論夏熱冬冷地區(qū)建筑遮陽優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘要：建筑設(shè)計(jì)工作中的遮陽設(shè)計(jì)是必不可少的一種形式，采用建筑遮陽設(shè)施很大程度上降低了建筑能耗、減少空氣污染，需要設(shè)計(jì)師們加強(qiáng)重視。本文就夏熱冬冷地區(qū)建筑遮陽優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，具有一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：夏熱冬冷地區(qū);建筑遮陽設(shè)計(jì)

1"建筑遮陽設(shè)計(jì)依據(jù)

建筑外窗遮陽設(shè)計(jì)主要依據(jù)是國家和行業(yè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等，如"GB"50176—1993《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB"50189—2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ"237—2011《建筑遮陽工程技術(shù)規(guī)范》、JGJ"134—2010《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等。

2"建筑遮陽設(shè)計(jì)

2.1"遮陽設(shè)計(jì)部位

夏熱冬冷地區(qū)位于北回歸線以北，雖然太陽輻射高度角和方位角隨時發(fā)生變化，但太陽主要照射在建筑物的屋頂、南面、西面、東面、西南面和東南面，因此，建筑遮陽隔熱主要針對屋頂（有透明部分）、南向、西向、東向、西南向和東南向外窗進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2"遮陽設(shè)計(jì)

對于一個單體建筑，應(yīng)按該建筑在建筑小區(qū)或周圍建筑群中的平面位置及建筑高度，結(jié)合當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向，在有利于自然通風(fēng)的前提下，對建筑遮陽進(jìn)行設(shè)計(jì)。對建筑外窗可選用內(nèi)遮陽、中間遮陽、外遮陽、植物綠化遮陽、建筑陰影遮陽或其他形式的遮陽。

采用內(nèi)遮陽和中間遮陽時，遮陽設(shè)施面向室外側(cè)宜采用能反射太陽輻射的材料，并可根據(jù)太陽輻射情況調(diào)節(jié)其角度和位置，以控制室內(nèi)光環(huán)境和熱環(huán)境。

建筑遮陽宜優(yōu)先考慮采用外遮陽，建筑外遮陽的類型可按下列原則選用：

1）南向或接近南向的外窗宜設(shè)置水平遮陽或可以遮住窗戶正面的活動外遮陽;

2）西偏北"30°至西偏南"60°、東偏北"30°至東偏南"60°范圍內(nèi)的外窗應(yīng)設(shè)置擋板式遮陽或可以遮住窗戶正面的活動外遮陽。

在高層建筑群中，根據(jù)太陽夏季的運(yùn)行規(guī)律，確定太陽陰影移動范圍，精心設(shè)計(jì)建筑平面布置，可以充分發(fā)揮建筑陰影對建筑物的遮陽作用，建筑陰影遮陽是一種無需任何費(fèi)用但常被人們忽視的遮陽措施。

3"建筑遮陽優(yōu)化設(shè)計(jì)

一般的建筑遮陽設(shè)計(jì)通常只關(guān)注遮陽隔熱和節(jié)能效果，而建筑遮陽優(yōu)化設(shè)計(jì)，除了關(guān)注遮陽隔熱和節(jié)能效果外，還強(qiáng)調(diào)進(jìn)一步提高建筑的舒適性和美化建筑外觀，有些優(yōu)化設(shè)計(jì)還包括一體化設(shè)計(jì)和智能控制優(yōu)化設(shè)計(jì)等。

3.1"舒適性優(yōu)化設(shè)計(jì)

建筑的舒適性主要取決于光環(huán)境、熱環(huán)境、自然通風(fēng)和隔音效果等，因此舒適性設(shè)計(jì)主要考慮的是光環(huán)境、熱環(huán)境、自然通風(fēng)和隔音的設(shè)計(jì)。

對于光環(huán)境設(shè)計(jì)，主要考慮的是室內(nèi)不僅要有足夠的照度，而且應(yīng)避免陽光直射室內(nèi)，消除室內(nèi)眩光，使室內(nèi)具有均勻的光環(huán)境，百葉遮陽對室內(nèi)光環(huán)境的調(diào)節(jié)十分有效，設(shè)計(jì)使用百葉遮陽設(shè)施后，光被切割成條狀、塊狀、點(diǎn)狀或其他形狀，使室內(nèi)的照度趨于均勻，光線顯得柔和，減少了眩光給視覺帶來的傷害，從而有效地改善室內(nèi)的光環(huán)境，而且，隨著百葉活動或太陽運(yùn)動，室內(nèi)可演繹出動態(tài)的光影效果，增加了室內(nèi)的藝術(shù)感受。

對于熱環(huán)境設(shè)計(jì)，主要考慮的是減少夏季空調(diào)制冷能耗，使室內(nèi)具有適宜的溫度，設(shè)計(jì)使用遮陽設(shè)施，能大幅度地減少夏季空調(diào)制冷能耗，據(jù)相關(guān)研究結(jié)果，相同的布簾或軟百葉簾等遮陽設(shè)施，內(nèi)遮陽設(shè)施變更為外遮陽設(shè)施后，傳入室內(nèi)的熱量將由60%降低為30%。采用外遮陽時，可將60%～80%的太陽輻射直接反射出去或吸收，使太陽輻射熱散發(fā)到室外，減少了室內(nèi)的太陽得熱，并使室內(nèi)溫度下降"3～6℃，從而有效地改善室內(nèi)的熱環(huán)境。

對于通風(fēng)性設(shè)計(jì)，主要考慮的是充分利用自然通風(fēng)，通風(fēng)具有極好的散熱效果，無論是外遮陽還是內(nèi)遮陽，在遮陽隔熱的同時，遮陽設(shè)施本身都會吸收太陽輻射熱，這部分熱量會以長波輻射的方式向室內(nèi)傳播，如果有良好的自然通風(fēng)，這部分熱量就會在室外散失，使室內(nèi)的溫度降低，減少夏季空調(diào)能耗。

通風(fēng)性設(shè)計(jì)涉及到當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向、建筑群平面和立面布置、單體建筑的平面布置、建筑遮陽設(shè)計(jì)等內(nèi)容。為有效改善自然通風(fēng)，可通過建筑布局、造型設(shè)計(jì)等手段，讓建筑的向陽面和背陽面形成風(fēng)壓差，利用風(fēng)壓差，使建筑獲得一定的穿堂風(fēng)。

建筑遮陽設(shè)施本身的通風(fēng)性設(shè)計(jì)包含遮陽設(shè)施選型、尺寸匹配、可活動性、回風(fēng)和空氣對流通道等內(nèi)容。

對于隔音性設(shè)計(jì)，主要考慮的是減少室外噪音對室內(nèi)的影響，目前，許多建筑外窗都是采用遮陽設(shè)施和中空玻璃節(jié)能窗聯(lián)合應(yīng)用的形式，中空玻璃節(jié)能窗具有很好的隔音效果，內(nèi)置遮陽百葉中空玻璃節(jié)能窗具有更好的隔音效果，在內(nèi)置遮陽百葉和中空玻璃節(jié)能窗均關(guān)閉狀態(tài)下，能顯著降低室內(nèi)噪音。測試表明，有的內(nèi)置遮陽百葉中空玻璃節(jié)能窗可以使室內(nèi)噪音比室外噪音降低"36dB以上。

3.2"藝術(shù)性優(yōu)化設(shè)計(jì)

建筑遮陽設(shè)施不僅僅是只要求其具有遮陽隔熱、調(diào)光通風(fēng)、隔音降噪等作用，它還可以作為建筑元素進(jìn)行藝術(shù)性設(shè)計(jì)，建筑遮陽的藝術(shù)設(shè)計(jì)包括光影美學(xué)、線條韻律、色彩配匹、層次感、尺度感、節(jié)奏感、虛實(shí)對比與動態(tài)變化等。建筑師或遮陽專家在進(jìn)行建筑遮陽藝術(shù)設(shè)計(jì)時，精心構(gòu)思，創(chuàng)作出許多富有藝術(shù)性的遮陽建筑。例如：人們熟悉的“夏氏遮陽”（圖"1），其特點(diǎn)是綜合使用水平和垂直遮陽板，充分展示了線條韻律、層次感、尺度感和節(jié)奏感。再如，遮陽專家通過對活動外遮陽的智能控制，使建筑立面上的遮陽設(shè)施出現(xiàn)整齊劃一的排列或某種幾何圖形的組合變化，從而使建筑具有動態(tài)表情。

圖1

3.3"一體化設(shè)計(jì)

目前，很多遮陽設(shè)施都是采用單獨(dú)設(shè)計(jì)，再裝配到建筑外窗上，在安裝遮陽設(shè)施時，難免會對建筑外觀造成局部破壞，若設(shè)計(jì)選用的是外遮陽，其結(jié)構(gòu)安全常令人懷疑。新建建筑遮陽優(yōu)化設(shè)計(jì)通常都采用一體化設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)有利于做到“同步設(shè)計(jì)、同步施工、同步驗(yàn)收”，有利于保證遮陽設(shè)施與建筑較好結(jié)合。

4"遮陽優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例

無論是新建、改建、擴(kuò)建建筑，還是節(jié)能改造建筑，建筑節(jié)能都必須符合國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及其他有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。在夏熱冬冷地區(qū)，建筑遮陽對建筑節(jié)能和美化建筑外觀起著非常重要的作用，因此，不能滿足于一般的遮陽設(shè)計(jì)，而應(yīng)對建筑遮陽進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。下面以某辦公樓節(jié)能改造項(xiàng)目為例，闡述辦公樓的遮陽優(yōu)化設(shè)計(jì)。

辦公樓建筑面積約為"7600m2，主樓六層，輔樓五層，磚混結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，設(shè)有地下室和電梯間，二至五層為標(biāo)準(zhǔn)層、內(nèi)有東西向內(nèi)走廊，六層設(shè)有電梯配電房和二間公共用房。輔樓建筑高度為"23.5m，屋面為平屋面，東側(cè)第六層層高"4.6m，平屋面，屋面采用剛性防水，并做了保溫隔熱處理。

該樓輔樓南北面每間辦公室開有高1.8m，寬1.8～1m"的外窗，東面外墻開有高1.8m，寬1.8～2.1m"的外窗，西面樓梯間外墻開有高1.8m，3m"的外窗，主樓南面會議室外窗高2.7m，寬約8.6m。目前，所有外窗均采用鋁合金推拉窗，窗戶所用玻璃均為單層"3"mm"厚白色透明玻璃。

該樓北面窗戶因無陽光照射，因此北面窗戶僅用具有私密性保護(hù)作用的內(nèi)遮陽簾即可，無需進(jìn)行專業(yè)的遮陽設(shè)計(jì)。屋面、南面及東、西面外窗受太陽照射，其窗戶是辦公室或內(nèi)走廊太陽得熱的主要途徑。結(jié)合辦公樓所處地理位置和方位，該樓遮陽設(shè)計(jì)（見圖"2）采用如下方案：

圖2nbsp;"辦公樓遮陽設(shè)計(jì)效果圖

南面窗戶遮陽設(shè)計(jì)，輔樓底層南面外窗采用具有防盜功能的鋁合金通風(fēng)透光硬質(zhì)卷簾窗;輔樓二層外窗采用電動"ESS"鋁合金百葉簾，輔樓三至五層外窗采用斜伸式遮陽篷，主樓二至五層會議室外窗采用"19～38"A內(nèi)置鋁合金百葉玻璃窗，六層會議室外窗采用60A內(nèi)置鋁合金百葉玻璃窗。將來，如果汽車停車位不夠的話，可考慮對室外的樟樹進(jìn)行移植，以便多出10多個停車位，解決停車位緊張問題。東、西面窗戶遮陽設(shè)計(jì)，東面三層樓面以下均有臨街店鋪遮擋，所以東面底層和二層窗不需要進(jìn)行陽設(shè)計(jì);西面四層樓面以下的外窗，有西邊建筑遮擋，不需要進(jìn)行遮陽設(shè)計(jì)。其余東、西向外窗遮陽均采用19A內(nèi)置鋁合金百葉玻璃窗。

綜上所述遮陽設(shè)計(jì)，主要用到鋁合金通風(fēng)透光硬質(zhì)卷簾窗、電動ESS鋁合金百葉簾、內(nèi)置鋁合金、百葉中空玻璃窗、電動斜伸式遮陽篷4種遮陽形式，這"4"種遮陽除了具有遮陽隔熱效果，可完全滿足建筑節(jié)能要求外，還分別具有各自的優(yōu)點(diǎn)，鋁合金通風(fēng)透光硬質(zhì)卷簾窗防盜功能較好，電動ESS鋁合金百葉簾和內(nèi)置鋁合金百葉中空玻璃窗及電動斜伸式遮陽篷調(diào)光性能較好，內(nèi)置鋁合金百葉玻璃窗還具有很好的隔音效果。

通過建筑遮陽優(yōu)化設(shè)計(jì)，在辦公樓底層外窗遮陽采用鋁合金通風(fēng)透光硬質(zhì)卷簾窗，這種窗除了具有遮陽隔熱等作用外，還具有防盜作用，因此，可以拆除原底層外窗加裝的防盜窗。辦公樓其他外窗遮陽分別采用內(nèi)置鋁合金百葉中空玻璃窗、電動"ESS"鋁合金百葉簾和電動斜伸式遮陽篷，可大幅提高室內(nèi)的舒適度，而且豐富了建筑表情，美化了建筑外觀（圖"2），對地區(qū)建筑遮陽具有很好的示范作用，可為地區(qū)乃至全省的建筑遮陽優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

5"結(jié)束語

夏熱冬冷地區(qū)建筑遮陽設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑所處地域的緯度和氣候特點(diǎn)，結(jié)合建筑在周圍建筑群中的位置和高度關(guān)系，并結(jié)合建筑造型、功能與遮陽部位等因素，對建筑遮陽進(jìn)行設(shè)計(jì)。建筑遮陽設(shè)計(jì)，應(yīng)把建筑節(jié)能放在首要考慮位置，建筑遮陽設(shè)施應(yīng)具有明顯的節(jié)能效果，其次是考慮遮陽設(shè)施還應(yīng)具有調(diào)光、隔音等其他功能，從而滿足人們對建筑舒適度的要求。