夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑窗戶遮陽(yáng)設(shè)計(jì)探討

■ 詹 林 Zhan Lin

0 引言

夏熱冬冷地區(qū)是根據(jù)我國(guó)建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)而劃定的一個(gè)區(qū)域，大致屬于長(zhǎng)江中下游一帶，涉及西南地區(qū)東部和長(zhǎng)江中下游流域的16個(gè)省、自治區(qū)、直轄市，是中國(guó)人口最密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度最快的地區(qū)。建筑設(shè)計(jì)的主要矛盾是如何應(yīng)付夏季漫長(zhǎng)的高溫酷暑與冬季的適當(dāng)保暖。為此該區(qū)域住宅建筑外遮陽(yáng)設(shè)計(jì)，對(duì)建筑的節(jié)能有著重要的意義。

1 住宅窗戶的朝向、開(kāi)窗面積及玻璃的遮陽(yáng)效果

在夏季，遮陽(yáng)是提高熱舒適的有效辦法。由于當(dāng)前建筑設(shè)計(jì)中大面積玻璃的使用，太陽(yáng)輻射使房間里的熱量大為增加。為了減少熱負(fù)荷，應(yīng)當(dāng)考慮建筑本身的外遮陽(yáng)問(wèn)題，尤其是窗戶的遮陽(yáng)。

首先，需要分析一下太陽(yáng)輻射熱的變化規(guī)律。由于太陽(yáng)高度角的變化，使它對(duì)建筑的太陽(yáng)輻射能也在不斷的變化。圖1所示為在緯度35度處，在晴朗天氣下，不同季節(jié)在一天中對(duì)各朝向窗戶中所得到的太陽(yáng)輻射熱量變化。從圖中可以看出，南向窗戶夏季得熱不多，而冬季比其他朝向能匯集更多的太陽(yáng)輻射，因此是最合適開(kāi)窗的。天窗（水平面）對(duì)建筑熱環(huán)境最不利，因?yàn)樗麄冊(cè)谙奶靺R集的太陽(yáng)輻射約為南窗的4倍，而冬天則采暖效果很小，應(yīng)盡量少用。

1.1 控制開(kāi)窗面積

在建筑外窗(包括透明幕墻)、墻體、屋面三大圍護(hù)部件中，窗的熱工性能最差，是影響室內(nèi)熱環(huán)境和建筑能耗最主要的因素之一。就我國(guó)一般的公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)而言，窗的能耗約占建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗的40%~50%。因此，控制窗戶的面積是節(jié)能的重要措施之一。《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中第4.2.4有一條強(qiáng)制性規(guī)定，建筑每個(gè)朝向的窗墻面積比均不應(yīng)大于0.70，這是很有道理的。

1.2 玻璃的遮陽(yáng)

1.2.1 目前住宅建筑采用的幾種玻璃

（1）普通玻璃能讓90%以上的入射太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)，如是有色普通玻璃，則能吸收一部分入射太陽(yáng)輻射，但其中大部分又再次輻射到室內(nèi)。

（2）熱反射玻璃通過(guò)在玻璃上增加一層金屬反射薄膜，可以在保證實(shí)現(xiàn)透光的同時(shí)充分減少太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)；需要注意的是熱反射玻璃和有色玻璃都會(huì)過(guò)濾掉人們需要的可見(jiàn)光。

（3）低輻射玻璃是具有光譜選擇性的玻璃，通過(guò)涂在它表面的一層薄膜，可以透過(guò)較多的可見(jiàn)光而有效地阻擋紅外輻射。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，可隨著光、電、熱的強(qiáng)度變化而改變性能的敏感性玻璃系統(tǒng)即將問(wèn)世。例如，在強(qiáng)烈陽(yáng)光下變黑的太陽(yáng)鏡玻璃就是其中之一。

1.2.2 夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑窗戶玻璃選擇原則

（1）需要視覺(jué)和太陽(yáng)熱的場(chǎng)合（例如南向）選用透明玻璃。

（2）要限制太陽(yáng)熱并且無(wú)法使用外遮陽(yáng)時(shí)（例如東、西向），選用反射玻璃。

（3）要限制太陽(yáng)熱又需要日光，同時(shí)又不適合使用外遮陽(yáng)時(shí)（如臺(tái)風(fēng)地區(qū)），可選用低輻射光譜玻璃。

（4）盡量少用藍(lán)、綠等有色玻璃。

2 住宅外遮陽(yáng)構(gòu)造考慮

住宅外遮陽(yáng)既要考慮不影響冬季利用太陽(yáng)能，還要考慮不影響采光。因此，遮陽(yáng)構(gòu)件的挑出寬度十分重要，它必須滿足大部分高溫期遮陽(yáng)的需要。設(shè)計(jì)固定遮陽(yáng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)高溫結(jié)束時(shí)太陽(yáng)的高度角來(lái)確定“充分遮陽(yáng)線”，因?yàn)樗醒由熘吝@條線的遮陽(yáng)板在高溫期內(nèi)可以完全遮住進(jìn)入窗戶的太陽(yáng)直射線。圖2顯示了南向窗戶遮陽(yáng)設(shè)計(jì)的充分日照線。

2.1 固定遮陽(yáng)

住宅建筑南向窗戶，既需要在冬季攝取陽(yáng)光的輻射，又需要在夏季遮陽(yáng)。但是在夏熱冬冷地區(qū)，高溫延續(xù)的時(shí)間要比北方長(zhǎng)2～3倍，遮陽(yáng)對(duì)降低全年能耗有顯著作用。因?yàn)橄募镜奶?yáng)位置較高，所以南向窗戶上的水平挑檐非常有效。

住宅建筑東、西向窗戶的遮陽(yáng)問(wèn)題比較難解決，因?yàn)樘?yáng)高度角一直在變，而且早晨和下午太陽(yáng)高度角很小，最好是不設(shè)東、西向的窗戶。若為了采光必須開(kāi)設(shè)東、西向窗戶時(shí)，有一種可行的辦法是設(shè)置垂直的斜置遮陽(yáng)板，把縫隙開(kāi)向南方或北方，圖3給出了常用的兩種固定式遮陽(yáng)。

2.2 活動(dòng)式遮陽(yáng)

在夏熱冬冷地區(qū)，高溫季節(jié)人們需要遮陽(yáng)，但寒冷季節(jié)要攝取較多的太陽(yáng)能。活動(dòng)遮陽(yáng)裝置能夠較好地滿足上述要求。最簡(jiǎn)單的活動(dòng)遮陽(yáng)裝置是旋轉(zhuǎn)平板式遮陽(yáng)，每年只需按此調(diào)節(jié)兩次,天熱前放平,天冷前向上轉(zhuǎn)為垂直，靠墻安置。

通常這種裝置可以用手操作。室外卷簾，由鋼條制成，十分牢固，白天可以遮陽(yáng)，夜間還可作庇護(hù)(安全防盜)。對(duì)東、西方向的窗戶，也比較適用，可以半天放下卷簾，半天打開(kāi)卷簾。目前專業(yè)廠家使用別的材料和技術(shù)，已經(jīng)可以提供活動(dòng)自如的自動(dòng)卷簾式遮陽(yáng)裝置而很少需要維護(hù)（圖4）。

值得一提的是，最好的遮陽(yáng)應(yīng)該說(shuō)還有落葉喬木。大多數(shù)喬木是隨氣溫的升高而生長(zhǎng)，隨氣溫的下降而凋落，自然而然地對(duì)遮陽(yáng)做出貢獻(xiàn)。落葉喬木還有美化環(huán)境、減少眩光、降低氣溫、吸收二氧化碳的能力。通常建筑物東、西面種植落葉喬木是最佳選擇。

3 幾點(diǎn)建議

（1）選用外遮陽(yáng)時(shí)，應(yīng)考慮氣候特點(diǎn)和房間的使用要求以及窗口的朝向。遮陽(yáng)效果除取決于遮陽(yáng)形式外，還與遮陽(yáng)設(shè)施的構(gòu)造處理、安裝位置、材料與顏色等因素有關(guān)。

（2）在夏熱冬冷地區(qū)采用活動(dòng)式遮陽(yáng)有一定的優(yōu)越性，它可按一天中太陽(yáng)位置的變化和天空的陰暗情況任意調(diào)節(jié)遮陽(yáng)板的角度。在寒冷季節(jié)，為了獲得陽(yáng)光，可以拆除各種金屬或塑料百葉等，外卷簾或外百頁(yè)式的活動(dòng)遮陽(yáng)產(chǎn)品可以收到良好效果。

（3）遮陽(yáng)措施也包括可以采用熱反射玻璃（其遮陽(yáng)系數(shù)小）和鍍膜玻璃（陽(yáng)光控制膜與低輻射率膜玻璃等），也可以收到良好效果，但造價(jià)偏高。

4 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)該把外遮陽(yáng)作為夏熱冬冷地區(qū)住宅外窗和透明幕墻遮陽(yáng)的主要手段來(lái)考慮。外遮陽(yáng)的實(shí)施可以放寬對(duì)玻璃遮陽(yáng)的要求，這對(duì)于冬季需要太陽(yáng)輻射、夏季需要遮陽(yáng)的夏熱冬冷地區(qū)是更為有效的。

當(dāng)外窗和透明幕墻有活動(dòng)外遮陽(yáng)裝置時(shí)，可以在冬季收起外遮陽(yáng)設(shè)施，得到盡可能多的太陽(yáng)輻射熱，降低冬季的采暖能耗。另外，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)外窗(包括透明幕墻)遮陽(yáng)的有比較高的要求，要滿足該項(xiàng)要求，在大多數(shù)情況下，外窗必須采用低輻射率的鍍膜玻璃，可見(jiàn)光透光率也會(huì)隨著遮陽(yáng)系數(shù)的下降而下降。因此，外遮陽(yáng)措施有很多好處，應(yīng)充分利用。