上海某生態(tài)示范建筑遮陽及應(yīng)用效果實(shí)測(cè)研究

羅明剛 李崢嶸

上海某生態(tài)示范建筑遮陽及應(yīng)用效果實(shí)測(cè)研究

羅明剛1李崢嶸2

1中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司
2同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院

本文作者通過對(duì)夏熱冬冷地區(qū)某生態(tài)建筑有無建筑遮陽措施時(shí)墻體表面溫度和室內(nèi)照度進(jìn)行實(shí)測(cè)研究，分析了外遮陽技術(shù)對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的降溫效應(yīng)和室內(nèi)內(nèi)遮陽對(duì)建筑自然采光的影響。

遮陽圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)照度

0 引言

據(jù)有關(guān)研究表明，夏熱冬冷地區(qū)建筑中采暖、通風(fēng)、空調(diào)及生活熱水這部分能耗中大約有35%由外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱所消耗[1]，因此建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)特別是建筑外窗部分是節(jié)能關(guān)鍵部位。建筑遮陽作為建筑節(jié)能的一個(gè)重要技術(shù)手段，在改善建筑外窗熱工性能，調(diào)節(jié)外窗及不透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面上的太陽輻射，進(jìn)而減少室內(nèi)空調(diào)采暖能耗效果已經(jīng)得到共識(shí)。目前在歐洲建筑遮陽已經(jīng)很普遍，大多數(shù)居住建筑都設(shè)有遮陽措施[2～4]。在國內(nèi)近年來建筑遮陽才逐漸被重視以及推廣，以前在設(shè)計(jì)中相關(guān)遮陽裝置通常只是作為一種藝術(shù)形象出現(xiàn)在建筑立面上。本文詳細(xì)介紹了上海某生態(tài)示范建筑的遮陽體系，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)測(cè)，通過測(cè)試數(shù)據(jù)分析了不同遮陽技術(shù)對(duì)降溫和采光兩方面的影響。

1 工程概況介紹

1.1 上海地區(qū)氣候特點(diǎn)

上海地區(qū)地處夏熱冬冷地區(qū)，冬季寒冷，最冷月平均溫度為3.4℃，夏季濕熱，最熱月平均氣溫為27.5℃，年極端最高溫度達(dá)到37～39℃。年日照小時(shí)數(shù)為1985h，各月日照數(shù)在150h以上。太陽輻射以水平面上輻射強(qiáng)度最高，最大值在1kW/m2以上[5]?；谏虾５貐^(qū)氣候特點(diǎn)，該地區(qū)的建筑有遮陽的需求，但又不同于其他地方，在考慮建筑遮陽方案時(shí)必須兼顧夏季遮陽，冬季不影響太陽輻射。

1.2 建筑遮陽方案

目前市場(chǎng)上主要的遮陽技術(shù)主要分為四大類：植物遮陽、建筑構(gòu)件及建筑互遮擋、本體遮陽以及遮陽制品。遮陽制品歸結(jié)起來有軟卷簾、硬卷簾、百葉簾、百葉翻板、推拉式百葉窗、天棚簾和遮陽蓬等[6]。

此次測(cè)試對(duì)象為上海市某低層生態(tài)住宅示范建筑，建筑周圍無高大建筑，不存在建筑互遮擋，因此對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試無遮擋和反射影響。該生態(tài)住宅樓采用大量建筑節(jié)能技術(shù)，其中遮陽技術(shù)作為一種生態(tài)圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)在該建筑中得到大量使用。測(cè)試之前對(duì)該建筑的遮陽措施進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，結(jié)果顯示該建筑屋面設(shè)置有植物遮陽和相關(guān)遮陽制品（木制格柵、金屬格柵和金屬百葉翻板等），建筑立面設(shè)置有百葉簾和卷簾等；另外由于建筑外形作用也形成建筑構(gòu)件自遮陽。

1）植物遮陽。該建筑采用到的植物遮陽種類有壁掛式綠化、模塊拼裝綠化以及少量吊蘭等，其中模塊拼裝綠化和吊蘭主要應(yīng)用在建筑屋面，種植介質(zhì)使用輕質(zhì)營養(yǎng)土。壁掛式綠化設(shè)置在建筑南立面外墻上，南立面附近還種植了一些低矮灌木。屋頂及建筑立面采用綠化遮陽不僅可以改善室內(nèi)熱環(huán)境，節(jié)約能源消耗，還可以增加綠化面積，增進(jìn)室內(nèi)居住人員和大自然的和諧關(guān)系。

2）建筑構(gòu)件遮陽。該建筑南立面陽臺(tái)呈錯(cuò)落布置，形成的懸挑結(jié)構(gòu)，類似于固定水平遮陽裝置，起到阻礙南向太陽高度角較高的光線進(jìn)入室內(nèi)。由于此次測(cè)試研究主要是針對(duì)植物遮陽降溫效果和遮陽制品對(duì)建筑的隔熱和采光影響，因此建筑構(gòu)件自遮陽并沒有納入此次的研究范圍。

3）格柵遮陽。由于在水平面上的太陽輻射強(qiáng)度大，經(jīng)過屋面?zhèn)魅胧覂?nèi)的熱量最多；因此該建筑在屋面不僅種植了綠化植物還在該建筑用到兩種不同材質(zhì)的格柵遮陽，木質(zhì)格柵應(yīng)用到的區(qū)域?yàn)槲蓓敱眰?cè)，金屬格柵遮陽主要分布在屋頂南側(cè)。

4）戶外百葉翻板。屋頂中部安裝了戶外電動(dòng)高反射率遮陽百葉翻板，在遮陽的同時(shí)可以將部分陽光反射進(jìn)入室內(nèi)，以補(bǔ)充室內(nèi)照明。戶外百葉翻板可以根據(jù)太陽位置實(shí)現(xiàn)智能控制，隨著太陽高度角的變化而自動(dòng)轉(zhuǎn)變?nèi)~片角度。

5）百葉簾和卷簾。建筑南立面二層以上呼吸式幕墻中間設(shè)置電動(dòng)百葉簾，葉片寬度為50mm且具有高反光性；建筑室內(nèi)窗戶采用內(nèi)遮陽百葉簾，底層過道設(shè)置了電動(dòng)軟卷簾。百葉簾和卷簾也是可實(shí)現(xiàn)遮陽需求控制，且其控制調(diào)節(jié)還納入智能樓宇控制系統(tǒng)中。

2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

2.1 測(cè)試目的

本次測(cè)試包含建筑外遮陽的降溫效應(yīng)測(cè)試和內(nèi)遮陽裝置對(duì)室內(nèi)自然采光的影響測(cè)試分析。一是通過對(duì)比有無外遮陽處建筑表面溫度差異從而評(píng)價(jià)外遮陽對(duì)降低建筑表面溫度的效果；二是根據(jù)有無內(nèi)遮陽裝置建筑內(nèi)部自然采光照度差異評(píng)價(jià)內(nèi)遮陽對(duì)建筑室內(nèi)自然采光的遮擋效果。

2.2 測(cè)試方案

對(duì)外遮陽的測(cè)試主要是該示范樓所使用的屋頂木質(zhì)和金屬格柵遮陽以及南向立面綠色植物壁掛遮陽進(jìn)行建筑表面溫度多點(diǎn)測(cè)量；采用的測(cè)溫儀器Test830-T1，測(cè)量范圍為-30~400℃，測(cè)試精度為±0.1℃。

對(duì)內(nèi)遮陽的測(cè)試主要是選取典型內(nèi)遮陽房間（一樓和三樓）進(jìn)行有無內(nèi)遮陽的室內(nèi)照度典型點(diǎn)測(cè)量。采用的測(cè)試儀器為照度計(jì)，型號(hào)為Testo 426，測(cè)量范圍為0.0～100000.0 Lux，精度為+/-1.0 Lux(0.0～32000.0 Lux)+/-10.0 Lux(0.0～100000.0 Lux)。

3 測(cè)試數(shù)據(jù)及分析

3.1 測(cè)試結(jié)果

1）外遮陽測(cè)試

建筑外遮陽測(cè)試時(shí)間為2010年11月12日，室外天氣晴朗。室外氣溫17.9℃，濕度27.5%，測(cè)試結(jié)果見表1至表3所示。

表1 屋頂格柵遮陽測(cè)試結(jié)果（2∶30p.m）

表2 二樓墻體表面植物立面測(cè)試結(jié)果（2∶00p.m）

表3 三樓墻體表面植物立面測(cè)試結(jié)果（2∶37p.m）

2）內(nèi)遮陽測(cè)試

建筑內(nèi)遮陽測(cè)試時(shí)間為2010年9月10日，室外照度：3200～5700lux（2:55p.m），一樓測(cè)試點(diǎn)位于靠近外窗和靠近中庭處的位置，具體位置見圖1，三樓測(cè)試點(diǎn)位于南向及北向窗戶附近，具體參見圖2。室內(nèi)照度測(cè)試測(cè)試結(jié)果如表4所示。

圖1 一樓測(cè)點(diǎn)布置圖（圖中圓圈所示之處）

圖2 三樓測(cè)點(diǎn)布置位置（圖中圓圈所示之處）

表4 室內(nèi)照度測(cè)試結(jié)果

3.2 遮陽技術(shù)應(yīng)用效果分析

1）外遮陽效果分析。從屋頂木質(zhì)格柵和金屬格柵的遮陽效果測(cè)試來看，金屬格柵對(duì)太陽輻射遮擋較強(qiáng)，能夠平均降低屋頂表面1.7℃，而木質(zhì)格柵只能降低0.85℃，由此不難看出，金屬格柵對(duì)太陽輻射的遮擋效果是木質(zhì)格柵的兩倍。但是直接暴曬處水泥屋面比木質(zhì)屋面溫度高6℃左右，說明在選擇遮陽裝置同時(shí)必須兼顧屋面材料的選擇，才能有助于降低屋面表面溫度減少進(jìn)入室內(nèi)的冷熱負(fù)荷。對(duì)南墻立面植物遮陽效果測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，植物盆栽對(duì)降低外墻表面溫度效果非常明顯。被植物所遮擋的墻表面溫度相比附近未被遮擋的磚墻溫度平均低9.7℃，相對(duì)于白色抹灰墻平均降低5.4℃。二樓和三樓植物葉表面以及盆栽里面的沙土溫度較低且比較恒定，這保證了它們所遮擋墻面有較低的溫度。

2）內(nèi)遮陽效果分析。對(duì)比一樓和三樓的照度測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)照度隨室外照度不同迅速變化。一樓的測(cè)試結(jié)果表明，在靠近外窗處，稍厚的遮陽簾對(duì)照度的遮擋超過50%，而在中庭處由于中庭自然光補(bǔ)充，遮陽簾影響較小，約遮擋17%。三樓的輕質(zhì)內(nèi)遮陽簾對(duì)自然光的遮擋較一樓稍厚的遮陽簾效果較差，窗戶附近遮擋率僅為38%。北向靠西墻窗戶附近窗簾遮擋率為32%。內(nèi)遮陽對(duì)室外自然光的遮擋率完全依賴于遮陽產(chǎn)品與室外天氣狀況，而室內(nèi)所需照度則由用戶自己或者房間功能決定。從內(nèi)遮陽的功能上看，其一方面是出于用戶私密性考慮，另一方面是避免直射光和較強(qiáng)的散射光，其并無降低室內(nèi)冷熱負(fù)荷之功效，只是可以延緩峰值負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間。

4 結(jié)論

1）內(nèi)遮陽裝置由于材料的不同其遮光效果差距較大，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要合理選擇遮陽裝置的材料種類；另外該測(cè)試建筑中的中庭設(shè)計(jì)有利于補(bǔ)充室內(nèi)自然采光，均勻室內(nèi)各處照度。

2）盡管金屬格柵對(duì)太陽輻射的遮擋作用相比木質(zhì)格柵好很多，但是無遮陽裝置下水泥地面溫度比木質(zhì)地面溫度高出很多，說明不僅不同遮陽裝置對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度影響較大，而且屋面或是外墻材料類型對(duì)降溫效果也很重要，因此在談建筑節(jié)能的時(shí)候，并不是單純依靠后加節(jié)能裝置實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，而是要注重建筑自身圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)；外墻測(cè)試結(jié)果亦是如此。

3）墻體立面綠化遮陽對(duì)降低墻體外表面溫度有非常好的效果。在陽光直接照射的南墻上，被植物所遮擋的墻表面溫度相對(duì)于附近未被遮擋的磚墻溫度平均低9.7℃，相對(duì)于白色抹灰墻平均降低5.4℃。表明在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該優(yōu)先考慮植物遮陽。

本文所涉及測(cè)試時(shí)間并非在典型夏季和冬季工況，但是其相對(duì)數(shù)值還是能夠說明遮陽技術(shù)具有降溫的作用，具有一定的實(shí)際意義。

[1]《公共建筑節(jié)能改造技術(shù)規(guī)范》編制組.公共建筑節(jié)能改造技術(shù)指南[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010

[2]涂逢祥.建筑節(jié)能50[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010

[3]劉宏成.建筑遮陽的歷史與展趨勢(shì)[J].南方建筑,2006,(9):18-20

[4]劉念雄.歐洲新建筑的遮陽[J].世界建筑,2002,(12):48-53

[5]張海東.長江流域居住建筑遮陽運(yùn)行模式的應(yīng)用研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2008

[6]同濟(jì)大學(xué)建筑節(jié)能評(píng)估研究室.上海市民用建筑遮陽適用技術(shù)應(yīng)用研究中期報(bào)告[R]上海:同濟(jì)大學(xué),2010

Study on Suns ha de Effe c tive ne s s in a Ec ologic a l De m ons tra tion Building in Sha ngha i

LUO Ming-gang1,LI Zheng-rong2
1 China Southwest Architectural Design and Research Institute Co.,Ltd.
2 School of Mechannical Engineering,Tongji University

The author measured the surface temperature and indoor illumination of a ecological demonstration building in hot summer and cold winter region,then analyses the influence of external sunshade and inside sunshade on building envelope from cooling effect and natural light.

building shading,building envelope,measured illuminance

1003-0344（2014）04-061-3

2013-7-13

羅明剛（1987～），男，碩士，助工；中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司（610041）；028-62551225；E-mail:nback001@163.com