住宅外窗遮陽與節(jié)能淺析

■ 段 勇 Duan Yong

0 外窗節(jié)能的主要指標

窗戶的能耗可以從窗戶的傳熱系數(shù)、遮蔽系數(shù)、氣密性能以及可見光透過率等幾方面指標來衡量。

(1)傳熱系數(shù)：是衡量由兩側(cè)溫差引起的經(jīng)傳導、對流和表面輻射等方式通過窗戶傳遞的熱量值的指標。降低窗戶的傳熱系數(shù)，對于降低建筑物冬季采暖能耗具有顯著意義，同時對于降低夏季的空調(diào)制冷能耗也有一定的作用。

(2)遮蔽系數(shù)：可以用來衡量窗戶或玻璃組件相對于3mm透明玻璃透過太陽輻射的能力，在0~1之間。其值越小，阻擋陽光直接輻射的性能越好，有助于阻擋夏季太陽輻射熱的進入。

(3)氣密性：衡量外窗在關閉狀態(tài)下阻止空氣滲透的能力，共分5級，1級最低，5級最高。

(4)可見光透過率：在透過窗戶玻璃組件的太陽光中可見光所占的比率。比率越高，自然采光效果越好。良好的自然采光可以減少人工照明的使用，達到輔助節(jié)能的目的。

以上幾種有關外窗節(jié)能的指標在不同的氣候區(qū)關注的側(cè)重點不同，需根據(jù)需要區(qū)別對待，以選擇適合本地區(qū)的窗戶類型(表1)。減少窗戶的能耗除了合理地控制窗戶的傳熱途徑和方向，還應該降低太陽的直接輻射，即減小遮蔽系數(shù)，但同時要考慮與自然采光之間的矛盾，故選擇適當?shù)恼陉柗绞匠蔀橥獯肮?jié)能的手段之一。

不同窗戶材料(包括框材、玻璃)及其組合對窗的節(jié)能效果具有直接的影響，通過對比可以清晰地看到差別(表2)。目前住宅較常用的窗戶材料為中空玻璃塑鋼窗和中空玻璃鋁合金窗，傳熱系數(shù)在2.7~4.2W/(m2·k)之間，與歐美發(fā)達國家住宅外窗的傳熱系數(shù)(1.5~2.0W/(m2·k))相比，節(jié)能水平尚有差距。

表1 不同氣候區(qū)推薦的窗戶的節(jié)能性能

表2 不同外窗構造的能耗值和節(jié)能率

1 外窗宜設置活動外遮陽

在炎熱的夏季，太陽輻射透過窗戶直接進入室內(nèi)的熱量是造成室內(nèi)過熱或嚴重增加空調(diào)制冷負荷的主要原因。住宅外窗遮陽可以反射和吸收大部分的太陽輻射，有利于防止室溫升高和波動。因此，設置外遮陽是減少太陽輻射熱進入室內(nèi)，達到節(jié)能目的的一個有效措施。一般情況下，在夏熱冬冷地區(qū)，夏季通過無遮陽窗進入室內(nèi)的太陽輻射能占到空調(diào)能耗的23%～40%。若采用遮陽措施，可節(jié)約空調(diào)耗冷量4～5W/m2(按遮陽率80%計)。《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》(JGJ134-2001)的4.0.6條也建議“外窗宜設置活動外遮陽”。同時為了兼顧冬季期間多得太陽輻射熱以減少采暖負荷，所以設置活動式遮陽較為合理)僅夏熱冬冷、夏熱冬暖和溫和地區(qū)須考慮外窗遮陽，嚴寒、寒冷地區(qū)非必須。

生活中，住戶為了解決夏季凸窗日曬問題，常采用在室內(nèi)掛窗簾或百頁的內(nèi)遮陽方式，這樣雖然可以避免太陽直射室內(nèi)，卻對減少室內(nèi)輻射得熱作用不大——窗簾吸收了太陽輻射后，本身就成為向室內(nèi)散發(fā)長波輻射的物體。因此，采取外遮陽措施是減少凸窗夏季得熱的主要措施。從(表3)的常用遮陽設施太陽輻射熱透過率的數(shù)據(jù)比較中可見，外遮陽隔熱效果優(yōu)于內(nèi)遮陽。

原則上，外遮陽既要求能夠阻止夏季太陽輻射，又要不影響冬季陽光進入室內(nèi)，同時還不應影響通風和正常采光，因而采用活動式的外部遮陽比較合適，夏季外窗節(jié)能設計應該首選外遮陽，如鋁合金卷簾、百頁窗、遮陽篷等。

外遮陽設施一般可以分為水平式、垂直式、綜合式和擋板式四種。過去，遮陽設計在建筑上的體現(xiàn)往往是固定于外墻上的或水平、或垂直的混凝土板或者金屬板。隨著成套遮陽產(chǎn)品的發(fā)展豐富，建筑師有了更多的選擇，遮陽設計得以簡化，甚至可以簡單到只需挑選產(chǎn)品，而無需進行復雜的設計工作與細節(jié)性的施工裝配。如今，國內(nèi)外的遮陽產(chǎn)品品種多樣，同類產(chǎn)品中還有多種式樣和顏色供選擇。它們大都可以收放，其操作可在建筑室內(nèi)由手動或電動控制，或者由陽光傳感器自動作用。

在歐洲，居住建筑外遮陽應用非常普遍，幾乎有窗就有外遮陽。其產(chǎn)品技術成熟，質(zhì)量穩(wěn)定。目前，我國已有引進的成套遮陽成品生產(chǎn)線，如德國的ALULUX，中、瑞、德合資的EVERSHADING等。

在國內(nèi)，“鋒尚國際公寓”是北京地區(qū)知名的商業(yè)地產(chǎn)項目，因其借鑒了歐洲發(fā)達的國家住宅標準，在提高住宅舒適性同時降低能耗方面走在前列，成為“綠色住宅”的典范。該項目在公寓樓棟的外窗采用了鋁合金卷簾，南陽臺采用了聚丙烯晴綸遮陽簾，會所采用了遮陽百頁等遮陽措施，甚至在屋面也安裝了遮陽蓬，在遮陽上可謂做到了“全副武裝”。

提倡采用活動外遮陽，并不是要摒棄內(nèi)遮陽。窗簾的功能不僅僅是遮陽，還有私密性的要求，即遮擋外來視線，對于住宅尤其如此。而且，窗簾還是改善室內(nèi)空間品質(zhì)的手段之一，因此在居住建筑中室外遮陽不可能完全替代室內(nèi)遮陽，兩者可配合使用。

表3 常用遮陽設施的太陽輻射熱透過率(%)

3 普通窗活動外遮陽類型

3.1 百頁遮陽

遮陽百頁開合程度和角度都可進行手動調(diào)節(jié)，安裝在窗戶外側(cè)的百頁適用于對隔熱和防護要求較高的場合，有卷簾、折疊、平開、推拉等開啟方式。它們不僅在夏季遮陽，在冬季還對窗戶起到防護作用，避免寒風侵襲。金屬百頁片還可設計成包裹有玻璃棉或其他保溫材料的復合結(jié)構，提高保溫隔熱性能。由于葉片較多且密，清潔并不是特別方便，針對與此，也有百頁直接隱藏于雙層玻璃的遮陽產(chǎn)品應市(圖1~3)。

3.2 卷簾遮陽

卷簾簾片的材料常用鋁合金和PVC，安裝于卷軸，可通過手動或電動控制，沿導軌在垂直方向展開。在簾片和卷簾盒部分設保溫材料時，關閉卷簾有助于室內(nèi)保溫隔熱，并且在卷簾全部展開時有一定的隔音作用，但由于視線也被全部遮擋，對觀望視線有影響。

與其它遮陽方式不同的是，質(zhì)地堅固的簾片完全關閉時還兼有防盜作用，成為集遮陽、保溫、防盜為一體的多功能遮陽產(chǎn)品(圖4、5)。

3.3 遮陽篷布

遮陽篷布材料多為聚丙烯晴綸類織物，顏色多樣，遮陽效果因其安裝方式、材料和顏色而有所不同。遮陽篷布通過手動或電動控制，一般沿垂直方向展開，稱垂直式遮陽蓬；也可配合導軌或?qū)鲗蚩烧{(diào)節(jié)傾斜角度，以遮擋不同高度角的陽光，稱曲臂式遮陽蓬。遮陽篷布方式適用于底層或多層居住建筑，不適合高層建筑的遮陽(圖6~8)。

遮陽篷布可為陽臺、露臺等提供較好的遮陽方式，特別是在要擴展戶外活動空間卻不被紫外線照射的情況下。

3.4 紗幕遮陽

遮陽紗幕在安裝上與遮陽篷布類似，緊貼著窗戶外側(cè)。紗幕材料主要為玻璃纖維，耐火防腐；同時，遮陽紗幕可以透過光線，保持了一定的可見度和自然采光；另外，它可阻擋部分的紫外線，減少紫外線對室內(nèi)物品的損害(圖9)。

遮陽紗幕與普通的遮陽篷相比，尤其對東西向的外窗遮陽更有效。因為傾斜角不大的遮陽篷對低角度的陽光幾乎不起遮擋作用，而遮陽紗幕則不存在這樣的問題。

活動式外遮陽于外可豐富建筑立面形象、創(chuàng)造優(yōu)美的視覺效果，于內(nèi)可調(diào)節(jié)室內(nèi)光線分布、防止眩光。除了以上所列舉的幾種遮陽形式，一些遮陽產(chǎn)品的生產(chǎn)商還可為客戶提供針對特定情況的遮陽產(chǎn)品設計，這些產(chǎn)品(有時是幾種產(chǎn)品混合使用)能夠提供更優(yōu)化的遮陽解決方案。有時，建筑師也可應對特殊需要自行設計遮陽系統(tǒng)，以形成獨特的建筑外觀?？傊捎谡陉柌牧霞靶问降倪x擇更加廣泛，無論是傳統(tǒng)構件還是新型材料，只要設計得當，都能取得良好的遮陽效果(表4)。

4 凸窗外遮陽

對于凸窗的遮陽方式，需同時考慮三個不同朝向的采光面遮陽，同時還要考慮盡量少遮擋觀景視線。因此，采取常規(guī)的普通窗外遮陽方式，無法滿足凸窗的這些要求。于是，在凸窗上使用成品化的活動式垂直外遮陽，將成為解決凸窗遮陽問題的主要手段(圖10)。其原因在于：

(1)易于控制。成品化的活動式垂直外遮陽的開啟與閉合，可由住戶手動或電動控制，甚至可根據(jù)日照變化改由電腦進行智能控制，較為人性化。

(2)功能多樣、使用靈活。集保溫、隔熱、遮陽、隔音、防盜和遮擋視線)保護個人隱私)于一體，并可根據(jù)具體情況調(diào)整外遮陽的位置。

(3)設計、安裝方便。分明裝和暗裝兩種方式，設計時只要預留位置，后期由專業(yè)廠家負責安裝。已建成建筑的凸窗也可根據(jù)具體情況進行加裝。

(4)形式多樣化。目前，活動式垂直外遮陽的種類主要有鋁合金卷簾、樹脂型卷簾和各種百頁等。其功能和使用方法略有不同，可根據(jù)建筑立面風格和具體需要酌情選擇。

表4 住宅常用的活動外遮陽形式

5 結(jié)語

綜上所述，遮陽系統(tǒng)是某些氣候區(qū)在住宅建筑的設計階段就必須要解決好問題，但必須注意的是，遮陽形式的設計和選擇不是孤立的環(huán)節(jié)，它應結(jié)合規(guī)劃、建筑單體設計等整體考慮。建筑設計師既可自行設計遮陽構件，也可直接選用遮陽成品，或者與生產(chǎn)商合作定制特定的遮陽產(chǎn)品，以實現(xiàn)遮陽系統(tǒng)的最優(yōu)化——通過窗材的技術進步、窗戶的構造改進以及恰當?shù)恼陉栂到y(tǒng)設計，住宅建筑不僅能節(jié)約能源、節(jié)省運行費用，更可提高住戶的熱舒適性和光舒適性，提供居民更人性化的居住體驗，形成內(nèi)外空間環(huán)境俱佳的建筑。