從建筑遮陽看節能

樊旭燕

（太原城市職業技術學院，山西 太原 030027）

從建筑遮陽看節能

樊旭燕

（太原城市職業技術學院，山西 太原 030027）

建筑外圍護結構的保溫隔熱性能及門窗的氣密性是影響建筑能耗的主要因素。隨著國家對節能建筑的日益重視，加強外圍護結構的保溫，特別是窗戶的保溫性和氣密性，設置科學合理的遮陽設施是節約建筑能耗的關鍵環節。文章著重從建筑遮陽存在的問題、意義、作用等方面對建筑遮陽設置進行了介紹和綜合分析，指出未來建筑遮陽的發展趨勢。

建筑遮陽；建筑能耗；節能；采光

夏日炎炎的正午，寒風凜冽的冬日，人們往往將門窗緊閉，以躲避炎熱的陽光或阻擋刺骨的寒風……但效果甚微。此時，人們常常會想，為什么建筑外窗不能采取一些行之有效的措施以遮擋烈日寒風呢？

其實，為了遮擋陽光，古今中外的人們想到了許許多多的辦法，如窗口懸掛窗簾,窗扇開啟方式的調節變化，窗前綠化遮陽，利用建筑的大坡頂、大挑檐、寬外廊、百葉窗等等。

一、節能建筑采取遮陽措施的必要性

當前，我國建筑能耗已占到社會總能耗的30%左右，到2020年將達到40%，如果加上原材料的運輸和損耗等，建筑能耗可能高達50%。在我國既有建筑和新建建筑中，高能耗建筑分別占99%和95%。建筑節能已成為刻不容緩的問題。

建筑外圍護結構的保溫隔熱性能及門窗的氣密性是影響建筑能耗的主要因素。統計數據顯示，我國建筑外圍護結構的傳熱損失約占建筑能耗的70%～80%；通過外窗散失的能耗占建筑總能耗的20%～45%，在寒冷及嚴寒地區，通過外窗傳熱所散失的熱損失占建筑能耗的25%左右，通過門窗縫隙空氣滲透熱損失約占建筑能耗的22%～37%。采用遮陽設施，可以節約空調用電25%左右，設置有效遮陽設施的建筑，可以提高外窗保溫性能，節約建筑采暖能耗10%左右。若2020年我國有一半建筑采用遮陽設施，每年可節約1億噸標準煤，占全國能耗總量的4%以上。加強外圍護結構的保溫，特別是窗戶的保溫性和氣密性，設置科學合理的遮陽設施是節約建筑能耗的關鍵環節之一。

二、我國目前建筑遮陽存在的問題

歐美等發達國家在19世紀后期就普遍使用遮陽物，甚至在人們思想中形成了“沒有遮陽的建筑是不完整的建筑”的觀念。在我國，建筑遮陽僅有短短的一二十年歷史，隨著建筑節能的逐步發展和節能相關政策的推行，建筑遮陽作為建筑節能的一項重要技術手段，近年來越來越受到重視。但由于經濟原因及人們對遮陽的作用認識不足，目前建筑遮陽發展主要存在以下一些問題：

1.在我國大部分地區，夏季降低室內溫度、改變室內熱舒適度大多靠空調，加之人們認為設置各種遮陽板影響了建筑的立面造型，建筑本身多數沒有進行科學合理的遮陽設計。

2.已經進行了遮陽處理的，只是在建筑建造完成后，針對實際使用情況，由住戶自行安裝遮陽設施，各家各戶的遮陽方法五花八門，遮陽材料各式各樣，不顧及立面效果，破壞了建筑造型的整體效果，影響了建筑的美觀。

3.住戶自行設置的遮陽設施不論窗口朝向如何，多數為水平遮陽，缺乏建筑物理相關知識，達不到應有效果。如住宅北向陽臺或窗口采用水平遮陽，在夏季，當太陽照到北立面時，高度角已經很低，水平遮陽效果甚微。

4.住戶自行設置的遮陽設施采用PVC材料或布篷，易老化，抗腐蝕能力差，安全性較差，使用壽命非常短暫。

三、建筑遮陽的意義

2010年6月住房和城鄉建設部發布了通知，建筑遮陽技術推廣工作正式開始。建筑采取有效的遮陽措施，能合理控制太陽光線進入室內，減少建筑空調能耗，降低室溫,改善室內熱環境、光環境，是實現建筑節能最為立竿見影的方法,遮陽構件也是影響建筑形體和美感的重要因素之一。

四、建筑遮陽的作用

1.有效遮擋太陽光，夏季降低空調能耗，冬季減少采暖能耗

建筑遮陽是建筑節能措施中一種操作簡單、行之有效的手段。建筑如果采用遮陽系統，可有效阻擋太陽輻射熱進入室內，使建筑物室內溫度降低，從而大幅度降低建筑用電能耗。

2.利用自然采光節約照明能耗，改善室內熱舒適度

通過科學合理地選擇遮陽形式與遮陽材料，可以合理地調節可見光，防止眩光，減少陽光中的紫外線所帶來的各種危害，還能調節自然氣流并達到改善室內熱舒適度的作用。遮陽構件還可以遮蓋墻面開口部分,造成空氣壓力差,加速室內空氣流通,以增強通風換氣效果。

3.裝飾建筑立面

把建筑室外遮陽系統作為一種建筑立面元素加以利用，形成雙層立面形式，一層是建筑本身立面，另一層是動態的遮陽形成的立面，將功能性和裝飾性完美地融為一體。

4.建筑遮陽可以有效地降低工程成本和減少建筑物運行費用

建筑遮陽在改善人們的工作和生活環境的同時，還能夠有效降低建筑建造和運行成本。數據顯示，就建筑制冷系統單項而言，采用遮陽系統可降低成本約26%，減少建筑物運行費用30%左右；在同樣設置空調的情況下，有遮陽系統比無遮陽系統建筑節能可達44%。

五、建筑遮陽的形式

在建筑能耗分析中，外窗對建筑能耗的損失主要有兩個原因：一是窗的熱工性能太差所造成夏季空調、冬季采暖室內外溫差的熱量損失的增加；二是窗因受太陽輻射影響而造成的建筑室內空調采暖能耗的增減。減少窗的溫差傳熱是建筑節能中減少窗口熱損失的主要因素。

在建筑方案設計階段，在平面布置和立面處理上，應避免炎熱季節直射陽光照射到房間內，要充分利用綠化遮陽及建筑構件遮陽。如果這些措施仍不能滿足遮陽要求時，才宜采取專設的窗戶遮陽。在保證良好室內自然光的同時，外置式遮陽可遮擋100%的太陽直接輻射，對散射輻射、反射輻射的遮擋率也可大于70%，綜合對太陽光總輻射的遮擋率可達85%以上，這是內遮陽、小百葉遮陽無法達到的效果。

建筑遮陽的措施主要包括：（1） 利用綠化進行遮陽；（2）結合建筑構件設置外窗遮陽；(3)專門設置的遮陽設施。

1.利用綠化遮陽

利用綠化遮陽是一種經濟有效的措施，特別適用于低層建筑，或在窗外種植藤蔓植物，或在窗外一定距離種樹。按照樹木的直徑和高度，根據不同朝向的窗口需遮陽時的太陽方位角和高度角來正確選擇適宜的樹種和樹形，確定樹的種植位置。樹的位置除滿足遮陽的要求外，還要盡量減少對通風、采光和視線的影響。

(1)在建筑周圍種樹，一般選用高大、樹枝伸展較寬、夏天茂盛、冬天落葉的喬木，應注意不能影響窗口自然通風與采光。在夏季主導風向上,不應種植太密的樹木，以免降低風速甚至改變風向，造成自然通風受阻。此外,枝葉茂密的樹木不宜距離窗口太近，以免成年樹木枝葉遮擋自然光線或在刮風時對外窗玻璃造成一定的破壞。

（2） 墻面綠化遮陽，一般選擇爬藤類植物如爬山虎、牽牛花、爆竹花、中華長春藤等，可以有效降低外墻面熱量傳遞，改善室內熱環境，對于東西朝向建筑外墻遮陽效果明顯。在低層建筑中可選擇南瓜、絲瓜、葫蘆等，既具有一定的遮陽效果，又具有較高的經濟價值。

2.結合建筑構件設置外窗遮陽

建筑物采取遮陽措施，往往對室內的通風、采光產生較不利的影響。在遮陽設計時，應根據建筑本身的要求和建筑條件，注意通風、采光和防雨、視野等問題的處理及遮陽和建筑立面造型的協調，力求遮陽系統構造簡單，經濟耐用。

目前常用的遮陽基本形式包括水平式、垂直式、綜合式和擋板式等四種。

（1）水平式遮陽。這種遮陽形式能有效遮擋高度角較大的、從窗口上方投射下來的陽光。一般適用于接近南向的窗口和低緯度地區北向附近的窗口遮陽。

密斯·凡德羅（Ludwig Mies·Van der Rohe,1886～1969）提出了“少則多”（Lessis more）的設計原則，所謂“少”是針對當時建筑界流行的古典裝飾手法提出的，而“多”則指的是大工業條件下形式簡潔而功能豐富的建筑。該設計觀念最初是為了追求所謂的單純建筑，引起了極大的爭議，但深遠地影響了 20 世紀以來從事各個領域的設計師、設計教育，他可以說是 20 世紀對于世界設計影響最大的一個人物。

（2）垂直式遮陽。這種遮陽形式能夠有效地遮擋高度角較小的、從窗口側向斜射過來的陽光；對于高度角較大的、從窗口上方投射下來的陽光，或接近日出、日落時平射窗口的陽光，起不到遮擋作用。一般適用于東北、北和西北向附近的窗口。

（3）綜合式遮陽。這種遮陽形式能夠有效遮擋高度角適中的、從窗前斜射下來的陽光，遮陽效果比較均勻。一般適用于東南或西南向附近的窗口。

（4）擋板式遮陽。這種形式的遮陽能夠有效遮擋高度角較小的、正射窗口的陽光。一般適用于東、西向附近的窗口。

設計遮陽時，應根據當地的氣候條件和窗口所在朝向，把遮陽做成永久性或臨時性的遮陽設施。

遮陽設施遮擋太陽輻射熱除取決于遮陽形式外，還與遮陽設施的構造處理、安裝位置、材料與顏色等因素有關。遮陽設施遮擋太陽輻射熱的效果，一般以遮陽系數來表示。遮陽系數越小，說明透進窗口的太陽輻射熱越小，防熱效果越好。

3.專門設置的遮陽設施

（1）活動式外遮陽

活動式遮陽設施可以根據需要，自由地控制其開啟角度，避免與采光、自然通風、視野之間的相互矛盾。

外遮陽卷簾是一種有效的遮陽措施，可有效遮擋強光進入室內，自身具有透光、透景、調節溫度。它能夠遮擋幾乎所有的太陽輻射熱，基本不占用室內空間，可以有效調節自然光線，使太陽光線透射面料后產生漫反射,使刺眼的強光被過濾成柔和的漫射光，提高了人的視覺舒適度。適當拉開遮陽卷簾與窗戶玻璃之間的距離，利用自然通風帶走卷簾上的熱量，能有效減少卷簾吸收的熱量向室內傳遞。

活動百葉簾既可以升降，又可以調節角度，在遮陽和采光、通風之間達到了平衡，在建筑遮陽中得到大量應用。

遮陽紗幕可根據材料選擇控制可見光的進入量，防止紫外線，是一種適合于炎熱地區的外遮陽方式。紗幕緊貼著窗戶外側。紗幕的稀疏度是決定有多少光線能夠穿過紗幕的關鍵因素，如稀疏度為14%或是6%，即分別阻擋86%和94%的太陽熱輻射。同時，使用遮陽紗幕還保持了玻璃的可見度和自然采光，對東西朝向的窗戶來說，遮陽更有效。

遮陽蓬是比較常見的遮陽方式,具有全面的外遮陽功能，能夠使強烈的陽光以漫射光的形式反射入室內，使室內光線明亮而不眩目。遮陽篷適用于低層、多層建筑的窗口外遮陽，不宜用在高層建筑。

（2）中置式遮陽

中空玻璃目前大量應用于建筑外窗，利用中空玻璃的中間隔層放置百葉、卷簾等遮陽設施，和窗框及玻璃組合成為整扇窗戶,整體性較強，遮陽設施控制靈活，實驗數據表明，夏季可降低室內溫度2～3℃，冬季可提高室內溫度3～4℃。

（3）內遮陽設施

采用內遮陽，太陽輻射穿過玻璃，一部分直接透過遮陽設施進入室內，另一部分被遮陽設施反射，還有一部分被遮陽設施吸收，減少了最終進入室內的熱量，降低了室內的太陽輻射的熱量，還可使室內光線柔和，采光系數均勻，緩解強烈的眩光。安裝內遮陽設施可使室內溫度降低4～5℃，節省30%～45%空調能耗。

（4）玻璃自遮陽

有關研究資料表明，玻璃內表面傳熱以輻射為主，占58%，減少熱能損失最有效的方法是抑制玻璃內表面的輻射。利用玻璃自身的遮陽性能，選擇遮陽系數較小的玻璃，如吸熱玻璃、熱反射玻璃、LOW-E玻璃等，阻斷部分陽光進入室內，具有良好的遮陽效果。玻璃貼隔熱、防輻射膜也可以改善普通玻璃的遮陽性能。但利用玻璃進行遮陽時必須關閉窗戶，會對房間的自然通風造成一定的影響，使滯留在室內的部分熱量無法散發出去，應配合百葉遮陽等措施應用，才能取得較好的遮陽效果。

（5）形體遮陽

“形體遮陽”也稱“建筑自遮陽”，是最廉價、最環保的遮陽方式。運用建筑形體的外挑與變異，利用建筑構件自身產生的陰影來形成建筑的自遮陽，達到減少屋頂和墻面受熱的目的。

世博會中國館在建筑體形設計上，由下至上層層向外伸展，形成自遮陽體型，避免上海夏季的強烈光照，也為下層空間遮陰節能，同時還能有效產生自然通風，創造了優美和與眾不同的建筑形態。

六、建筑遮陽的發展趨勢

根據建筑設計風格和日照規律，可采用多種高效遮陽技術來避免陽光直射導致室內溫度過高。較先進的遮陽技術包括戶外可調百葉簾、可伸縮外遮陽蓬、戶外天窗遮陽簾、戶內百葉簾、日光增強型百葉簾、太陽能驅動卷閘簾、太陽能驅動風光感應及無線控制器等，使外窗的綜合遮陽系數降到0.4，天窗遮陽系數降到0.2。

1.電動類智能遙控窗簾

遙控電動窗簾在近年被廣泛應用于高級智能公寓和私人別墅。只要遙控器輕按一下，窗簾就自動開合（百葉窗可以自動旋轉），非常方便。采用智能控制系統還可以實現窗簾的定時開關、場景控制等高級控制功能。隨著科技的進步，又出現了直線電機新技術，系統定時控制器能預先在24小時內進行多次自動開啟與關閉的設置。如遇主人外出，系統會按照習慣在每天同一時間自動開啟及關閉窗簾，確保安全。

2.磁驅直線電動窗簾

磁驅直線電動窗簾直接利用磁驅動的力量驅動電機進行往返動作，帶動窗簾作來回往返運動實現窗簾的開合。運行中電機與軌道運行無接觸，減少了機械故障，降低了噪音，確保了運行的可靠性，設計更緊湊、結構更合理、外觀更精美、可靠性更好、安全性更高、使用壽命更長。

3.建筑外遮陽一體化門窗

建筑外遮陽一體化門窗是將節能門窗與外遮陽組合在一起的新結構，是運用空氣間層保溫原理和型材空腔斷熱結構的高效節能新技術的有機組合。據測算，一體化卷簾式遮陽窗，夏天可降低空調能耗58.4%；冬天可有效提高外窗保溫性能23.4%，降低建筑能耗48.7%。

4.生態遮陽

生態遮陽在綠化的基礎上，更重視新材料、新技術的運用，實現自動控制和調節，加強遮陽效果，同時兼顧采光、通風等功能和立面效果，使遮陽成為綜合解決各種問題的多功能綜合構件。

遮陽板結合太陽能光電和光熱轉換板，不僅避免遮陽構件自身可能存在的吸熱升溫問題，而且將吸收的熱量轉換成對建筑有用的電能、熱能加以利用。

5.智能窗簾

智能窗簾是帶有一定自我反應、調節、控制功能的窗簾。根據陽光照射的情況，自動調節光線強度、空氣濕度、平衡室溫等。白天可將陽光中熱能吸收，晚間釋放。在窗簾織物中加入儲光材料，在白天將光能吸收，夜間熄燈后仍有足夠的光照，節約能源。

[1]中國建筑標準設計研究院.建筑外遮陽（一）[M].北京：中國計劃出版社，2007.

[2]北京土木建筑學會.建筑節能工程設計手冊[S].北京：經濟科學出版社，2005.

[3]孟冬華.從中外對比看我國建筑遮陽設計的發展[J].室內設計，2009，（3）.

[4]劉會麗.淺談遮陽在民居和現代建筑建構過程中的作用[J].價值工程，2010，（8）.

TU

A

1673-0046（ 2012）2-0153-03