简析建筑节能遮阳设计

摘 要：本文通过对遮阳措施的分析得出:建筑遮阳设计应贯穿在规划和建筑方案、施工图设计、建筑施工和日常运行维护的的整个过程中,应综合考虑建筑所处地域的纬度和气候特点,建筑造型、平面功能与遮阳部位、构造节点等因素, 使得建筑物遮阳设计既符合建筑造型和使用功能要求,又满足高质量的室内健康环境需求。

关键字：节能设计 遮阳设计

建筑使用过程中所消耗的能量,即通常所说的建筑能耗,在社会总能耗中占很大的比例。中国改革开放30 年,创造了世界人类建筑史上的奇迹:1985-2004 的20 年间, 全国竣工建筑的面积达105.6 亿m2,约占现有建筑面积的1/4,预计到2020 年还将新增建筑面积300亿m2。然而,目前中国既有建筑中,95%以上是高能耗建筑。1992 年,建筑能耗占全社会能耗的15%,2000 年为27.5%,2020 年将会增加到40%,如果加上原材料的运输和损耗等,建筑能耗可能高达50%。这既反映了我国城乡生活水平的提高, 也反映了我国高速发展的建筑和能源需求形势。由于建筑能耗在社会总能耗中所占的重大比例,建筑节能成为世界节能浪潮的主流之一, 建筑节能技术已经成为当今世界建筑技术发展的重点之一。

研究表明,实施了节能设计和改造的建筑,可以比一般建筑节省50 %～70 %的能源。而建筑遮阳方面的设计能有效地减少建筑的能源消耗。夏热冬冷地区建筑外维护结构的遮阳隔热设计对改善室内热工环境、提高人体舒适度、节约空调能耗具有重要的意义。实际设计中应根据建筑功能、形态特征、造价等因素，对建筑遮阳措施进行细致深入的研究分析，制定适应其自身特点的遮阳隔热方案。

现行相关建筑节能设计规范对建筑遮阳设计均有明确的要求，但是在工程项目节能设计实践中，笔者发现遮阳设计存在一定的走形式问题，究其原因主要有设计人员对遮阳设计的了解和重视还不够、节能配套产品产业化程度太低以及相关遮阳验收工作力度不足等因素，本文通过介绍遮阳设计相关知识以及在夏热冬冷地区较为合适的遮阳设计方法，以期抛砖引玉，共同为改善建筑物的热舒适环境而努力。

1.建筑遮阳的含义

以减少太阳直接辐射热进入室内为主要目的的隔热、放热措施称为建筑遮阳。通常提到建筑遮阳严格地说应该称为建筑遮阳系统。建筑遮阳系统是与遮阳有关的建筑构件、配件以及建筑布局绿化等要素共同作用,相互补充的一个完整系统。建筑遮阳系统涉及范围复杂,广义上,建筑布局、朝向、风向、气象、日照、植被等一系列建筑外环境的设置,都蕴藏着建筑遮阳因素;建筑围护构件如墙体、屋面等也都有遮阳效果。狭义上,遮阳主要指采光口、建筑物出入口等外墙开洞部分的隔热、防热设施。常用的窗户遮阳措施主要包括内遮阳、玻璃及透明材料的本体遮阳和外遮阳等几种形式。衡量窗户遮阳效果的好坏,主要采用遮阳系数的概念,同时还要保证窗户玻璃的可见光透过率,以满足窗户采光的基本要求。

2.建筑遮阳分类

(1)固定遮阳

固定遮阳分为水平遮阳、垂直遮阳、综合式遮阳、挡板式遮阳等。选择何种形式的遮阳需根据地区气候特点、太阳高度角、纬度、遮阳日期、遮阳时间以及朝向不同来综合考虑。例如水平遮阳能够遮挡从窗口上方射来的阳光,适用于南向外窗;垂直遮阳能够遮挡从窗口两侧射来的阳光，适用于北向外窗;挡板遮阳能够遮挡平射到窗口的阳光;适用于接近于东西向外窗。实际工作中中可以单独选用或者进行组合，常见的还有综合遮阳、固定百叶遮阳、花格遮阳等。

(2)可调节遮阳

可调节遮阳方式主要有两个优点:

1) 可以进行调整,以适应室外气候条件的变化,最充分地利用太阳能和阳光的好处,同时又可以遮挡刺眼强光和多余的热量。

2) 在遮挡炫目阳光的同时,尽可能多地获取漫射自然光。避免光线不足时采用人工照明而浪费能源。夏季夜晚打开遮阳板,加快建筑物的散热速度;冬季的白天不关闭保持建筑物内部的天然采光,夜晚关闭遮阳板,减少建筑物内部热量的损失。

(3)植被遮阳

从环境的角度考虑,有机方法常常是最佳的遮阳途径。落叶植物在夏天可以最大限度遮挡阳光,而在冬天叶子脱落,使阳光可以穿越而过,照进室内。可以对不同植物在不同季节的生长情况有所了解,以选择适当的植物来遮挡阳光。比较符合生态学的设计方法是,把松柏类树木栽种在整个场地边缘以挡风, 落叶树木栽种在靠近建筑的地方,葡萄藤、树篱或者爬行植物则栽种在建筑的边缘,室内也可以在窗台和内部结构中栽种一些植物,以提高空气质量,改善背景视觉效果。屋面绿化遮阳隔热效果显著，对于第五立面的美化也是有意义的。

3.建筑节能设计中的遮阳设计方法

现在提到建筑遮阳,大部分为建筑外遮阳,因为如果采用建筑物内遮阳,实际上是仅仅挡住光线,并不能很有效地阻隔热量,当光线遇到内遮阳产品时,其辐射热已经透过玻璃进入室内,并会使玻璃的温度升得很高,从而达不到建筑节能的目的。对外遮阳而言,只有透过的那部分阳光会直接达到窗玻璃外表面。一般来讲,室内百叶只可挡去17%太阳辐射热,而室外南向仰角45°的水平遮阳板,可轻易遮去68%的太阳辐射热,两者间的遮阳效果相差甚远。另外，从节能的角度上讲, Low-E 中空玻璃在建筑物窗户上的使用也是设计人员在实际工作中经常采用的节能遮阳方案之一。Low-E 中空玻璃, K值为1.8～2.2 W/(m2·k)，而单向玻璃的K 值为5.4～6.1 W/(m2·k) ,中空双向(6 + 12 + 6) 玻璃K 值为3.1W/(m2·k)。采用外遮阳还是Low-E 中空玻璃，要结合建筑物朝向、窗墙面积比、传热系数限值等因素综合考虑。就夏热冬冷地区而言，北向主要解决保温问题，东西向主要解决遮阳隔热问题，南向要同时解决冬季被动采暖、夏季自然通风以及遮阳隔热问题。Low-E 中空玻璃可以很好地解决东西向的外窗保温和遮阳隔热问题，但对于南向外窗，夏季通过窗户进入室内的太阳辐射热构成了空调负荷的主要部分，冬季则恰好相反，透过窗户进入室内的太阳辐射热可以减小采暖负荷，由于功能要求上相互矛盾，单纯采用Low-E 中空玻璃就不是很合适了。另外，从节能规范的角度来讲，南向一般窗墙比较大，仅选用Low-E 中空玻璃不能满足规范的要求，必须通过设置遮阳才能符合相应的规范要求。因此，在夏热冬冷地区建筑物的节能设计中，南向提倡设置可调节式外遮阳。所以，对于整个建筑物而言，最符合节能要求的措施就是中空玻璃加可调节式外遮阳。而对于可调节式外遮阳，完全可以发挥它丰富建筑立面的积极因素，从以下几个角度出发进行设计。

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