大空間頂部遮陽研究現(xiàn)狀探析

孟海迎 沈 浩

（河北工業(yè)大學，中國 天津300401）

雖著生產(chǎn)力的迅猛發(fā)展和人口數(shù)量的迅速增加，人類社會對大空間建筑的需求也與日俱增，如展廳、商場、交通樞紐等人員密集使用的建筑從功能上要求建筑要具備大體量大空間，同時大空間也能充分體現(xiàn)出具體建筑的獨特性格。大空間建筑是一定社會經(jīng)濟與技術(shù)條件下人類利用自然、改造自然而獲得的空間場所，大空間建筑的功能內(nèi)容豐富多樣，然而，不管建筑的具體內(nèi)容如何，本質(zhì)上都是人的需要，有的是行為活動的需要、有的是精神活動的需要、有的是為特殊環(huán)境的需要。在人類文明取得了長足進步，人類文明取得輝煌成績的同時，建筑節(jié)能的概念也逐漸被人們所重視。

能源作為現(xiàn)代社會中的重要資源之一，己經(jīng)日益顯現(xiàn)出它的珍貴性。 在發(fā)達的工業(yè)化國家，建筑物消耗了近40%的能源，經(jīng)過粗略的估算，其中的2/3 到3/4 本可通過正確的建筑措施節(jié)省下來。這種潛力不僅存在于建筑設(shè)備之中，同時也為建筑設(shè)計帶來全新概念。 建筑遮陽，在《建筑構(gòu)造》里的定義為——“為了避免陽光直射室內(nèi)，防止局部過熱和眩光的產(chǎn)生，以及保護物品而采取的建筑措施”。大空間建筑由于內(nèi)部采光對照度的需求就使得頂部天窗需要有較大的面積，而作為建筑圍護結(jié)構(gòu)的重要組成部分， 外窗是造成建筑能耗損失的首要因素，建筑遮陽反射和吸收了大部分的太陽輻射熱，避免太陽輻射熱透過外窗直接進入室內(nèi)空間，有利于防止室內(nèi)過熱，在提高室內(nèi)熱舒適性,在降低空調(diào)能耗方面發(fā)揮著重要作用。

1 大空間頂部采光遮陽現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

大空間建筑頂部采光已廣泛應(yīng)用于大空間建筑中，采用的遮陽形式也多種多樣。1）采用開北向天窗的方式，在滿足室內(nèi)采光的同時，有效避免了直射光射入，如印度班加羅爾國際機場；2）利用圍護材料遮陽，如日本關(guān)西機場，采用吸熱玻璃、反射玻璃、Low-E 玻璃的玻璃系統(tǒng)遮陽，又如采用特殊膜結(jié)構(gòu)的水立方；3）采用遮陽設(shè)施：（1）固定的遮陽設(shè)施，如采用散射板遮陽的日本關(guān)西機場，采用棱鏡折光板的廈門體育館，又如使用密孔遮陽板的美國圣何塞國際機場航站樓，采用垂直遮陽板遮陽天津火車站。 （2）可調(diào)的遮陽設(shè)施，如梅納拉商廈，如深圳會展中心采用可調(diào)節(jié)式機翼型遮陽百葉板。 （3）德國國會大廈穹頂采用可自動追蹤太陽運行軌跡并做相應(yīng)運動的遮陽“扇”。

現(xiàn)今發(fā)達國家的建筑外墻及屋頂單位面積的能耗僅為我國1/3～1/5，其中窗體單位面積的能耗僅我國的1/2～1/3。 通過采用經(jīng)濟合理的遮陽措施在保證建筑正常使用功能的基礎(chǔ)上盡可能的節(jié)約能源已成為遮陽的發(fā)展趨勢。

2 國內(nèi)外的研究概況

建筑遮陽作為一種節(jié)能效果顯著的可持續(xù)技術(shù)，長期以來深受國內(nèi)外建筑技術(shù)科學領(lǐng)域的重視。在同緯度的地區(qū)和較發(fā)達國家都非常重視遮陽技術(shù)的開發(fā)研究，在建筑遮陽技術(shù)的應(yīng)用方面提出了相應(yīng)的法規(guī)，對綠色建筑的評估體系中也都規(guī)定了相應(yīng)的條款。

內(nèi)外遮陽的遮陽性能是存在較大差異的。 理論上認為，外遮陽的遮陽效果優(yōu)于內(nèi)遮陽，這也是學術(shù)界公認的。 根據(jù)在德國、比利時、法國和美國的研究報告顯示，玻璃纖維遮陽織物應(yīng)用于室外時，遮陽織物可將太陽輻射熱在接觸到玻璃前就阻擋在室外， 可以阻隔88%的太陽輻射，應(yīng)用在室內(nèi)可達64%，使用室外遮陽簾可以最大降低室內(nèi)溫度達5～15℃。 如使用空調(diào)則能大大減少空調(diào)的電費開支，空調(diào)用電量降低超過60%。

2.1 國外研究概況

在遮陽研究方面，國外的遮陽研究相對較為規(guī)范。 所采用的研究方法主要是理論計算研究、計算機模擬分析和實驗測試研究，并取得許多的研究成果。目前北美地區(qū)在遮陽性能方面的研究處于世界領(lǐng)先地位。

1992 年，日本在“住宅新節(jié)能基準與指針”中，在舊有節(jié)能法令的基礎(chǔ)上，特別加入了有關(guān)遮陽的規(guī)定，即日照取得系數(shù)μ 最高值的規(guī)定，將μ 值作為建筑物外表面的“遮陽基準”，然而對產(chǎn)品該項指標的確認難度偏大， 尚無合適的實施標準； 在德國的新建筑節(jié)能規(guī)范EVEn2002 中，技術(shù)要求從單項建筑圍護結(jié)構(gòu)的最低保溫隔熱指標轉(zhuǎn)到嚴格有效的能耗控制，操作性較強，其中更是將建筑遮陽技術(shù)的規(guī)定作為規(guī)范的核心部分；在東南亞國家和地區(qū)中，例如新加坡、馬來西亞的建筑節(jié)能法規(guī)中，如今都已使用OTTV(外圍護結(jié)構(gòu)總傳熱值)對圍護結(jié)構(gòu)進行節(jié)能限制，而OTTV 節(jié)能法令中對建筑的遮陽能力作出了底限限制；我國臺灣地區(qū)頒布的“建筑物節(jié)約能源設(shè)計技術(shù)規(guī)范”中提出了代表圍護結(jié)構(gòu)“遮陽性能”的“等價開窗率Rep”的概念，該指標綜合了遮陽性能和通風性能，便于實施。 但OTTV 方程對于建筑得熱的相關(guān)增益組分， 并未給出準確的說明, 且OTTV 和等價開窗率Rep能偶表示出建筑物的遮陽、保溫程度，卻無法反映建筑物能耗量，無法保證能耗量與綜合熱性能的線性關(guān)系。

2.2 國內(nèi)研究概況

相對國外，我國對建筑遮陽的研究較晚，但是伴隨著人們對建筑節(jié)能的重視，遮陽理論的研究和學習也逐漸發(fā)展起來。 同濟大學李崢嶸教授在長江流域的上海地區(qū)的相關(guān)研究成果表明，相同的布簾或軟百葉簾等遮陽設(shè)施，內(nèi)遮陽變?yōu)橥庹陉柡螅纱翱趥魅胧覂?nèi)的熱量由60%降低為30%。清華大學和華南理工大學等高校早在幾年前就各自獨立開發(fā)出相應(yīng)的遮陽計算軟件，可以便利地驗算遮陽尺寸和進行遮陽效果模擬；我國學者研究“建筑遮陽”的主要成果突出表現(xiàn)在概念的完整性上，強調(diào)遮陽的理念，不但明確了窗口構(gòu)造遮陽的基本形式，還提出了綠化遮陽、簡易遮陽、簾幕材料的隔熱遮陽。

此外， 國內(nèi)建筑設(shè)計規(guī)范也開始逐步把建筑遮陽作為重要內(nèi)容。1986 年頒布《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)程》、1993 年頒布《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范GB50176-93)》、《民用建筑節(jié)能設(shè)計標準(采暖居住建筑部分)JGJ26 一95》、《建筑氣候區(qū)劃標準GB501783-93)》、《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準（JGJ75 一2003）》、《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準（JGJ134-2001）》中均對建筑外窗的遮陽作出了規(guī)定。

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