4和板体下部玻璃5。室内板1与室外板水平段2、室外板曲面段3分别安装于窗户玻璃的两侧，将窗户玻璃分隔为板体上部玻璃4和板体下部玻璃5两部分；室内板1与玻璃相接沿水平方向安装于室内，室外板水平段2与玻璃相接沿水平方向安装于室外，室外板曲面段3为室外板水平段2板体远离玻璃端向上翘起的一段。
室内板1、室外板水平段2和室外板曲面段3的主体为板体结构，板体采用铝板作为主体材料，厚度为2mm-5mm。曲面段可与水平段一体化加工也可单独加工后拼接至水平板外侧。三部分板体的底边安装于距地面相同高度，为保证使用效果，并兼顾视觉美感，安装高度最好取为2米。 如图3所示，在曲面捕光型遮阳采光板工作原理图中，通过板体上部玻璃4直射至室内的夏季较大角度入射日光可以被室内板1遮挡并形成反射采光，室外板水平段2和室外板曲面段3可为板体下部玻璃5遮挡阳光，同时都可将这部分日光反射至室内吊顶增加采光，若室外板曲面段置为水平，则无法将这部分光线通过板体上部玻璃4进入室内，不能达到增加采光的效果。 进一步，可以确定室内板1、室外板水平段2和室外板曲面段3的主要尺寸参数，其中，板长为每部分板沿与窗平行方向上的板的长度，板宽为每部分板沿与窗垂直方向上的
6板的长度 室内板1，室外板水平段2和室外板曲面段3的长度相等，其板长随窗宽确定，制作时同时兼顾固定预留长度，可沿窗宽两侧各预留约10cm折边，并用角钢与墙壁固定。
室内板1主要做遮阳用，目标保证夏季最低太阳高度角时，经板体上部窗户玻璃入射的管线应被曲面捕光型遮阳采光板全遮阳，根据计算所得的当地全年太阳高度角的南向分量，则室内板板宽为
dl = AXtan(90。
- a )(其中dl为室内板板宽，A为板体上部玻璃高度，a为当地夏季太阳高度角南向分量最小值) 室外板又分为后部水平段2和前部曲面段3，水平段2兼有遮阳和采光作用，该板段极 室外板又分为后部水平段2和前部曲面段3，水平段2兼有遮阳和采光作用，该板段极限宽度之外的光线无论在何种夏季太阳高度角时都不能被反射至室内，而必须利用曲面反射才能得以透射入板体上部窗户玻璃。则室外板水平段宽度为
d2 = dl(其中d2为室外板水平段板宽)室外板曲面段是提升日光捕捉性能的核心区段，保证冬季太阳高度角最低时，太阳入射光线恰好可以通过曲面翘起端并不为其遮挡，光线可直射入室内或经曲面捕光型遮阳采光板反射入室内。计算室外板曲面段时，筛选当地全
年太阳高度角南向分量最低值e，并筛选出夏季70X全遮阳时的太阳高度角南向分量e，
室外板曲面段圆心角即为P，
则室外板曲面段半径为 R = (B X tan (90 ° - 9 ) _d2) X tan (90 ° - 9 /2) (R为室外板曲面段半径，B为板体下部玻璃高度，e为夏季70%全遮阳时的太阳
高度角南向分量) 室外板曲面段板宽为 d3 = Ji RP /180(其中d3为室外板曲面段板宽，13为室外板曲面段圆心角) 在北纬31. 4°某一地区的应用实例中，通过计算该地区夏季最低太阳高度角南向
分量为53.2° ，则室内板l宽度为 dl = AXtan Z 36. 8° = 0. 75A(其中dl为室内板板宽，A为板体上部玻璃高度，) 室外板水平段宽度为 d2 = dl = AXtan Z 36. 8° = 0. 75A(其中d2为室外板水平段板宽) 计算室外板曲面段时，筛选该地区全年太阳高度角南向分量最低值13 ，并筛选出夏季70%全遮阳时的太阳高度角南向分量66.6° ，室外板曲面段圆心角即为P，此地临界太阳高度角为35.2。，则曲面弧的圆心角为35.2。。同时根据几何关系，则室外板曲面段的曲面弧半径为 R = (BXtan Z 23.4 ° -AXtan Z 36. 8° )Xtan Z 56. 7 ° =(0. 43B-0. 75A) X 1. 52 室外板曲面段宽度为 d3 = Ji /180 = 1. 52X Ji X (0. 43B-0. 75A) P /180(其中d3为室外板曲面段板宽，R为室外板曲面段半径，B为板体下部玻璃高度，P为室外板曲面段圆心角) 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种曲面捕光型遮阳采光板，包括室内水平板、室外板水平段、板体上部玻璃和板体下部玻璃，其特征在于还包括室外板，室内水平板与室外板水平段、室外板曲面段分别安装于玻璃的两侧，将玻璃分隔为板体上部玻璃和板体下部玻璃两部分；室内水平板与玻璃相接安装于室内，室外板水平段与玻璃相接安装于室外，室外板曲面段为安装在室外板水平段板体远离玻璃端向上翘起的一段。
2. 如权利要求1所述的曲面捕光型遮阳采光板，其特征在于所述室外板曲面段与室外板水平段一体化加工，或者单独加工后拼接至室外板水平板外侧。
3. 如权利要求1所述的曲面捕光型遮阳采光板，其特征在于所述室内水平板、室外板水平段和室外板曲面段安装高度为2米。
4. 如权利要求1所述的曲面捕光型遮阳采光板，其特征在于所述室内水平板、室外板水平段和室外板曲面段的主体为板体结构。
5. 如权利要求4所述的曲面捕光型遮阳采光板，其特征在于所述板体材料采用铝板。
6. 如权利要求1所述的曲面捕光型遮阳采光板，其特征在于根据不同地区全年太阳高度角的南向分量，采用以下公式确定构件的结构尺寸水平室内板板宽为<formula>formula see original document page 2</formula>其中dl为水平室内板板宽，A为板体上部玻璃高度，a为当地夏季太阳高度角南向分量最小值；室外板水平段板宽为<formula>formula see original document page 2</formula>其中d2为室外板水平段板宽；计算室外板曲面段时，筛选当地全年太阳高度角南向分量最低值P，并筛选出夏季70%全遮阳时的太阳高度角南向分量e ，室外板曲面段圆心角即为e，室外板曲面段半径为<formula>formula see original document page 2</formula>其中R为室外板曲面段半径，B为板体下部玻璃高度，e为夏季70%全遮阳时的太阳高度角南向分量；室外板曲面段板宽为d3 = Ji RP /180其中d3为室外板曲面段板宽，13为室外板曲面段圆心角。
7. 如权利要求6所述的曲面捕光型遮阳采光板，其特征在于对于纬度为31.4度的地区，其夏季最低太阳高度角南向分量为53.2。，夏季70%全遮阳时的太阳高度角南向分量66.6。，临界太阳高度角为35.2。，则室内板宽度为dl = AXtan Z 36. 8° = 0. 75A其中dl为水平室内板板宽，A为板体上部玻璃高度；室外板水平段宽度为d2 = dl = AXtan Z 36. 8° = 0. 75A其中d2为室外板水平段板宽；根据几何关系，则室外板曲面段的曲面弧半径为R = (BXtan Z 23. 4° -AXtanZ36.8。
)XtanZ56.7。 = (0. 43B-0. 75A) X 1. 52其中R为室外板曲面段半径，B为板体下部玻璃高度；室外板曲面段宽度为<formula>formula see original document page 3</formula>其中d3为室外板曲面段板宽，13为室外板曲面段圆心角。
全文摘要
一种曲面捕光型遮阳采光板，包括室内水平板、室外板水平段、板体上部玻璃、板体下部玻璃和室外板，室内水平板与室外板水平段、室外板曲面段分别安装于玻璃的两侧，将玻璃分隔为板体上部玻璃和板体下部玻璃两部分；室内水平板与玻璃相接安装于室内，室外板水平段与玻璃相接安装于室外，室外板曲面段为安装在室外板水平段板体远离玻璃端向上翘起的一段。本发明提供了一套关于该类构件的结构尺寸的计算公式，对于不同地区只要代入当地参数即可应用。由于采用了上述方案，本发明结构简单、安装便捷，以其独特的室外板部分曲面化设计，可以多捕捉近30％的夏季日光作为室内反射、散射采光源，使建筑更加舒适、节能。
文档编号E04F10/00GK101736866SQ200910223000
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者史洁, 李峥嵘, 李浩翥, 李鹏, 郁盛 申请人:同济大学