住宅外窗遮陽(yáng)與節(jié)能淺析

■ 段 勇 Duan Yong

0 外窗節(jié)能的主要指標(biāo)

窗戶的能耗可以從窗戶的傳熱系數(shù)、遮蔽系數(shù)、氣密性能以及可見(jiàn)光透過(guò)率等幾方面指標(biāo)來(lái)衡量。

(1)傳熱系數(shù)：是衡量由兩側(cè)溫差引起的經(jīng)傳導(dǎo)、對(duì)流和表面輻射等方式通過(guò)窗戶傳遞的熱量值的指標(biāo)。降低窗戶的傳熱系數(shù)，對(duì)于降低建筑物冬季采暖能耗具有顯著意義，同時(shí)對(duì)于降低夏季的空調(diào)制冷能耗也有一定的作用。

(2)遮蔽系數(shù)：可以用來(lái)衡量窗戶或玻璃組件相對(duì)于3mm透明玻璃透過(guò)太陽(yáng)輻射的能力，在0~1之間。其值越小，阻擋陽(yáng)光直接輻射的性能越好，有助于阻擋夏季太陽(yáng)輻射熱的進(jìn)入。

(3)氣密性：衡量外窗在關(guān)閉狀態(tài)下阻止空氣滲透的能力，共分5級(jí)，1級(jí)最低，5級(jí)最高。

(4)可見(jiàn)光透過(guò)率：在透過(guò)窗戶玻璃組件的太陽(yáng)光中可見(jiàn)光所占的比率。比率越高，自然采光效果越好。良好的自然采光可以減少人工照明的使用，達(dá)到輔助節(jié)能的目的。

以上幾種有關(guān)外窗節(jié)能的指標(biāo)在不同的氣候區(qū)關(guān)注的側(cè)重點(diǎn)不同，需根據(jù)需要區(qū)別對(duì)待，以選擇適合本地區(qū)的窗戶類型(表1)。減少窗戶的能耗除了合理地控制窗戶的傳熱途徑和方向，還應(yīng)該降低太陽(yáng)的直接輻射，即減小遮蔽系數(shù)，但同時(shí)要考慮與自然采光之間的矛盾，故選擇適當(dāng)?shù)恼陉?yáng)方式成為外窗節(jié)能的手段之一。

不同窗戶材料(包括框材、玻璃)及其組合對(duì)窗的節(jié)能效果具有直接的影響，通過(guò)對(duì)比可以清晰地看到差別(表2)。目前住宅較常用的窗戶材料為中空玻璃塑鋼窗和中空玻璃鋁合金窗，傳熱系數(shù)在2.7~4.2W/(m2·k)之間，與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家住宅外窗的傳熱系數(shù)(1.5~2.0W/(m2·k))相比，節(jié)能水平尚有差距。

表1 不同氣候區(qū)推薦的窗戶的節(jié)能性能

表2 不同外窗構(gòu)造的能耗值和節(jié)能率

1 外窗宜設(shè)置活動(dòng)外遮陽(yáng)

在炎熱的夏季，太陽(yáng)輻射透過(guò)窗戶直接進(jìn)入室內(nèi)的熱量是造成室內(nèi)過(guò)熱或嚴(yán)重增加空調(diào)制冷負(fù)荷的主要原因。住宅外窗遮陽(yáng)可以反射和吸收大部分的太陽(yáng)輻射，有利于防止室溫升高和波動(dòng)。因此，設(shè)置外遮陽(yáng)是減少太陽(yáng)輻射熱進(jìn)入室內(nèi)，達(dá)到節(jié)能目的的一個(gè)有效措施。一般情況下，在夏熱冬冷地區(qū)，夏季通過(guò)無(wú)遮陽(yáng)窗進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射能占到空調(diào)能耗的23%～40%。若采用遮陽(yáng)措施，可節(jié)約空調(diào)耗冷量4～5W/m2(按遮陽(yáng)率80%計(jì))?！断臒岫涞貐^(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ134-2001)的4.0.6條也建議“外窗宜設(shè)置活動(dòng)外遮陽(yáng)”。同時(shí)為了兼顧冬季期間多得太陽(yáng)輻射熱以減少采暖負(fù)荷，所以設(shè)置活動(dòng)式遮陽(yáng)較為合理)僅夏熱冬冷、夏熱冬暖和溫和地區(qū)須考慮外窗遮陽(yáng)，嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)非必須。

生活中，住戶為了解決夏季凸窗日曬問(wèn)題，常采用在室內(nèi)掛窗簾或百頁(yè)的內(nèi)遮陽(yáng)方式，這樣雖然可以避免太陽(yáng)直射室內(nèi)，卻對(duì)減少室內(nèi)輻射得熱作用不大——窗簾吸收了太陽(yáng)輻射后，本身就成為向室內(nèi)散發(fā)長(zhǎng)波輻射的物體。因此，采取外遮陽(yáng)措施是減少凸窗夏季得熱的主要措施。從(表3)的常用遮陽(yáng)設(shè)施太陽(yáng)輻射熱透過(guò)率的數(shù)據(jù)比較中可見(jiàn)，外遮陽(yáng)隔熱效果優(yōu)于內(nèi)遮陽(yáng)。

原則上，外遮陽(yáng)既要求能夠阻止夏季太陽(yáng)輻射，又要不影響冬季陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)，同時(shí)還不應(yīng)影響通風(fēng)和正常采光，因而采用活動(dòng)式的外部遮陽(yáng)比較合適，夏季外窗節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)該首選外遮陽(yáng)，如鋁合金卷簾、百頁(yè)窗、遮陽(yáng)篷等。

外遮陽(yáng)設(shè)施一般可以分為水平式、垂直式、綜合式和擋板式四種。過(guò)去，遮陽(yáng)設(shè)計(jì)在建筑上的體現(xiàn)往往是固定于外墻上的或水平、或垂直的混凝土板或者金屬板。隨著成套遮陽(yáng)產(chǎn)品的發(fā)展豐富，建筑師有了更多的選擇，遮陽(yáng)設(shè)計(jì)得以簡(jiǎn)化，甚至可以簡(jiǎn)單到只需挑選產(chǎn)品，而無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì)工作與細(xì)節(jié)性的施工裝配。如今，國(guó)內(nèi)外的遮陽(yáng)產(chǎn)品品種多樣，同類產(chǎn)品中還有多種式樣和顏色供選擇。它們大都可以收放，其操作可在建筑室內(nèi)由手動(dòng)或電動(dòng)控制，或者由陽(yáng)光傳感器自動(dòng)作用。

在歐洲，居住建筑外遮陽(yáng)應(yīng)用非常普遍，幾乎有窗就有外遮陽(yáng)。其產(chǎn)品技術(shù)成熟，質(zhì)量穩(wěn)定。目前，我國(guó)已有引進(jìn)的成套遮陽(yáng)成品生產(chǎn)線，如德國(guó)的ALULUX，中、瑞、德合資的EVERSHADING等。

在國(guó)內(nèi)，“鋒尚國(guó)際公寓”是北京地區(qū)知名的商業(yè)地產(chǎn)項(xiàng)目，因其借鑒了歐洲發(fā)達(dá)的國(guó)家住宅標(biāo)準(zhǔn)，在提高住宅舒適性同時(shí)降低能耗方面走在前列，成為“綠色住宅”的典范。該項(xiàng)目在公寓樓棟的外窗采用了鋁合金卷簾，南陽(yáng)臺(tái)采用了聚丙烯晴綸遮陽(yáng)簾，會(huì)所采用了遮陽(yáng)百頁(yè)等遮陽(yáng)措施，甚至在屋面也安裝了遮陽(yáng)蓬，在遮陽(yáng)上可謂做到了“全副武裝”。

提倡采用活動(dòng)外遮陽(yáng)，并不是要摒棄內(nèi)遮陽(yáng)。窗簾的功能不僅僅是遮陽(yáng)，還有私密性的要求，即遮擋外來(lái)視線，對(duì)于住宅尤其如此。而且，窗簾還是改善室內(nèi)空間品質(zhì)的手段之一，因此在居住建筑中室外遮陽(yáng)不可能完全替代室內(nèi)遮陽(yáng)，兩者可配合使用。

表3 常用遮陽(yáng)設(shè)施的太陽(yáng)輻射熱透過(guò)率(%)

3 普通窗活動(dòng)外遮陽(yáng)類型

3.1 百頁(yè)遮陽(yáng)

遮陽(yáng)百頁(yè)開合程度和角度都可進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，安裝在窗戶外側(cè)的百頁(yè)適用于對(duì)隔熱和防護(hù)要求較高的場(chǎng)合，有卷簾、折疊、平開、推拉等開啟方式。它們不僅在夏季遮陽(yáng)，在冬季還對(duì)窗戶起到防護(hù)作用，避免寒風(fēng)侵襲。金屬百頁(yè)片還可設(shè)計(jì)成包裹有玻璃棉或其他保溫材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)，提高保溫隔熱性能。由于葉片較多且密，清潔并不是特別方便，針對(duì)與此，也有百頁(yè)直接隱藏于雙層玻璃的遮陽(yáng)產(chǎn)品應(yīng)市(圖1~3)。

3.2 卷簾遮陽(yáng)

卷簾簾片的材料常用鋁合金和PVC，安裝于卷軸，可通過(guò)手動(dòng)或電動(dòng)控制，沿導(dǎo)軌在垂直方向展開。在簾片和卷簾盒部分設(shè)保溫材料時(shí)，關(guān)閉卷簾有助于室內(nèi)保溫隔熱，并且在卷簾全部展開時(shí)有一定的隔音作用，但由于視線也被全部遮擋，對(duì)觀望視線有影響。

與其它遮陽(yáng)方式不同的是，質(zhì)地堅(jiān)固的簾片完全關(guān)閉時(shí)還兼有防盜作用，成為集遮陽(yáng)、保溫、防盜為一體的多功能遮陽(yáng)產(chǎn)品(圖4、5)。

3.3 遮陽(yáng)篷布

遮陽(yáng)篷布材料多為聚丙烯晴綸類織物，顏色多樣，遮陽(yáng)效果因其安裝方式、材料和顏色而有所不同。遮陽(yáng)篷布通過(guò)手動(dòng)或電動(dòng)控制，一般沿垂直方向展開，稱垂直式遮陽(yáng)蓬；也可配合導(dǎo)軌或?qū)鲗?dǎo)向可調(diào)節(jié)傾斜角度，以遮擋不同高度角的陽(yáng)光，稱曲臂式遮陽(yáng)蓬。遮陽(yáng)篷布方式適用于底層或多層居住建筑，不適合高層建筑的遮陽(yáng)(圖6~8)。

遮陽(yáng)篷布可為陽(yáng)臺(tái)、露臺(tái)等提供較好的遮陽(yáng)方式，特別是在要擴(kuò)展戶外活動(dòng)空間卻不被紫外線照射的情況下。

3.4 紗幕遮陽(yáng)

遮陽(yáng)紗幕在安裝上與遮陽(yáng)篷布類似，緊貼著窗戶外側(cè)。紗幕材料主要為玻璃纖維，耐火防腐；同時(shí)，遮陽(yáng)紗幕可以透過(guò)光線，保持了一定的可見(jiàn)度和自然采光；另外，它可阻擋部分的紫外線，減少紫外線對(duì)室內(nèi)物品的損害(圖9)。

遮陽(yáng)紗幕與普通的遮陽(yáng)篷相比，尤其對(duì)東西向的外窗遮陽(yáng)更有效。因?yàn)閮A斜角不大的遮陽(yáng)篷對(duì)低角度的陽(yáng)光幾乎不起遮擋作用，而遮陽(yáng)紗幕則不存在這樣的問(wèn)題。

活動(dòng)式外遮陽(yáng)于外可豐富建筑立面形象、創(chuàng)造優(yōu)美的視覺(jué)效果，于內(nèi)可調(diào)節(jié)室內(nèi)光線分布、防止眩光。除了以上所列舉的幾種遮陽(yáng)形式，一些遮陽(yáng)產(chǎn)品的生產(chǎn)商還可為客戶提供針對(duì)特定情況的遮陽(yáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，這些產(chǎn)品(有時(shí)是幾種產(chǎn)品混合使用)能夠提供更優(yōu)化的遮陽(yáng)解決方案。有時(shí)，建筑師也可應(yīng)對(duì)特殊需要自行設(shè)計(jì)遮陽(yáng)系統(tǒng)，以形成獨(dú)特的建筑外觀?？傊?，由于遮陽(yáng)材料及形式的選擇更加廣泛，無(wú)論是傳統(tǒng)構(gòu)件還是新型材料，只要設(shè)計(jì)得當(dāng)，都能取得良好的遮陽(yáng)效果(表4)。

4 凸窗外遮陽(yáng)

對(duì)于凸窗的遮陽(yáng)方式，需同時(shí)考慮三個(gè)不同朝向的采光面遮陽(yáng)，同時(shí)還要考慮盡量少遮擋觀景視線。因此，采取常規(guī)的普通窗外遮陽(yáng)方式，無(wú)法滿足凸窗的這些要求。于是，在凸窗上使用成品化的活動(dòng)式垂直外遮陽(yáng)，將成為解決凸窗遮陽(yáng)問(wèn)題的主要手段(圖10)。其原因在于：

(1)易于控制。成品化的活動(dòng)式垂直外遮陽(yáng)的開啟與閉合，可由住戶手動(dòng)或電動(dòng)控制，甚至可根據(jù)日照變化改由電腦進(jìn)行智能控制，較為人性化。

(2)功能多樣、使用靈活。集保溫、隔熱、遮陽(yáng)、隔音、防盜和遮擋視線)保護(hù)個(gè)人隱私)于一體，并可根據(jù)具體情況調(diào)整外遮陽(yáng)的位置。

(3)設(shè)計(jì)、安裝方便。分明裝和暗裝兩種方式，設(shè)計(jì)時(shí)只要預(yù)留位置，后期由專業(yè)廠家負(fù)責(zé)安裝。已建成建筑的凸窗也可根據(jù)具體情況進(jìn)行加裝。

(4)形式多樣化。目前，活動(dòng)式垂直外遮陽(yáng)的種類主要有鋁合金卷簾、樹脂型卷簾和各種百頁(yè)等。其功能和使用方法略有不同，可根據(jù)建筑立面風(fēng)格和具體需要酌情選擇。

表4 住宅常用的活動(dòng)外遮陽(yáng)形式

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，遮陽(yáng)系統(tǒng)是某些氣候區(qū)在住宅建筑的設(shè)計(jì)階段就必須要解決好問(wèn)題，但必須注意的是，遮陽(yáng)形式的設(shè)計(jì)和選擇不是孤立的環(huán)節(jié)，它應(yīng)結(jié)合規(guī)劃、建筑單體設(shè)計(jì)等整體考慮。建筑設(shè)計(jì)師既可自行設(shè)計(jì)遮陽(yáng)構(gòu)件，也可直接選用遮陽(yáng)成品，或者與生產(chǎn)商合作定制特定的遮陽(yáng)產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)系統(tǒng)的最優(yōu)化——通過(guò)窗材的技術(shù)進(jìn)步、窗戶的構(gòu)造改進(jìn)以及恰當(dāng)?shù)恼陉?yáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，住宅建筑不僅能節(jié)約能源、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，更可提高住戶的熱舒適性和光舒適性，提供居民更人性化的居住體驗(yàn)，形成內(nèi)外空間環(huán)境俱佳的建筑。