建筑內遮陽理論及存在問題發(fā)展研究

沈長亮 （重慶師范大學，重慶 401331）

0 前言

在夏季，遮陽既可以降低空調能耗，又可以調節(jié)室內光環(huán)境，節(jié)約照明能耗。此外，遮陽還有提高室內熱舒適、視覺舒適感和促進自然通風的作用，合理的遮陽措施（如遮陽卷簾）還可作為冬季降低采暖能耗的有效手段。在歐洲遮陽組織發(fā)表的《歐洲25國遮陽系統(tǒng)節(jié)能及二氧化碳排放研究報告》中指出，采用建筑遮陽裝置的建筑，能實現(xiàn)的總體平均節(jié)能指標為：節(jié)約空調能耗為25%，節(jié)能采暖能耗約為10%[1]。

圖1 內遮陽設施對太陽輻射的影響

當前，關于建筑遮陽的研究和應用主要在外遮陽方面。而內遮陽可以將進入室內的太陽光漫反射，降低太陽光輻射強度，有效改善室內環(huán)境質量，避免眩光。由于避免了太陽光直接輻射，建筑材料及構造的耐久性要求也相應較低，而且內遮陽造價低、便于操作和維修，由于內遮陽具有設置便捷、功能多樣、美觀大方等優(yōu)點而得到大量應用，尤其是在蔬菜種植和智能溫室方面得到更加廣泛的應用。加強建筑內遮陽、外遮陽與建筑一體化的研究，對于提高室內熱舒適性、降低建筑能耗具有重要的意義。

1 內遮陽對室內熱環(huán)境方面的研究

內遮陽裝置在改善室內熱環(huán)境方面具有重要作用，良好的遮陽措施能夠有效減少太陽直射，降低室內溫度，提高室內熱舒適性。丁勇等通過實驗得出，內遮陽房間的內墻內表面溫度比沒有設置內遮陽的房間平均低0.6℃～1℃，但其自然采光照度下降了81%，內遮陽可以有效削減太陽輻射熱，內遮陽房間的空調節(jié)能率達到了17.24%左右[2]。竇枚等選取重慶、上海、武漢3個城市，通過模擬得出溫度在28℃以下的房間受遮陽影響最大，采用外窗遮陽后室內舒適溫度時數(shù)能提高40%～68%[3]。任艷芳等研究了不同內遮陽材料對室內的降溫效果，在試驗所選的材料中鋁箔的降溫效果最為明顯[4]。

Tzempelikos等采用Gagge兩節(jié)點熱舒適模型，分析了卷簾遮陽結合不同遮陽系數(shù)玻璃窗對室內熱舒適的影響，結果顯示遮陽能有效降低室內輻射溫度不對稱性，改善室內熱舒適度[5]。Palmero等人利用TRNSYS分析百葉遮陽在歐洲的節(jié)能效果，研究了不同季節(jié)透過遮陽系統(tǒng)的太陽能輻射量和對室內溫度的影響[6]。

2 內遮陽對室內光環(huán)境方面的研究

由于內遮陽設施可以阻擋太陽直射輻射，因此對室內光環(huán)境的影響較大。天津大學張立超利用Daysim軟件對辦公室采光進行模擬，通過數(shù)據(jù)分析得出，采光系數(shù)不能準確反映地域性及室內采光環(huán)境，而動態(tài)評價指標DA、UDI等則具有較高的準確性和適用性[7]。東南大學的趙忠超研究了辦公室內有無遮陽對UDI的影響，結果表明，采用動態(tài)窗簾可以使進深1～5m區(qū)域的UDI達80%[8]。

在國外，Lim Y W等將工作面照度（WPI）在300～500lx之間視為最佳水平[9]。K.W.Mui等對香港辦公室光照可接受度進行調研發(fā)現(xiàn)，有41%的人不能接受300lx以下照度，22%的人不能忍受照度大于1000lx[10]。Tzempelikos A將UDI分為三部分，其中500-1000lx在模擬中被認為是較為理想的范圍[11]。

3 內遮陽對能耗方面的研究

遮陽設施對建筑能耗的影響一直是國內外學者研究的重點，但這些研究都集中在玻璃自遮陽、固定外遮陽方面，有關內遮陽方面的研究較少。實際上，通過對內遮陽裝置進行改造，如鍍鋁窗簾，其遮陽效果并不比一般外遮陽效果差。

李岳等對纖維織物遮陽材料設置在窗口與窗外進行了對比測試得出，在窗口內設置纖維織物作為遮陽材料可削減60%以上的太陽輻射熱，在窗口外設置則可削減約75%的太陽輻射熱[12]。楊燕萍使用PBECA軟件模擬計算得出使用軟卷簾遮陽進行改造，夏季空調耗電量將會減少17%左右，單位面積能耗減少4.11kwh[13]。王歡等模擬計算結果表明:所有采用的遮陽措施中效果最明顯的是內懸掛淺色窗簾及雙層玻璃并以0.4m水平探出的遮陽板[14]。

Ylenia Cascone等用MATLAB軟件進行編程，詳細分析了在不同復雜條件下建筑模型遮陽情況及對建筑能耗的影響[15]。Littlefair等采用D0E-2軟件研究了英國某公共建筑在采取不同遮陽方式（內遮陽，固定遮陽、外遮陽）下的節(jié)能性、經(jīng)濟性和碳減排量[16]。

4 內遮陽控制策略的研究

與固定遮陽相比，使用智能水平較高的遮陽設施對降低夏季空調能耗的貢獻更大。我國的東方明珠觀光塔、法國的winterthur大廈等都已采用了智能內遮陽簾。目前遮陽的控制策略主要有時間控制、室內溫度控制、太陽輻射強度控制、太陽照度控制等。

在兼顧隔熱和采光性能前提下，根據(jù)室外光熱環(huán)境對百葉進行合理控制時，室內制冷和照明綜合能耗將會更小，節(jié)能率高達40%[17-18]。天津大學的姚健將遮陽狀態(tài)分為遮擋窗戶面積的0%，20%，40%，60%，80%和100%，以此研究遮陽隨機調節(jié)行為對室內光熱環(huán)境的影響，指出遮陽的調節(jié)行為對建筑節(jié)能和室內光熱環(huán)境有著重要影響[19]。

Geoffrey介紹了三種遮陽控制方法：室內溫度控制、太陽輻射控制和結合室內溫度和太陽輻射的綜合控制，通過分析對室內舒適性和的空調能耗影響，指出不同的遮陽控制模式對室內舒適性和空調能耗有較大影響[20]。Steinar Grynnin等通過控制室內溫度、眩光和室內是否制冷等提出了6種遮陽控制策略，指出南向房間采取合適遮陽策略可降低9%左右能耗[21]。

5 當前內遮陽存在的主要問題及發(fā)展方向

①在靜態(tài)采光評價指標中，采光系數(shù)是應用最為廣泛的，但它僅規(guī)定了采光的最小值，難以用來評價采光質量的優(yōu)劣；而動態(tài)評價指標“有效全自然采光時間百分比（UDI）”則是以一年為周期，不能表示瞬時采光情況，目前研究中缺少評價采光優(yōu)劣的瞬時指標。

②遮陽設施不僅能夠調節(jié)室內光環(huán)境，還可用于調節(jié)室內溫度進而改善光熱環(huán)境和通風情況。但國內這方面的實驗研究較少，缺少有針對性的光、熱和通風實驗對比，導致遮陽在研究過程中缺乏有效的理論支持。

③建筑遮陽會影響建筑得熱、室內采光和通風，尤其是利用玻璃自遮陽產(chǎn)品，會給室內自然通風造成一定影響。因此，只有將建筑內、外遮陽和玻璃綜合搭配起來，并與建筑一體化有機結合，才能在最大限度地降低能耗的同時，提高室內人員的舒適性。而國內外，在這方面的研究更少，需要更多的努力。

④遮陽的理論推導上，目前主要著眼于太陽直射輻射得熱量等變量的影響，很少考慮考慮太陽散射輻射得熱量的影響，當然這也與太陽輻射理論基礎方面研究的不足有關。所以需要對此作進一步的研究。

⑤盡管國內外已經(jīng)開始了遮陽調控策略的研究，但這些策略絕大多數(shù)為完全開啟和完全關閉兩種狀態(tài)，而大部分建筑內遮陽設施所處的狀態(tài)是部分開啟的，這與實際情況并不相符。同時，國外的氣象條件及遮陽標準并不適用于我國。因此，需要研究針對我國不同地區(qū)氣候特點、不同控制措施相結合的綜合遮陽控制策略。

⑥隨著建筑節(jié)能觀念的深入人心，建筑遮陽越來越受建筑師的關心。但當前遮陽設施還相對比較固定，新的遮陽設施產(chǎn)品不多，需要將更多的研究成果轉化成實際應用。

6 小結

遮陽系統(tǒng)的作用對于建筑節(jié)能是極其重要的，但由于現(xiàn)代遮陽技術在我國的發(fā)展才剛剛起步，研究水平和使用狀況都相對滯后，需要大家不斷努力，推動遮陽技術在我國的健康蓬勃發(fā)展，為進一步降低建筑能耗、提高室內人員舒適性做出更大貢獻。

[1]丁艷.建筑遮陽進行時[J].中國住宅設施,2012,(8):6-7.

[2]丁勇,連大旗,李百戰(zhàn),姚潤明.外窗內遮陽對室內環(huán)境影響的測試分析[J].土 木建筑與環(huán)境工程,2011(5):108-113.

[3]竇枚,唐鳴放.夏熱冬冷地區(qū)外窗遮陽對室內溫度的影響[J].建筑科學,2011(10):79-82.

[4]任艷芳,何俊瑜,李亞靈,溫祥珍.溫室內遮陽材料降溫效果研究[J].北方園藝,2009(12):143-145

[5]A.Tzempelikos;M.Bessoudo;A.K.Athienitis;R.Zmeureanu.Indoor thermal environmental conditions near glazed facades with shading devices-Part II:Thermal comfort simulation and impact of glazing and shading properties[J].Building and Environment,2010,11:2517-2525.

[6]Palmero-Marrero AI,Oliveira AC.Effect of louver shading devices on building energy requirements[J].Applied Energy,2009(6):2040-2049.

[7]張立超.基于動態(tài)采光評價的辦公空間側向采光研究[D].天津大學,2013.

[8]趙忠超.室內設計視角下辦公空間的照明節(jié)能研究[D].東南大學,2014.

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[12]李岳,孟慶林,張磊,等.纖維織物遮陽材料的內、外遮陽性能差異實測研究[J].建筑科學,2011,27(2):66-70

[13]楊燕萍.建筑外遮陽軟卷簾的節(jié)能效果分析[J].建設科技,2012,(23):67-69

[14]王歡,曹馨雅,陳婷,等.內外遮陽及建筑外窗對空調負荷的影響[J].建筑節(jié)能,2009,39(12):27-30

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[19]姚健.遮陽隨機調節(jié)模式及對室內光熱環(huán)境影響[D],天津大學,2013.

[20]Geoffrey Van Moeseke,Isabelle Bruyere,Andre De Herde.Impact of control rules on the efficiency of shading devices and free cooling for office buildings[J].Building and Environment 42(2007)784-793.

[21]Steinar Grynning;Berit Timeb;Barbara Matusiakc.Solar shading control strategies in cold climates–Heating,cooling demand and daylight availability in office spaces[J].Solar Energy,2014,107:182-194.