建筑节能：遮阳

一、国内外研究现状1、国内建筑遮阳是抵御太阳辐射，改善室内热环境的主要手段，在南方地区有一定的研究并在节能建筑中得到广泛应用。

随着气候的恶化，北方寒冷地区的夏季气温也在逐年攀升，且夏季时间较长，但是在建筑中极少应用外遮阳，因此不利于寒冷地区的建筑节能。

建筑遮阳设计属于建筑气候学的范畴，具有较强的地域适应性、气候和地理环境依附性，北方地区的遮阳设计不能照搬南方地区的遮阳设计。

寒冷地区的遮阳设计既要考虑夏季防热又要兼顾冬季得热，而外遮阳百叶具有夏季抵抗窗口太阳辐射得热而冬季减少窗口散热的功能实用性，并且可以丰富建筑的外立面造型。

随着全球气候变暖，寒冷地区开始重视夏季的防热，开始对遮阳技术进行研究。

清华大学在几年前就开始自主开发遮阳模拟计算软件——DeST，能够便捷的对遮阳尺寸进行验算并进行遮阳效果的模拟[1]；清华大学的颜俊从生态的视角下对建筑遮阳技术进行研究，提出遮阳简化设计手段和计算方法，对各种遮阳方式的节能效率进行评价，得出遮阳与自然采光的关系，但并未介绍较新遮阳产品的细部构造以及实测建筑遮阳效能数据[2]；西安建筑科技大学的刘加平教授等针对寒冷地区的气候特点通过建立计算模型，采用动态计算机模拟软件进行分析，得出外遮阳系数，从而简化研究建筑外窗遮阳时太阳辐射得热量的计算[3]；天津大学的杨斌针对天津地区的气象资料，研究朝向与遮阳板类型的关系，主要分析了南向窗体采用的水平遮阳板的最佳构造尺寸并对其节能效果进行模拟测试[4]；天津大学的徐悦提出了寒冷地区可调节式外遮阳与建筑的一体化的概念，通过剖析一体化设计的要求、内容及影响因素探索一体化的设计原则，并对常见的六种可调节外遮阳系统的主要特点、适用范围、技术经济指标、安装构造方式进行深入探讨，绘制了相应的平面、立面、剖面详图以及产品示意图[5]。

2、国外建筑遮阳设施除具有遮阳挡风等功能外还为古老建筑保持了独特的风采，增添了活力。

早在二十世纪初期时，赖特就在建筑中设计应用错落有致、深浅不一的挑檐，将太阳几何学率先引入建筑设计的领域，开拓了遮阳设计的先河[6]。

1928年，在迦太基住宅的设计中，勒柯布西耶将水平板、垂直板或者格栅板加在隔热性能差的玻璃外侧来阻挡阳光直射，也就是现在为大家熟悉的遮阳，1936年，勒柯布西耶首先提出在建筑设计中应用遮阳百叶的建议，之后遮阳便作为一种设计语言盛极一时，甚至在人们心中“没有遮阳的建筑就是不完整的建筑”[7]。

如今，发达国家的遮阳研究已经较为成熟，在理论研究、模拟实验、政策标准、实践应用方面取得了较多的成果。

当前国外发达国家的建筑遮阳产业已经形成，拥有从研发、设计、制作、安装到维修的完整的产业链。

仅欧洲就有上千家企业，40多万从业人员，年销售总额达150亿欧元。

我国也有一批遮阳企业参与投资或收购国外遮阳企业，或通过投标承包国外遮阳工程建设。

欧美发达国家遮阳产业在传统技术的基础上有了巨大的发展，呈现出百花齐放的繁荣景象，其中包括百叶木窗、外遮阳活动百叶卷帘、外遮阳卷帘百叶窗、户外活动遮阳挡板、遮阳织物帘、大型遮阳翻板、窗玻璃中间遮阳、固定外伸遮阳格栅或遮阳板、外设简易遮阳板、大悬挑屋顶遮阳板、太阳能光电遮阳板和植物遮阳等各方面。

欧洲一些国家许多百年建筑早已在窗户上安设了遮阳，其中不少是在平开木窗框上安设有活动百叶的遮阳，有由两扇窗构成，也有由更多窗扇组成的折叠百叶窗，多扇折叠百叶窗用于较大的窗洞口。

目前也有不少住宅采用外遮阳活动百叶卷帘，百叶叶片用金属、塑料或木材制成，而且可与窗户直接结合为一体。

有些大型公共建筑窗口面积较大，可采用大型翻板遮阳。

有的是固定在窗口上下的垂直翻板，可垂直旋转；有的则是固定在窗口左右的水平翻板，可水平旋转。

二、影响遮阳设计的气候因素气候条件是遮阳设计重要的制约性因素，对某地的建筑进行遮阳设计，就要详细的了解该地区的气候条件。

由于每个气候分区所处的地理位置不同，所以对建筑热环境造成的影响也不一样。

本文选取位于寒冷地区的北京市为气候研究对象。

2-1日照分布情况北京地区的年平均日照时数高达 2000—2800h，属于日照时间较长的地区。

春季日照时数最多，月日照时数高于 245 小时；夏季正值雨季，天空云量较多，日照时数有所减少，月日照时数约为 230 小时；秋季日照时数少于春季、大于夏季，月日照时数在 230 小时到 245 小时之间；冬季白昼时间减少，月日照时数还不到 200 小时，在 170 小时到 190 小时之间 [8]。

2-2太阳辐射分布情况不同的地区会因地理纬度、海拔高度、天空云量的不同而接受到的太阳辐射量不同。

北京地区地处中纬度，会受到太阳辐射较大的影响。

北京地区的年平均太阳辐射量为 4682—5643MJ/m²。

图2.1 为北京地区的月太阳总辐射量，可以看出，春季的太阳辐射量最多，夏季、秋季次之，冬季最少。

图2.1 各月太阳总辐射量2-3 气温分布情况北京地区的气候特征为四季分明，各月平均干求温度分布情况见图 2.2，可以看出每年的 3~5 月为春季，温度较为宜人，气温回升较快，月平均气温从三月份的8℃左右回升到5月份将近20℃；6~8月为夏季，月平均气温均在25℃左右；9~11 月为秋季，气温下降较为明显，月平均气温从 9 月份的 20℃左右下降到 11月份的 5 度左右；12~2 月为冬季，属于严寒期，月平均气温在 0℃~-5℃。

图 2.2 北京地区各月平均干球温度三、建筑遮阳的分类及选择建筑遮阳制品一般分为内遮阳、中置遮阳、外遮阳三类。

3.1内遮阳内遮阳在我国早有应用，过去的百叶帘、窗帘、竹卷帘等都属于内遮阳。

近年来，我国又从国外引入软卷帘、罗马帘、百褶帘、天蓬帘等。

过去的窗帘都是手动控制，随着现代科技的进步，发展成电动、遥控控制。

内遮阳制品完全处于室内，不受外界环境的影响，在大风天气也可使用，维护保养方便。

他可将进入室内的太阳辐射散热一部分透过遮阳装置进入室内，一部分反射出室外，一部分由遮阳装置吸收后通过对流、辐射进入室内。

由于有部分太阳辐射热量进入室内，内遮阳产品的遮阳效果相对其他类型遮阳产品，效果较差。

部分内遮阳产品与外窗洞口结合处理较好时，可改善外窗的气密性和保温性能[9] 。

对于北方居住建筑而言，内遮阳主要是窗帘，这个涉及到业主的个性要求和个人爱好，在这里主要推荐三种内遮阳产品：蜂巢帘、室内软卷帘、室内百叶帘。

对于蜂巢帘，该种构造由于在内侧相当于增加了一个空气隔热层，具有保温隔热效果。

而后两种遮阳帘多为单层结构，没有保温能力，价格相对较高，在既有建筑和新建的建筑中均可使用。

对于公共建筑，公共建筑的内遮阳在南方和国外都有较为成熟的应用，一般采用天蓬帘、室内布卷帘和室内百叶帘。

这几种这样制品均可取得较好的遮阳效果，在北京地区也可使用。

对于有天窗的建筑，现有内遮阳构件并没有单独为应用于天窗遮阳的构件做单独分类，基本类型可分为织物型遮阳系统，片状遮阳构件系统，和其他类型的遮阳系统。

其中织物遮阳帘按控制方式可分为：手动和电控，运行机构可分为卷轴式和折叠式天窗遮阳，具体形式有，FCS 天棚帘、FSS 天棚帘、FTS 天棚帘，双轨式天棚帘等，FCS、FSS、FTS 分别代表电机的控制和安装方式，适用天窗类型按建筑空间从大至小排列。

片状遮阳构件系统可分为，固定式与可调节角度式两种，固定式的遮阳构件与一些天花遮阳构件十分相似，因此部分形式天花板厂家也进行了生产，按外观形式可分为：方通型遮阳构件、梭形遮阳构件、格栅状遮阳构件、遮阳百叶，其中小型遮阳板与遮阳百叶还可分为固定式和可变遮阳两种。

片状遮阳构件的材质有：铝板，木材等轻质材料。

除了织物型遮阳与片材遮阳构件外，另外有一些内遮阳方式，不易于进行归类单独作为一种，如异形遮阳体，折光透明结构等。

对天窗玻璃的处理是一种介于外遮阳与内遮阳技术之间的措施，可单独与内外遮阳技术混合使用[10]。

3.2 中置遮阳中置遮阳有三种：一种遮阳百叶直接安装在中空玻璃空气层内，通过手动调整百叶帘的位置，开启角度，成为内遮阳百叶；一种是单框双层窗中间安装一套遮阳百叶，外层窗承受室外风压，内层中空玻璃窗保温，中间百叶百叶帘遮阳；第三种用于幕墙，在两层幕墙玻璃中间安装百叶帘，一般为电动或遥控控制，可调控百叶展开位置和展开高度。

中置遮阳都不直接与室外相连，受外界环境影响较小，在大风天气也可使用。

但是中置遮阳安装空间狭小，不宜维修保养，一般采用手动控制，尺寸也不宜做大。

它在遮阳装置全部展开后，可基本阻止太阳辐射进入室内，也可通过调整百叶角度、百叶帘展开位置调整室内采光、受热。

经过有关部门测试，采用第一种中置遮阳形式的外窗，保温性能有明显提升，气密性能没有影响；采用第二种遮阳形式的外窗由于是双层窗构造，外窗整体的保温性能及气密性能高于单层窗构造；第三种用于幕墙，对幕墙的气密性和保温性能没有影响。

后两种中置遮阳的结构比第一种复杂，成本较高。

对于居住建筑，采用中置遮阳装置，外窗的保温性能均有较好的表现。

内置遮阳百叶对于外窗保温性能有较大的提高，但对于外窗气密性能没有任何影响。

第二种中置遮阳装置由于采用双层窗构造，外窗的气密性会有较好的表现，对于北京地区的气候条件有较好的适用性，若遮阳装置的可靠性没有问题，是北京地区遮阳装置的一个不错的选择，在既有建筑技能改造和新建建筑中均可使用。

第三种多用于公共建筑，居住建筑较少采用，它可使用各种现代化的控制方式，对智能建筑和自动化程度要求较高的，建筑是一个很好的选择。

对于公共建筑，前两种中置遮阳控制方式多为手动，尺寸不能做的太大，对实现智能控制不利，对于自动化控制要求不高或既有建筑改造的公共建筑是一个不错的选择。

若自动化要求较高的可采用第三种中置遮阳，可实现自动化控制，遮阳效果也较好。

3.3外遮阳外遮阳分为活动式和固定式两种。

固定式外遮阳分为水平式、垂直式、综合式和挡板式四种。

由设计人员根据当地的太阳辐射角度和太阳辐射强度设计尺寸和安装方式。

该种外遮阳安装好以后，只能遮挡设计角度的阳光，不能控制、调整。

但是结构简单，安装好后基本无需维修。

该种遮阳装置需在外立面总体设计时，与外立面的装修同意设计。

活动外遮阳分为布卷帘、百叶卷帘、遮阳蓬、翻板等，材质有布、木质、铝合金、不锈钢等。

一般采用电动、遥控控制。

遮阳装置安装在室外，受外界环境影响较大，在外界风力超过遮阳装置承受能力时，需收起卷帘，下大雨时也不能使用。

遮阳装置维系保养困难，需与外窗设计统一考虑。

百叶为中空构造，内部填充聚胺脂保温材料的硬质卷帘，可较大幅度提高外窗气密性能和保温性能，但造价较高。

对于居住建筑而言，固定式外遮阳和活动式外遮阳均可采用。

活动室外遮阳遮阳效果可根据用户生活习惯进行调整，遮阳效果较好。

两种遮阳装置对建筑外装饰效果有重要的影响，设计时要全盘考虑，整体安装。