從建筑遮陽看節(jié)能

樊旭燕

（太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027）

從建筑遮陽看節(jié)能

樊旭燕

（太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027）

建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能及門窗的氣密性是影響建筑能耗的主要因素。隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能建筑的日益重視，加強(qiáng)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫，特別是窗戶的保溫性和氣密性，設(shè)置科學(xué)合理的遮陽設(shè)施是節(jié)約建筑能耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章著重從建筑遮陽存在的問題、意義、作用等方面對(duì)建筑遮陽設(shè)置進(jìn)行了介紹和綜合分析，指出未來建筑遮陽的發(fā)展趨勢(shì)。

建筑遮陽；建筑能耗；節(jié)能；采光

夏日炎炎的正午，寒風(fēng)凜冽的冬日，人們往往將門窗緊閉，以躲避炎熱的陽光或阻擋刺骨的寒風(fēng)……但效果甚微。此時(shí)，人們常常會(huì)想，為什么建筑外窗不能采取一些行之有效的措施以遮擋烈日寒風(fēng)呢？

其實(shí)，為了遮擋陽光，古今中外的人們想到了許許多多的辦法，如窗口懸掛窗簾,窗扇開啟方式的調(diào)節(jié)變化，窗前綠化遮陽，利用建筑的大坡頂、大挑檐、寬外廊、百葉窗等等。

一、節(jié)能建筑采取遮陽措施的必要性

當(dāng)前，我國(guó)建筑能耗已占到社會(huì)總能耗的30%左右，到2020年將達(dá)到40%，如果加上原材料的運(yùn)輸和損耗等，建筑能耗可能高達(dá)50%。在我國(guó)既有建筑和新建建筑中，高能耗建筑分別占99%和95%。建筑節(jié)能已成為刻不容緩的問題。

建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能及門窗的氣密性是影響建筑能耗的主要因素。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱損失約占建筑能耗的70%～80%；通過外窗散失的能耗占建筑總能耗的20%～45%，在寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)，通過外窗傳熱所散失的熱損失占建筑能耗的25%左右，通過門窗縫隙空氣滲透熱損失約占建筑能耗的22%～37%。采用遮陽設(shè)施，可以節(jié)約空調(diào)用電25%左右，設(shè)置有效遮陽設(shè)施的建筑，可以提高外窗保溫性能，節(jié)約建筑采暖能耗10%左右。若2020年我國(guó)有一半建筑采用遮陽設(shè)施，每年可節(jié)約1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國(guó)能耗總量的4%以上。加強(qiáng)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫，特別是窗戶的保溫性和氣密性，設(shè)置科學(xué)合理的遮陽設(shè)施是節(jié)約建筑能耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

二、我國(guó)目前建筑遮陽存在的問題

歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在19世紀(jì)后期就普遍使用遮陽物，甚至在人們思想中形成了“沒有遮陽的建筑是不完整的建筑”的觀念。在我國(guó)，建筑遮陽僅有短短的一二十年歷史，隨著建筑節(jié)能的逐步發(fā)展和節(jié)能相關(guān)政策的推行，建筑遮陽作為建筑節(jié)能的一項(xiàng)重要技術(shù)手段，近年來越來越受到重視。但由于經(jīng)濟(jì)原因及人們對(duì)遮陽的作用認(rèn)識(shí)不足，目前建筑遮陽發(fā)展主要存在以下一些問題：

1.在我國(guó)大部分地區(qū)，夏季降低室內(nèi)溫度、改變室內(nèi)熱舒適度大多靠空調(diào)，加之人們認(rèn)為設(shè)置各種遮陽板影響了建筑的立面造型，建筑本身多數(shù)沒有進(jìn)行科學(xué)合理的遮陽設(shè)計(jì)。

2.已經(jīng)進(jìn)行了遮陽處理的，只是在建筑建造完成后，針對(duì)實(shí)際使用情況，由住戶自行安裝遮陽設(shè)施，各家各戶的遮陽方法五花八門，遮陽材料各式各樣，不顧及立面效果，破壞了建筑造型的整體效果，影響了建筑的美觀。

3.住戶自行設(shè)置的遮陽設(shè)施不論窗口朝向如何，多數(shù)為水平遮陽，缺乏建筑物理相關(guān)知識(shí)，達(dá)不到應(yīng)有效果。如住宅北向陽臺(tái)或窗口采用水平遮陽，在夏季，當(dāng)太陽照到北立面時(shí)，高度角已經(jīng)很低，水平遮陽效果甚微。

4.住戶自行設(shè)置的遮陽設(shè)施采用PVC材料或布篷，易老化，抗腐蝕能力差，安全性較差，使用壽命非常短暫。

三、建筑遮陽的意義

2010年6月住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了通知，建筑遮陽技術(shù)推廣工作正式開始。建筑采取有效的遮陽措施，能合理控制太陽光線進(jìn)入室內(nèi)，減少建筑空調(diào)能耗，降低室溫,改善室內(nèi)熱環(huán)境、光環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能最為立竿見影的方法,遮陽構(gòu)件也是影響建筑形體和美感的重要因素之一。

四、建筑遮陽的作用

1.有效遮擋太陽光，夏季降低空調(diào)能耗，冬季減少采暖能耗

建筑遮陽是建筑節(jié)能措施中一種操作簡(jiǎn)單、行之有效的手段。建筑如果采用遮陽系統(tǒng)，可有效阻擋太陽輻射熱進(jìn)入室內(nèi)，使建筑物室內(nèi)溫度降低，從而大幅度降低建筑用電能耗。

2.利用自然采光節(jié)約照明能耗，改善室內(nèi)熱舒適度

通過科學(xué)合理地選擇遮陽形式與遮陽材料，可以合理地調(diào)節(jié)可見光，防止眩光，減少陽光中的紫外線所帶來的各種危害，還能調(diào)節(jié)自然氣流并達(dá)到改善室內(nèi)熱舒適度的作用。遮陽構(gòu)件還可以遮蓋墻面開口部分,造成空氣壓力差,加速室內(nèi)空氣流通,以增強(qiáng)通風(fēng)換氣效果。

3.裝飾建筑立面

把建筑室外遮陽系統(tǒng)作為一種建筑立面元素加以利用，形成雙層立面形式，一層是建筑本身立面，另一層是動(dòng)態(tài)的遮陽形成的立面，將功能性和裝飾性完美地融為一體。

4.建筑遮陽可以有效地降低工程成本和減少建筑物運(yùn)行費(fèi)用

建筑遮陽在改善人們的工作和生活環(huán)境的同時(shí)，還能夠有效降低建筑建造和運(yùn)行成本。數(shù)據(jù)顯示，就建筑制冷系統(tǒng)單項(xiàng)而言，采用遮陽系統(tǒng)可降低成本約26%，減少建筑物運(yùn)行費(fèi)用30%左右；在同樣設(shè)置空調(diào)的情況下，有遮陽系統(tǒng)比無遮陽系統(tǒng)建筑節(jié)能可達(dá)44%。

五、建筑遮陽的形式

在建筑能耗分析中，外窗對(duì)建筑能耗的損失主要有兩個(gè)原因：一是窗的熱工性能太差所造成夏季空調(diào)、冬季采暖室內(nèi)外溫差的熱量損失的增加；二是窗因受太陽輻射影響而造成的建筑室內(nèi)空調(diào)采暖能耗的增減。減少窗的溫差傳熱是建筑節(jié)能中減少窗口熱損失的主要因素。

在建筑方案設(shè)計(jì)階段，在平面布置和立面處理上，應(yīng)避免炎熱季節(jié)直射陽光照射到房間內(nèi)，要充分利用綠化遮陽及建筑構(gòu)件遮陽。如果這些措施仍不能滿足遮陽要求時(shí)，才宜采取專設(shè)的窗戶遮陽。在保證良好室內(nèi)自然光的同時(shí)，外置式遮陽可遮擋100%的太陽直接輻射，對(duì)散射輻射、反射輻射的遮擋率也可大于70%，綜合對(duì)太陽光總輻射的遮擋率可達(dá)85%以上，這是內(nèi)遮陽、小百葉遮陽無法達(dá)到的效果。

建筑遮陽的措施主要包括：（1） 利用綠化進(jìn)行遮陽；（2）結(jié)合建筑構(gòu)件設(shè)置外窗遮陽；(3)專門設(shè)置的遮陽設(shè)施。

1.利用綠化遮陽

利用綠化遮陽是一種經(jīng)濟(jì)有效的措施，特別適用于低層建筑，或在窗外種植藤蔓植物，或在窗外一定距離種樹。按照樹木的直徑和高度，根據(jù)不同朝向的窗口需遮陽時(shí)的太陽方位角和高度角來正確選擇適宜的樹種和樹形，確定樹的種植位置。樹的位置除滿足遮陽的要求外，還要盡量減少對(duì)通風(fēng)、采光和視線的影響。

(1)在建筑周圍種樹，一般選用高大、樹枝伸展較寬、夏天茂盛、冬天落葉的喬木，應(yīng)注意不能影響窗口自然通風(fēng)與采光。在夏季主導(dǎo)風(fēng)向上,不應(yīng)種植太密的樹木，以免降低風(fēng)速甚至改變風(fēng)向，造成自然通風(fēng)受阻。此外,枝葉茂密的樹木不宜距離窗口太近，以免成年樹木枝葉遮擋自然光線或在刮風(fēng)時(shí)對(duì)外窗玻璃造成一定的破壞。

（2） 墻面綠化遮陽，一般選擇爬藤類植物如爬山虎、牽?；ā⒈窕?、中華長(zhǎng)春藤等，可以有效降低外墻面熱量傳遞，改善室內(nèi)熱環(huán)境，對(duì)于東西朝向建筑外墻遮陽效果明顯。在低層建筑中可選擇南瓜、絲瓜、葫蘆等，既具有一定的遮陽效果，又具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2.結(jié)合建筑構(gòu)件設(shè)置外窗遮陽

建筑物采取遮陽措施，往往對(duì)室內(nèi)的通風(fēng)、采光產(chǎn)生較不利的影響。在遮陽設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑本身的要求和建筑條件，注意通風(fēng)、采光和防雨、視野等問題的處理及遮陽和建筑立面造型的協(xié)調(diào)，力求遮陽系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)耐用。

目前常用的遮陽基本形式包括水平式、垂直式、綜合式和擋板式等四種。

（1）水平式遮陽。這種遮陽形式能有效遮擋高度角較大的、從窗口上方投射下來的陽光。一般適用于接近南向的窗口和低緯度地區(qū)北向附近的窗口遮陽。

密斯·凡德羅（Ludwig Mies·Van der Rohe,1886～1969）提出了“少則多”（Lessis more）的設(shè)計(jì)原則，所謂“少”是針對(duì)當(dāng)時(shí)建筑界流行的古典裝飾手法提出的，而“多”則指的是大工業(yè)條件下形式簡(jiǎn)潔而功能豐富的建筑。該設(shè)計(jì)觀念最初是為了追求所謂的單純建筑，引起了極大的爭(zhēng)議，但深遠(yuǎn)地影響了 20 世紀(jì)以來從事各個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)師、設(shè)計(jì)教育，他可以說是 20 世紀(jì)對(duì)于世界設(shè)計(jì)影響最大的一個(gè)人物。

（2）垂直式遮陽。這種遮陽形式能夠有效地遮擋高度角較小的、從窗口側(cè)向斜射過來的陽光；對(duì)于高度角較大的、從窗口上方投射下來的陽光，或接近日出、日落時(shí)平射窗口的陽光，起不到遮擋作用。一般適用于東北、北和西北向附近的窗口。

（3）綜合式遮陽。這種遮陽形式能夠有效遮擋高度角適中的、從窗前斜射下來的陽光，遮陽效果比較均勻。一般適用于東南或西南向附近的窗口。

（4）擋板式遮陽。這種形式的遮陽能夠有效遮擋高度角較小的、正射窗口的陽光。一般適用于東、西向附近的窗口。

設(shè)計(jì)遮陽時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和窗口所在朝向，把遮陽做成永久性或臨時(shí)性的遮陽設(shè)施。

遮陽設(shè)施遮擋太陽輻射熱除取決于遮陽形式外，還與遮陽設(shè)施的構(gòu)造處理、安裝位置、材料與顏色等因素有關(guān)。遮陽設(shè)施遮擋太陽輻射熱的效果，一般以遮陽系數(shù)來表示。遮陽系數(shù)越小，說明透進(jìn)窗口的太陽輻射熱越小，防熱效果越好。

3.專門設(shè)置的遮陽設(shè)施

（1）活動(dòng)式外遮陽

活動(dòng)式遮陽設(shè)施可以根據(jù)需要，自由地控制其開啟角度，避免與采光、自然通風(fēng)、視野之間的相互矛盾。

外遮陽卷簾是一種有效的遮陽措施，可有效遮擋強(qiáng)光進(jìn)入室內(nèi)，自身具有透光、透景、調(diào)節(jié)溫度。它能夠遮擋幾乎所有的太陽輻射熱，基本不占用室內(nèi)空間，可以有效調(diào)節(jié)自然光線，使太陽光線透射面料后產(chǎn)生漫反射,使刺眼的強(qiáng)光被過濾成柔和的漫射光，提高了人的視覺舒適度。適當(dāng)拉開遮陽卷簾與窗戶玻璃之間的距離，利用自然通風(fēng)帶走卷簾上的熱量，能有效減少卷簾吸收的熱量向室內(nèi)傳遞。

活動(dòng)百葉簾既可以升降，又可以調(diào)節(jié)角度，在遮陽和采光、通風(fēng)之間達(dá)到了平衡，在建筑遮陽中得到大量應(yīng)用。

遮陽紗幕可根據(jù)材料選擇控制可見光的進(jìn)入量，防止紫外線，是一種適合于炎熱地區(qū)的外遮陽方式。紗幕緊貼著窗戶外側(cè)。紗幕的稀疏度是決定有多少光線能夠穿過紗幕的關(guān)鍵因素，如稀疏度為14%或是6%，即分別阻擋86%和94%的太陽熱輻射。同時(shí)，使用遮陽紗幕還保持了玻璃的可見度和自然采光，對(duì)東西朝向的窗戶來說，遮陽更有效。

遮陽蓬是比較常見的遮陽方式,具有全面的外遮陽功能，能夠使強(qiáng)烈的陽光以漫射光的形式反射入室內(nèi)，使室內(nèi)光線明亮而不眩目。遮陽篷適用于低層、多層建筑的窗口外遮陽，不宜用在高層建筑。

（2）中置式遮陽

中空玻璃目前大量應(yīng)用于建筑外窗，利用中空玻璃的中間隔層放置百葉、卷簾等遮陽設(shè)施，和窗框及玻璃組合成為整扇窗戶,整體性較強(qiáng)，遮陽設(shè)施控制靈活，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，夏季可降低室內(nèi)溫度2～3℃，冬季可提高室內(nèi)溫度3～4℃。

（3）內(nèi)遮陽設(shè)施

采用內(nèi)遮陽，太陽輻射穿過玻璃，一部分直接透過遮陽設(shè)施進(jìn)入室內(nèi)，另一部分被遮陽設(shè)施反射，還有一部分被遮陽設(shè)施吸收，減少了最終進(jìn)入室內(nèi)的熱量，降低了室內(nèi)的太陽輻射的熱量，還可使室內(nèi)光線柔和，采光系數(shù)均勻，緩解強(qiáng)烈的眩光。安裝內(nèi)遮陽設(shè)施可使室內(nèi)溫度降低4～5℃，節(jié)省30%～45%空調(diào)能耗。

（4）玻璃自遮陽

有關(guān)研究資料表明，玻璃內(nèi)表面?zhèn)鳠嵋暂椛錇橹?，?8%，減少熱能損失最有效的方法是抑制玻璃內(nèi)表面的輻射。利用玻璃自身的遮陽性能，選擇遮陽系數(shù)較小的玻璃，如吸熱玻璃、熱反射玻璃、LOW-E玻璃等，阻斷部分陽光進(jìn)入室內(nèi)，具有良好的遮陽效果。玻璃貼隔熱、防輻射膜也可以改善普通玻璃的遮陽性能。但利用玻璃進(jìn)行遮陽時(shí)必須關(guān)閉窗戶，會(huì)對(duì)房間的自然通風(fēng)造成一定的影響，使滯留在室內(nèi)的部分熱量無法散發(fā)出去，應(yīng)配合百葉遮陽等措施應(yīng)用，才能取得較好的遮陽效果。

（5）形體遮陽

“形體遮陽”也稱“建筑自遮陽”，是最廉價(jià)、最環(huán)保的遮陽方式。運(yùn)用建筑形體的外挑與變異，利用建筑構(gòu)件自身產(chǎn)生的陰影來形成建筑的自遮陽，達(dá)到減少屋頂和墻面受熱的目的。

世博會(huì)中國(guó)館在建筑體形設(shè)計(jì)上，由下至上層層向外伸展，形成自遮陽體型，避免上海夏季的強(qiáng)烈光照，也為下層空間遮陰節(jié)能，同時(shí)還能有效產(chǎn)生自然通風(fēng)，創(chuàng)造了優(yōu)美和與眾不同的建筑形態(tài)。

六、建筑遮陽的發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)建筑設(shè)計(jì)風(fēng)格和日照規(guī)律，可采用多種高效遮陽技術(shù)來避免陽光直射導(dǎo)致室內(nèi)溫度過高。較先進(jìn)的遮陽技術(shù)包括戶外可調(diào)百葉簾、可伸縮外遮陽蓬、戶外天窗遮陽簾、戶內(nèi)百葉簾、日光增強(qiáng)型百葉簾、太陽能驅(qū)動(dòng)卷閘簾、太陽能驅(qū)動(dòng)風(fēng)光感應(yīng)及無線控制器等，使外窗的綜合遮陽系數(shù)降到0.4，天窗遮陽系數(shù)降到0.2。

1.電動(dòng)類智能遙控窗簾

遙控電動(dòng)窗簾在近年被廣泛應(yīng)用于高級(jí)智能公寓和私人別墅。只要遙控器輕按一下，窗簾就自動(dòng)開合（百葉窗可以自動(dòng)旋轉(zhuǎn)），非常方便。采用智能控制系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)窗簾的定時(shí)開關(guān)、場(chǎng)景控制等高級(jí)控制功能。隨著科技的進(jìn)步，又出現(xiàn)了直線電機(jī)新技術(shù)，系統(tǒng)定時(shí)控制器能預(yù)先在24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行多次自動(dòng)開啟與關(guān)閉的設(shè)置。如遇主人外出，系統(tǒng)會(huì)按照習(xí)慣在每天同一時(shí)間自動(dòng)開啟及關(guān)閉窗簾，確保安全。

2.磁驅(qū)直線電動(dòng)窗簾

磁驅(qū)直線電動(dòng)窗簾直接利用磁驅(qū)動(dòng)的力量驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行往返動(dòng)作，帶動(dòng)窗簾作來回往返運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)窗簾的開合。運(yùn)行中電機(jī)與軌道運(yùn)行無接觸，減少了機(jī)械故障，降低了噪音，確保了運(yùn)行的可靠性，設(shè)計(jì)更緊湊、結(jié)構(gòu)更合理、外觀更精美、可靠性更好、安全性更高、使用壽命更長(zhǎng)。

3.建筑外遮陽一體化門窗

建筑外遮陽一體化門窗是將節(jié)能門窗與外遮陽組合在一起的新結(jié)構(gòu)，是運(yùn)用空氣間層保溫原理和型材空腔斷熱結(jié)構(gòu)的高效節(jié)能新技術(shù)的有機(jī)組合。據(jù)測(cè)算，一體化卷簾式遮陽窗，夏天可降低空調(diào)能耗58.4%；冬天可有效提高外窗保溫性能23.4%，降低建筑能耗48.7%。

4.生態(tài)遮陽

生態(tài)遮陽在綠化的基礎(chǔ)上，更重視新材料、新技術(shù)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)，加強(qiáng)遮陽效果，同時(shí)兼顧采光、通風(fēng)等功能和立面效果，使遮陽成為綜合解決各種問題的多功能綜合構(gòu)件。

遮陽板結(jié)合太陽能光電和光熱轉(zhuǎn)換板，不僅避免遮陽構(gòu)件自身可能存在的吸熱升溫問題，而且將吸收的熱量轉(zhuǎn)換成對(duì)建筑有用的電能、熱能加以利用。

5.智能窗簾

智能窗簾是帶有一定自我反應(yīng)、調(diào)節(jié)、控制功能的窗簾。根據(jù)陽光照射的情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)光線強(qiáng)度、空氣濕度、平衡室溫等。白天可將陽光中熱能吸收，晚間釋放。在窗簾織物中加入儲(chǔ)光材料，在白天將光能吸收，夜間熄燈后仍有足夠的光照，節(jié)約能源。

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TU

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1673-0046（ 2012）2-0153-03