上海地區公共建筑外遮陽設計探析

郝睿敏

(上海中森建筑與工程設計顧問有限公司，上海 200120)

黨的十七大把節能減排作為今后長期的重要任務，建筑節能被提到了前所未有的高度。上海地處長江下游，屬夏熱冬冷地區，該地區節能設計要求為:必須滿足夏季防熱要求，適當兼顧冬季保溫。因建筑能耗以空調能耗為主，而通過窗戶進入室內的太陽輻射熱是空調負荷的主要因素，所以對窗戶、幕墻的遮陽要求比較高。公共建筑能耗已占全市建筑總能耗的65%，節能優化問題亟待解決[1]。建筑外遮陽與內遮陽、中置遮陽相比，普遍指室外翻板、百葉簾、遮陽篷、卷閘(簾)等構件[2]，其節能效果好，且理論計算依據明確。建筑周邊綠化和某些建筑使用構件都有一定的遮陽作用，因其使用本意不是遮陽，與外遮陽范疇有一定區別。

1 外遮陽設計的理論支撐

遮陽設計就是使遮陽形式和構造設計與地區氣候條件、房間使用要求和窗戶朝向相適應。《公共建筑節能設計標準》《民用建筑熱工設計規范》《采暖通風與空氣調節設計規范》等提及外遮陽，多以“宜”“或”并對遮陽系數提出要求;上海市《公共建筑節能設計標準》對外窗、天窗及透明玻璃幕墻的綜合遮陽系數提出限值要求;《上海市建交委關于進一步加強本市民用建筑節能設計技術管理的通知》中，當窗墻比大于0.4時，遮陽系數不得大于0.5，也是對遮陽系數提出關聯性要求。上述國家和地方規范及標準對外遮陽均有一定要求，但少有強制性條文，再查對節能要求較高的《綠色建筑評價標準》，其中可采用可調節外遮陽，改善室內熱環境也屬于一般項，并非控制項。一般認為，當同時滿足室內(外)氣溫達到29℃以及太陽輻射強度不小于240 W/m2時，建筑應采取遮陽措施。上海地區圍護結構夏季室外計算溫度平均值31.2℃;夏季太陽輻射照度南向、東西向、水平面在10點～18點基本在240 W/m2以上[3]，符合以上設置條件。

2 外遮陽設計的計算分析

現階段實現建筑節能的途徑大致有五種:1)提高建筑本身圍護結構性能;2)提高設備用能效率;3)利用可再生能源;4)能源的梯級利用，低品相能源開發;5)加強科學合理的運行管理以及改善使用者的行為模式[4]。從設計的角度看，第4)，5)種并不能完全為設計者所控制，1)，2)，3)種便成為節能設計的重點。相關資料顯示:通過對節能率為65%的公共建筑進行能耗分析，前三種途徑的節能貢獻率大約是50% ∶10% ∶5%，在第一種途徑中，對外遮陽的作用分析如圖1所示。

從圖1可以看出:在窗墻比事先設定的情況下，遮陽系數與傳熱系數成為外窗、幕墻節能的控制因素，綜合遮陽系數由玻璃自身遮陽系數與外遮陽遮陽系數共同決定。通過對一棟地上玻璃幕墻形式的10層辦公建筑(體形系數0.11、總建筑面積2萬m2)按水平固定金屬外遮陽板進行圍護結構能耗模擬計算(見表1)。

表1 圍護結構能耗模擬計算

表1計算表明:在上海地區，空調能耗比重大于采暖能耗，固定外遮陽對建筑總能耗的降低是通過空調能耗的減量大于采暖能耗的增量來實現的，以上方式大約可減少總能耗2%。活動外遮陽理論上可以減少甚至消除采暖能耗的增量部分。

建筑外遮陽的遮陽效果與陽光入射角度有密切關系，不同時間不同緯度的入射角度均不一樣，上海地處北緯31°，若考慮遮陽板對窗戶全遮擋，其南向水平遮陽深度比值P及東西向垂直遮陽角度a可按表2查詢[5]。

表2 南向深度比值P與東西向角度值a

3 外遮陽設計

1)從建筑技術角度出發，建筑外遮陽設計不可避免的涉及如下因素。從節能角度考慮，活動外遮陽優于固定外遮陽，手動優于電動;從遮陽形式的耐久性考慮，室外翻板、百葉簾優于遮陽篷、卷閘簾，金屬優于木材、纖維、帆布等;從使用位置考慮，室外翻板、百葉簾適合于大面遮陽，遮陽篷適合多低層近人尺度部位，卷閘(簾)適合于單個門窗，高層建筑外遮陽形式還應充分考慮風壓的影響，應與主體結構有可靠的連接方式。2)從建筑藝術角度出發，公共建筑一般尺度較大、造型或講究體塊穿插、或追求整齊劃一。上海地區在北回歸線以北，其北側不是陽光直射面，當不設置外遮陽時還需考慮不同立面的整體協調問題。3)外遮陽一體化設計。既然外遮陽以遮蔽陽光為目的，可以將其與光電裝置合并設計，同時將太陽能轉化為其他能源。為保證光電裝置合理的日照時間，外遮陽一般置于建筑南側或屋面。目前光電裝置使用年限相對較短，還應充分考慮其維修和更替方便。

將外遮陽與建筑立面照明設計結合，兩者均是以點、線、面的形式存在于建筑立面，若能將照明燈具附著在外遮陽構件上，結合外遮陽的走勢和韻律形成動感，可以賦予建筑夜間以別樣的立面表情。

4 實例分析

1)上海太平橋地區某甲級超高層辦公樓。外遮陽設計概念來源于中國傳統的屏風，立面設置550 mm豎向和150 mm橫向遮陽板。其中豎向遮陽板厚度100 mm，截面微曲，減少風壓作用。根據不同的陽光入射角度，相應在0°，30°，60°和90°四種角度中變化，減少大面玻璃的亮度和反射，提供外墻以厚度和體積感。在北立面，豎向遮陽都以90°的位置減少玻璃面。遮陽構件為淡古銅色，與裙房外墻石材顏色相呼應。

2)上海張江某多層辦公樓。圍護結構以單元式玻璃幕墻為主，采用橫向固定鋁合金遮陽板，間距與層高均以500 mm為模數，由南向東西兩側呈現出疏密漸變的效果。遮陽板截面為梯形，前、后端厚度為50 mm和80 mm，截面深度350 mm，后端至幕墻玻璃面250 mm。遮陽板排水坡度向前，下設滴水檐，保證遮陽板頂面和底面的清潔，顏色為企業Logo標志色。

5 結語

就目前上海地區公共建筑外遮陽的應用現狀來看，其應用并不廣泛。這其中固然有地域特點、習慣做法上的原因，在技術層面上，規范中的非強制性條文、節能模擬軟件中相互制約、此消彼漲的參數是其應用不廣的深層原因。通過對公共建筑外遮陽設計的理論和典型計算，外遮陽對于降低總體能耗有一定作用，但并非達到某一節能目標的必要性手段。將外遮陽與立面設計緊密聯系，使其作為建筑藝術的有機組成部分，實現建筑技術與藝術的完美結合，才能使外遮陽在公共建筑領域得到更加廣泛的應用。

[1]市政協關于上海建筑節能的現狀和對策的報告[R].2006.

[2]顧端青.建筑遮陽產品應用手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，2010.

[3]民用建筑熱工設計規范[M].北京:中國建筑工業出版社，1993.

[4]林海燕，郎四維.我國的建筑節能設計標準[J].建筑節能，2009(4):49.

[5]Brown，G.Z.，Mark Dekay.Sun，Wind，＆ Light:Architectural Design Strategies.John Wiely ＆ Son Inc，2001.