探析建筑外遮陽(yáng)對(duì)室內(nèi)物理環(huán)境的影響

曹 穩(wěn)，王 輝，馬雪童，馬 輝

（1.安徽科技學(xué)院建筑學(xué)院，安徽 蚌埠 233100；2.蚌埠市建筑設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，安徽 蚌埠 233100）

0 引言

目前我國(guó)建筑行業(yè)仍處于發(fā)展階段[1]，在建筑發(fā)展的過(guò)程中，建筑全生命周期所產(chǎn)生的能耗對(duì)環(huán)境污染存在很大問(wèn)題。因此，很多建筑學(xué)家對(duì)綠色建筑[2]開(kāi)展里研究，為綠色環(huán)保做出貢獻(xiàn)。近些年來(lái)，近零能耗[3]建筑也是熱點(diǎn)之一。從天友零舍開(kāi)始人們?cè)谧非蠼ㄖ孢m的同時(shí)也更加得注重綠色建筑了。建筑遮陽(yáng)也是綠色建筑中節(jié)能方式之一。

建筑外遮陽(yáng)主要是利用物理原理進(jìn)行隔熱，阻礙太陽(yáng)輻射熱與光線進(jìn)入室內(nèi)。熱量的傳遞方式大致分為3大類，分別是熱輻射、熱對(duì)流與熱傳導(dǎo)[4]。通過(guò)改變不同外遮陽(yáng)類型可以影響室內(nèi)物理環(huán)境的變化，同時(shí)使室內(nèi)環(huán)境達(dá)到最佳舒適度，減少被動(dòng)能源的消耗[5]，達(dá)到節(jié)能減排的效果[6]。熱輻射是太陽(yáng)輻射的主要能量傳遞形式，且大致分為三種波段：可見(jiàn)光、紅外線以及紫外線[7]，其中紫外線熱量占比最小僅有3%，其次為可見(jiàn)光熱量占比44%，紅外線則為53%。建筑材料的制造、建筑建造時(shí)的施工消耗與建筑物在使用全過(guò)程中的所有能耗，三者統(tǒng)稱為建筑能耗。建筑耗能的主要耗能部分是建筑在運(yùn)作過(guò)程中消耗的能源，是我們?cè)谌粘Ｉ钪械哪茉聪?，在此之中空調(diào)的能耗便占比一半，而空調(diào)提供的能源一半是通過(guò)門(mén)窗洞口進(jìn)行流失，因此對(duì)建筑門(mén)窗洞口進(jìn)行遮陽(yáng)處理的意義十分巨大。建筑外遮陽(yáng)設(shè)施通過(guò)遮擋陽(yáng)光減少進(jìn)入室內(nèi)的熱量，不僅僅與建筑外遮陽(yáng)的形式有關(guān)，還和遮陽(yáng)設(shè)施的材料、施工地點(diǎn)等各種因素之間也存在著非常緊密的關(guān)聯(lián)。外窗綜合遮陽(yáng)系數(shù)是指在太陽(yáng)光照時(shí)段內(nèi)，透進(jìn)有遮陽(yáng)窗的陽(yáng)光輻照度，和透進(jìn)沒(méi)有遮陽(yáng)窗的陽(yáng)光輻照度之間的比率。外窗綜合遮陽(yáng)系數(shù)可作為各類遮陽(yáng)裝置遮陽(yáng)效果的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。遮陽(yáng)系數(shù)越小，表明通過(guò)玻璃窗的太陽(yáng)輻射能量愈小，防熱作用就越好[8]。由外窗遮陽(yáng)對(duì)建筑能耗的影響模擬可知，當(dāng)外遮陽(yáng)系數(shù)由90%降低到30%時(shí)，該建筑主動(dòng)能耗可以下降30%左右，大大提升了被動(dòng)能耗的利用。由此可知，在夏季室內(nèi)炎熱的主要因素是由于通過(guò)窗口的太陽(yáng)輻射熱若造成，因此阻礙太陽(yáng)輻射熱進(jìn)入窗口也是降低室內(nèi)溫度對(duì)室內(nèi)溫度的改善起到很大作用（圖1），從而降低空調(diào)能耗實(shí)現(xiàn)綠色建筑。在夏熱地區(qū)，利用建筑外遮陽(yáng)對(duì)降低建筑能耗，提高室內(nèi)居住舒適性有顯著的效果。

圖1 外遮陽(yáng)阻擋熱量方式

1 外遮陽(yáng)類型

外遮陽(yáng)可以阻礙外界太陽(yáng)輻射與紫外線進(jìn)入室內(nèi)并一直保持室內(nèi)較為舒適穩(wěn)定的溫度。建筑外遮陽(yáng)板的4種基本形式，外遮陽(yáng)板是按其位置與造型以及遮陽(yáng)效果來(lái)進(jìn)行區(qū)分，可分為水平方向遮陽(yáng)、垂直方向遮陽(yáng)、綜合形式遮陽(yáng)、擋板形式遮陽(yáng)這4大類型（圖2），以及現(xiàn)代化的產(chǎn)物，即智能化外遮陽(yáng)。

圖2 建筑外遮陽(yáng)基本形式

1.1 建筑外遮陽(yáng)常見(jiàn)類型

水平式遮陽(yáng)?？梢杂行У牡謸醺叱稣丈涑龅年?yáng)光，從窗口上方向下照射的高度角較大的陽(yáng)光類型。因此使得水平形式的外遮陽(yáng)更適合南向遮陽(yáng)以及海拔較低地區(qū)的北向遮陽(yáng)，以便形成理想的陰影區(qū)域；垂直式遮陽(yáng)?？梢杂行У謸酢⒏叨冉禽^小與側(cè)面光照，卻無(wú)法抵擋高度角較大以及日出與日落時(shí)的光照。故垂直式遮陽(yáng)相對(duì)于水平式外遮陽(yáng)更加適合包括東北以及西北方向的北向遮陽(yáng)；綜合式遮陽(yáng)（柵格式遮陽(yáng)）。綜合式外遮陽(yáng)是水平式外遮陽(yáng)和垂直式外遮陽(yáng)的綜合運(yùn)用，它結(jié)合了兩種外遮陽(yáng)方式的優(yōu)點(diǎn)，可以有效抵擋角度較高或中以及從窗前斜射下的光照。因此綜合式遮陽(yáng)主要應(yīng)用于東南以及西南側(cè)窗口，但是由于構(gòu)建密度較大，在一定程度上影響阻礙通風(fēng)和視線；擋板式遮陽(yáng)?？捎行У謸醺叨容^小以及正射入窗口的光照。因此擋板式遮陽(yáng)主要應(yīng)用于東西向窗口，同綜合式外遮陽(yáng)（柵格式外遮陽(yáng)）一樣對(duì)室內(nèi)的采光和通風(fēng)有著一定的阻礙影響，且若擋板式外遮陽(yáng)圍護(hù)構(gòu)件離采光口過(guò)近時(shí)，構(gòu)件吸熱會(huì)對(duì)室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響；智能化遮陽(yáng)。是通過(guò)電子設(shè)備與外遮陽(yáng)相結(jié)合達(dá)到可以人為操控來(lái)進(jìn)行遮陽(yáng)的類型。目前各大城市主要流行的便是遮陽(yáng)百葉與電機(jī)相融合的類型。同樣光伏桿件與遮陽(yáng)相組合的類型在我國(guó)存在，但由于技術(shù)不夠成熟尚未全面普及。盡管在標(biāo)準(zhǔn)[9-10]中建筑外遮陽(yáng)設(shè)計(jì)已被列入，但并沒(méi)有對(duì)其實(shí)施強(qiáng)制性規(guī)定。

1.2 外遮陽(yáng)的特點(diǎn)

固定式遮陽(yáng)主要存在以下特點(diǎn)，夏季來(lái)臨之時(shí)，太陽(yáng)處于較高位置在南向窗戶上增加水平遮陽(yáng)可以很有的抵擋陽(yáng)光的照射。由于早晨和下午太陽(yáng)的高度角較小，所以東向及西向窗戶的遮陽(yáng)有一定困難。最好的解決方法是盡可能地避免開(kāi)設(shè)東向，尤其是西向的窗戶?；顒?dòng)遮陽(yáng)裝置，盡管效果不錯(cuò)，仍然會(huì)在一天的某些時(shí)段限制了視野。固定式遮陽(yáng)方式簡(jiǎn)單造型單一，施工方便有著構(gòu)造簡(jiǎn)單造價(jià)低維修少等特點(diǎn)。但在一些方面上也存在一些短板?；顒?dòng)式外遮陽(yáng)相對(duì)于固定式可以更加靈活，而且可以應(yīng)對(duì)天氣而做出相應(yīng)地變化?；顒?dòng)式的外遮陽(yáng)靈活在于，每年僅需進(jìn)行兩次調(diào)節(jié)便可以滿足綠色節(jié)能的需求?；顒?dòng)式遮陽(yáng)可以更加靈活高效的進(jìn)行節(jié)能工作，在需要的時(shí)候可以自動(dòng)或人為手動(dòng)的開(kāi)啟進(jìn)行遮陽(yáng)避暑工作，創(chuàng)造蔭涼的灰空間。當(dāng)然在需要陽(yáng)光的時(shí)候也可以自動(dòng)或人為手動(dòng)關(guān)閉進(jìn)行采暖，以達(dá)到取暖保溫的效果?；顒?dòng)式建筑外遮陽(yáng)由于它既可以調(diào)節(jié)角度，又能調(diào)節(jié)升降高度的特點(diǎn)，大多應(yīng)用于住宅或?qū)懽謽堑阮愋偷墓步ㄖ?/p>

2 外遮陽(yáng)對(duì)室內(nèi)物理環(huán)境的影響

當(dāng)今對(duì)外遮陽(yáng)的研究課題主要分為兩大類，分別是外遮陽(yáng)對(duì)室內(nèi)物理環(huán)境的影響及外遮陽(yáng)對(duì)建筑外立面造型的影響。其中對(duì)建筑外立面的影響便是對(duì)建筑美觀的影響，同時(shí)隨著人們審美的提升，人們對(duì)建筑外形的要求也是增加，優(yōu)秀的建筑外遮陽(yáng)不僅在室內(nèi)熱環(huán)境中能夠起的非凡效果，還有一部分便是建筑外遮陽(yáng)的立面效果，通過(guò)外遮陽(yáng)讓建筑變得更加美觀，為建筑外立面帶來(lái)創(chuàng)意與豐富的藝術(shù)效果。建筑外遮陽(yáng)融入建筑之中，在功能齊全的情況下使得建筑更加美觀，更加藝術(shù)化。隨著人們審美的不斷變，建筑外遮陽(yáng)的造型多變豐富以及容易塑形等方面因素也為其增加優(yōu)勢(shì)。而外遮陽(yáng)對(duì)室內(nèi)物理環(huán)境的影響研究更加深入，也通過(guò)外遮陽(yáng)對(duì)室內(nèi)物理環(huán)境的影像進(jìn)行綠色分析。在改變了外遮陽(yáng)類型、材質(zhì)等方面后對(duì)室內(nèi)通風(fēng)、采光、熱舒適也產(chǎn)生著影響。

2.1 建筑外遮陽(yáng)影響采光

建筑外遮陽(yáng)用于遮擋陽(yáng)光從而使室內(nèi)環(huán)境更加接近于人體所舒適的環(huán)境，但這種遮擋是不可控制的，而且建筑外遮陽(yáng)與室內(nèi)接受外界天然采光存在著一定的矛盾。建筑遮陽(yáng)具有擋光的作用，可降低室內(nèi)天然光度，這種方式在陰天會(huì)使室內(nèi)潮濕陰冷，不利于人體環(huán)境。一般會(huì)使室內(nèi)照度降低約50%~75%，外遮陽(yáng)設(shè)施有可能對(duì)視線造成遮擋，尺寸越小的遮陽(yáng)設(shè)施對(duì)視線產(chǎn)生的遮擋效應(yīng)越大，但同時(shí)其遮陽(yáng)效果越好，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮遮陽(yáng)與視線遮擋、存在的矛盾，需要根據(jù)不同地區(qū)需求設(shè)計(jì)不同外遮陽(yáng)使得利益最大化。

活動(dòng)式外遮陽(yáng)在采光方面更加高效。在夏季可以這樣避暑，抵擋一定陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)，避免室內(nèi)溫度太高，減少被動(dòng)能源的消耗，從而使得室內(nèi)環(huán)境更加舒適建筑更加節(jié)能；在冬季，可以通過(guò)主動(dòng)收起或關(guān)閉活動(dòng)式遮陽(yáng)來(lái)避免對(duì)陽(yáng)光照射的影響，使其可以直接照射進(jìn)入室內(nèi)，來(lái)保證室內(nèi)被動(dòng)采暖，達(dá)到減少內(nèi)耗環(huán)保的目的。

2.2 外遮陽(yáng)影響通風(fēng)

通過(guò)安裝建筑外遮陽(yáng)可以阻礙自然通風(fēng)，同時(shí)不同類型的外遮陽(yáng)可以改變風(fēng)向使風(fēng)向不同區(qū)域吹去也起著一定的引導(dǎo)性作用。通過(guò)對(duì)風(fēng)的引導(dǎo)可以用于凈化室內(nèi)空氣保存通風(fēng)透氣，同時(shí)也可以做到阻礙空氣的進(jìn)入使室內(nèi)保存舒適感。在不同地區(qū)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)安裝可以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。

建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)遮陽(yáng)會(huì)使外界對(duì)室內(nèi)的室內(nèi)通風(fēng)速率降低20%~45%，在選用不恰當(dāng)?shù)幕顒?dòng)式建筑遮陽(yáng)設(shè)施或設(shè)置不當(dāng)時(shí)，對(duì)正常的通風(fēng)對(duì)流有阻礙作用，會(huì)大大降低自然通風(fēng)效果，從而使外遮陽(yáng)產(chǎn)生一些負(fù)面影響，甚至阻礙室外風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)，嚴(yán)重阻斷室內(nèi)自然通風(fēng)，使得室內(nèi)空氣死循環(huán)。設(shè)置不當(dāng)也會(huì)改變自然通風(fēng)的流向。有時(shí)會(huì)使下層住戶所排出的廢氣導(dǎo)入室內(nèi)，造成室內(nèi)空氣品質(zhì)惡化。

2.3 建筑外遮陽(yáng)影響熱舒適

建筑外遮陽(yáng)設(shè)施主要從物理方面影響著室內(nèi)熱舒適，在炎熱的夏天和寒冷的冬天，傳統(tǒng)居民習(xí)慣為夏天遮陽(yáng)與過(guò)渡季節(jié)自然通風(fēng)，冬天采用被動(dòng)式取暖，這種生活方式對(duì)于環(huán)境壓力會(huì)造成很大壓力，因此綠色建筑也成為行業(yè)主流。在炎熱的夏季，建筑外遮陽(yáng)通過(guò)物理遮擋將部分太陽(yáng)輻射阻擋在屋外，降低了屋內(nèi)溫度使人們即使不開(kāi)空調(diào)也可以十分涼爽，大大減少了被動(dòng)能源的消耗。在春季和秋季這種過(guò)度季節(jié)，建筑外遮陽(yáng)能通過(guò)控制調(diào)節(jié)進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射以及自然通風(fēng)，從而可以使室內(nèi)的熱舒適度能維持在較為合適的水平，可以減少空調(diào)的使用。這樣的建筑外遮陽(yáng)可以算是有效的建筑外遮陽(yáng)。在寒冷的冬季，建筑外遮陽(yáng)可以通過(guò)主動(dòng)或被動(dòng)人為收放避免阻礙陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)，室內(nèi)溫度升高，讓室溫更加接近人體舒適溫度，同樣減少被動(dòng)能源消耗，達(dá)成節(jié)能減排目的。

3 結(jié)語(yǔ)

建筑外遮陽(yáng)具有綠色環(huán)保、美化建筑等優(yōu)點(diǎn)。合理安裝建筑外遮陽(yáng)可以降低建筑能耗，并且提高舒適度讓人生活在自然中，生活得更加舒適更加愜意。在滿足使用者需求的前提下，為保證其在建筑物內(nèi)更加高效、舒適，可以通過(guò)改變外遮陽(yáng)類型、安裝位置等因素改變室內(nèi)環(huán)境從而使其達(dá)到這種目的。建筑外遮陽(yáng)既能夠滿足較低的能源消耗，又能夠在一定程度上提高室內(nèi)的光環(huán)境舒適度以及對(duì)外窗通透程度，滿足使用者的需求，保證其能在舒適的環(huán)境下提高工作和學(xué)習(xí)的效率，從而增加空間本身的價(jià)值，并且防止建筑交付使用后會(huì)因不適宜而進(jìn)行改造措施，這樣可以保證建筑長(zhǎng)久且有效地被使用。

建筑外遮陽(yáng)還存在一定的缺陷，如缺乏政府職能部門(mén)對(duì)遮陽(yáng)設(shè)施安裝的指導(dǎo)措施，普通百姓由于缺乏對(duì)建筑物理知識(shí)的認(rèn)識(shí)，所以導(dǎo)致安裝的遮陽(yáng)設(shè)施達(dá)不到預(yù)期的效果。例如在他們建筑的北向窗戶上方安裝水平外遮陽(yáng)，而實(shí)際夏季太陽(yáng)照射到北向立面時(shí)，太陽(yáng)高度角已經(jīng)很低了，水平外遮陽(yáng)已經(jīng)失去了效果。建筑外遮陽(yáng)材料與構(gòu)造措施使用單一，造型呆板，缺乏層次感與尺寸感，破壞了建筑外立面的整體效果，大大降低了建筑的藝術(shù)性，很少有技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合的精品。希望這些問(wèn)題在建筑外遮陽(yáng)的未來(lái)發(fā)展中可以得到有效改善。