合肥地區建筑遮陽適宜技術應用研究

張虎

（1.安徽建筑大學環境與能源工程學院，安徽 合肥 230601；2.建筑能效控制與評估教育部工程研究中心，安徽 合肥 230601）

0 前言

建筑遮陽已是綠色建筑的一種必要措施，在歐洲許多發達國家和地區早已廣泛使用，根據歐洲遮陽組織于2005年12月發表的《歐盟25國遮陽系統節能及減排》研究報告，在歐洲采用遮陽可以節約空調用能約25%,節約采暖用能約10%[1]。從地理位置上，我國的夏天比歐洲要熱很多，冬天要比歐洲寒冷得多，采用建筑遮陽的節能效果應比歐洲國家好。我國建筑業發展迅速，至2009年，我國已有房屋建筑面積約400億㎡，但其中大部分為高能耗建筑[2]。隨著城鎮化進程加快，2011年至2016年新建房屋竣工面積已增加257.02億㎡，其中住宅房屋竣工面積約占約70﹪[3]。我國建筑節能工作雖然快速推進，但大部分地區在建筑設計、節能改造中，沒有把遮陽作為建筑節能的一個重要部分進行實施，導致建筑節能達不到要求。文章結合合肥地區具體情況探討采取適宜的遮陽技術以推動本地區建筑節能深入發展。

1 建筑遮陽的作用

建筑遮陽主要作用是減少太陽對建筑物的紫外線、眩光和熱量輻射，阻止太陽產生的熱空氣與建筑物的對流和傳導。

建筑遮陽有內外遮陽，外遮陽與內遮陽相比，外遮陽能更好的改善室內熱環境和光環境，可將60%-80%的太陽輻射直接反射出去或吸收，使輻射熱散發在室外[4]，節能效果明顯。使用內遮陽時，其遮陽裝置反射部分陽光，吸收透過部分陽光，雖然吸收的太陽能留在室內，熱量容易從遮陽裝置的四周向室內擴散，但可改善室內熱環境并具有一定的節能效果。建筑遮陽作為隔熱通風的重要手段，改善室內熱環境，實現建筑節能。

2 合肥地區的氣候特點[5][6][7]

合肥市位于北緯31。52'東經117。14'。屬于典型的亞熱帶濕潤季風氣候，春季溫度多變，秋高氣爽，雨量適中，梅雨顯著，夏雨比較集中，降雨量近1000mm。冬季日照率36.0%，全年日照數為2100多個小時。2011年以來，合肥地區夏季最熱月七月份月平均最高氣溫高達34℃，月最高氣溫達39℃，日均最高氣溫32℃；冬季最冷月1月份月平均最低氣溫低達-3℃，月最低氣溫達-9℃，日均最低溫度-1℃。夏季（6月～8月）月平均最高氣溫在27℃～34℃之間，在13∶00～15∶00，室外氣溫有時高達38℃以上，室內空氣溫度有時達到35℃以上，只有采用空調設備制冷以維持室內舒適狀態。冬季（12月，來年1、2月）室外月平均最低氣溫在0℃～-3℃之間，室內溫度較低，采用供暖設備維持室內的熱環境。

3 建筑遮陽基本形式綜述

外遮陽基本形式，按安裝方法劃分為固定式外遮陽、活動式外遮陽、一體化外遮陽、綠化遮陽及建筑自遮陽。

①固定式外遮陽安裝形式有：水平式外遮陽、垂直式外遮陽、綜合式外遮陽和擋板式外遮陽。其材料主要有鋼筋混凝土、PVC、織物和鋁合金等。遮陽板形狀有整板式、柵式和百葉式等。固定遮陽投資小，維護成本低，設置適當會產生良好的遮陽節能效果。

②活動式外遮陽活動方式有旋轉式、卷起式、收放式、平移式、折疊式等。其操作方式一般為平動和電動控制操作。常見遮陽篷、遮陽百葉、遮陽軟卷簾和戶外天篷簾等。遮陽篷按伸展和收回方式不同分為以下結構：平推式曲臂、擺轉式曲臂、斜伸式曲臂和折疊。遮陽篷材料一般選用遮陽系數為0.3-1.0的防水厚帆布織物作為遮陽主體篷布，采用卷取方式使篷布卷覆在金屬卷管上。固定、活動外遮陽是目前建筑中兩種主要的遮陽方式。

③綠化遮陽是指利用植物遮擋作用進行的遮陽方式。按其種植位置不同分為屋頂綠化、外墻綠化和庭院綠化。覆被型屋頂綠化主要利用低矮灌木或草坪等地被植物進行綠化或覆蓋，也可選擇植物葉面較大的枝藤蔓稠密攀援類植物進行棚架綠化。外墻綠化是泛指用攀緣植物裝飾建筑物外墻的一種立體綠化方式，利用墻面栽植槽栽植植物攀爬或垂吊式墻面的綠化也是一種較好的綠化遮陽方式。

④建筑自遮陽是通過建筑自身體型凹凸形成陰影區，實現有效遮陽。將窗戶和人們的活動區有意的設置在建筑自身形成的陰影區里。此類遮陽效果大都是作為建筑造型設計的附屬結果。

⑤光電一體化建筑遮陽是將光伏發電與建筑遮陽結合起來，既接受太陽光熱生產電能，又通過遮陽回避陽光暴曬之害，一舉兩得。

4 合肥地區建筑遮陽現狀調查

本次合肥地區調查的區域：位于內環中心城區的廬陽區、南外環的包河區、西外環的蜀山區和北外環的新站區，具有一定的覆蓋面。調研對象分為八層以下的多層、十三層的小高層、二十層和三十層以上的高層，幾乎涵蓋了建筑的各種類型，具有一定的參考價值。調研對象選取建造時間90年代至今的7個小區及部分公共建筑。

20 世紀90年代建造的建筑物，在設計時幾乎沒有采用遮陽構件，住宅樓由于陽臺懸挑樓外，僅有陽臺的外門窗利用上層固定的陽臺板充當遮陽構件，其他外窗由用戶自行安裝的臨時遮陽設施，如外遮陽篷、內遮光簾。公共建筑則采用內遮光簾。2000年～2005年。一些具有超前意識的建設方已經開始在很少的多層住宅建筑上設置固定水平遮陽板來提升住宅品質。2006年～2010年隨著建筑節能的推進，定位高端的多層住宅設計已結合外窗頂部鋼筋混凝土空調機座形成固定水平遮陽板對外窗進行外遮陽，以改善室內舒適度,此時已有少數公共建筑采用固定水平外遮陽板的方式改善室內熱環境。

2010 年至今，建造的部分多層住宅建筑主要利用固定水平、垂直外遮陽板或綜合外遮陽進行遮陽；少數高層建筑利用立面造型設計的垂直混凝土板充當垂直外遮陽設施；建筑密度的增大也導致建筑物之間產生相互遮陽。住宅內遮陽，只有少部分使用遮陽簾，大部分采用低成本的普通遮光簾。公共建筑少部分設置水平外遮陽板，大部分內設遮陽簾。2010年后隨著高層建筑的興起，陽臺設計基本采用凹式，陽臺外門利用建筑自遮陽進行遮陽。

合肥地區現有的部分建筑物特別是住宅建筑遮陽，尚不能滿足夏、冬季的建筑節能要求。

5 合肥地區建筑遮陽節能措施

5.1 采用夏冬季節兼顧的中空玻璃外門窗

根據文獻[8]外門窗對建筑節能貢獻最大，其玻璃熱工性能是關鍵。從全年能耗角度出發，合肥處于夏熱冬冷地區，空調制冷能耗高，采暖能耗不容忽視。外門窗的玻璃選擇既要降低玻璃的遮陽系數，又要適當提高玻璃傳熱系數。影響外門窗玻璃遮陽系數的主要因素是玻璃的鍍膜類型及膜層所處位置。

合肥市甲類公共建筑圍護結構熱工性能限值中對東、南、西向單一立面外門窗夏季太陽得熱系數（SHGC）進行規定[6]：0.50＜窗墻面積比≤0.60時SHGC≤0.35。在居住建筑7層及以上主動、被動建筑圍護結構各部分傳熱系數限值表中對東、西向（南向）外門窗夏季綜合遮陽系數（SCW）進行規定[9]：0.35＜窗墻面積比≤0.40時SCW≤0.40（0.45），同時又要求有較高的可見光透射比。為盡可能得到低的遮陽系數值的同時滿足可見光透射比的要求，應選用Low-E膜。同時Low-E膜放置在室外側，Low-E膜光譜需要在780nm附近保持一定的太陽光透射比，室內側放置白片玻璃。合肥地區選擇外門窗玻璃應為中空遮陽型（外）6mmLow-E+12A+6mm白片（內），其玻璃遮陽系數為0.41，可見光玻璃透射比為0.50[10]；當外門窗框料采用鋁合金且無建筑外遮陽時，外門窗遮陽、得熱與透射均能滿足要求，同時工程造價適中利于推廣。

5.2 內置百葉中空玻璃適合在高層建筑外門窗應用

內置遮陽中空玻璃窗是在中空玻璃中間層內安裝遮陽裝置，遮陽裝置有手動和電動操作兩種。內置可調遮陽的主體為金屬百葉和織物面料。

內置百葉中空玻璃外門窗能兼顧其夏季遮陽隔熱冬季保溫等諸多性能。在夏季，將百葉片伸展并調整到關閉狀態或百葉片調整到垂直陽光的角度時，可以遮擋陽光的直射，阻隔熱空氣的輻射，加之中空玻璃空氣間層的隔熱性能，可大幅度降低室內太陽得熱，減少空調的制冷能耗；在冬季，將百葉收回或將百葉片調整到平行陽光的角度時，可使陽光直接照射，室內溫度有所提高；在冬季夜晚或當遇到天氣濕冷時，利用中空玻璃的保溫性能，可大幅度降低室內熱量的損失。由于其采用硅膠密封，與其它遮陽相比在抗風壓、抗沖擊、氣密性等均體現出明顯優點。

內置遮陽中空玻璃外門窗節能效果較好，在夏季當遮陽簾關閉，可遮擋太陽輻射60%以上，遮陽系數可調節到＜0.25；在冬季遮陽簾開啟，其遮陽系數最大值可達到玻璃的遮陽系數[1](P146)。遮陽簾開啟關閉控制方式有手動/遙控器控制、傳感器自動控制和智能自動控制。

外門窗采用內置遮陽中空玻璃的做法較適合合肥地區高層建筑節能項目改造及新建項目建設。為降低建造成本，東、南、西向外門窗采用內置百葉中空玻璃，北向外門窗采用常規中空白玻璃。其遮陽簾控制方式：住宅建筑采用手動控制，公共建筑以遙控器控制為主傳感器自動控制為輔。

5.3 提倡采用高反射率活動內遮陽設施

外窗戶內側設置帶軌道軟布窗簾的活動內遮陽方式在合肥地區住宅建筑中應用普遍，公共建筑活動內遮陽形式以百葉卷簾為主。在《綠色建筑評價標準》（GBT50378-2014）規定8.2.8“采取可調節遮陽措施，降低夏季太陽輻射熱得熱評價總分值……”，該條文解釋中強調：“可調節遮陽設施包括活動外遮陽設施，固定外遮陽加內部高反射率可調節遮陽等措施……”。該條標準是2006年以來國家標準中首次肯定了活動內遮陽的作用。合肥地區外窗活動內遮陽主體材料應采用具有較高反射率的遮陽織物布簾、鋁合金百葉。住宅外窗內遮陽織物首選斜紋面料，淺色面朝向室外可更好的反射熱量，深色面朝向室內避免眩光更佳。

5.4 架空屋頂是降低頂層室內得熱的有效途徑

架空屋頂是在屋頂上設置一個實的屋頂或虛的格柵，形成架空層。其不僅起遮陽和導風作用，對于上人屋面還可提供屋面活動空間。架空屋頂能有效地遮擋太陽輻射，改善頂層房間室內熱環境。合肥地區2010年前建造的住宅及公共建筑形式以多層平屋頂為主，屋頂保溫隔熱方式一般采取單層架空混凝土隔熱板、鋪設顆粒狀保溫材料、鋁箔層等，屋頂保溫隔熱性能達不到要求。在平屋頂上架設坡屋面，形成坡屋頂，用保溫隔熱板材滿鋪，同時坡屋頂設置可以啟閉百葉進、排風口，夏季打開通風口，利用空氣的流動帶走平屋頂與坡屋頂之間的熱量；冬季關閉通風口，以利保溫。采取增加設有通風坡屋頂的方式能有效減少頂層用戶室內得熱，同時美化城市。也可以采用低成本的屋頂遮陽格片，根據太陽在冬、夏季節的運動軌跡置于不同的角度進行遮陽，減少屋面的太陽輻射得熱，也能提高室內熱舒適性。

5.5 因地制宜采用綠化遮陽隔熱技術

建筑立體綠化是一種新型遮陽隔熱技術的應用，采取適宜的技術手段，對建筑進行綠化隔熱處理。炎熱的夏季，充分利用綠化植物的反射遮陽、被動蒸發等方式改善室內熱環境。外側墻面無綠化遮陽時墻面的最高溫度比有綠化遮陽區域的墻面高出1.7oC[11]；綠化屋頂內表面熱流的峰谷變化較普遍架空屋頂的滯后4～5h，且綠化屋頂的冷卻率可達76%[12]。綠化遮陽降溫隔熱效果明顯。

合肥地區既有多層建筑、小高層建筑的建筑面積占整個城市建筑總面積較大比重，選擇墻面、屋頂綠化遮陽能有效降低建筑能耗。外墻綠化宜采用落葉植物，普遍的方式是沿墻角四周種植爬山虎、長春藤、金銀花等攀爬類植物，利用墻面栽植槽栽植物的有軟枝黃蟬、紅皺藤、炮仗紅等攀爬垂吊類植物。對于屋面自身具有較好的隔熱性能，不再進行屋面植被；對于既有建筑屋面保溫隔熱性能較差且有護欄的屋面進行粗放型屋頂綠化，由于屋面承受荷載低，導致土層薄保水保溫差，選擇耐旱、抗寒性強的地被類植被，如佛甲草、垂盆草、大花馬齒莧、畫眉草、長春藤等植物。上人屋面宜建成花園式種植屋面，宜選擇植物葉面大、枝葉藤蔓稠密的攀援類植物如葡萄、絲瓜、牽牛花、長春藤等。

已建的高層建筑屋面是否適宜綠化遮陽須在不影響建筑結構穩定與安全性能的前提下進行，所選擇的植被生長不能對建筑物圍護結構產生影響，綠化灌溉設施所處的位置應當具有較高的可達性。傾斜、沒有護欄的屋頂因危險性較高不適用于高空綠化遮陽。

5.6 重視建筑立面與建筑構件遮陽一體化設計

建筑構件遮陽一般是固定裝置，不能調節。結合合肥地區實際情況進行建筑立面與建筑構件遮陽一體化設計，設計良好的固定遮陽設施。

5 .6 .1 陽臺自遮陽

根據合肥地區特定的地理位置，充分利用陽臺自遮陽的方式。

①由于凸陽臺只有上部蓋頂具有遮陽效果，缺乏側向遮陽板遮擋，對于東向和南向的陽臺采用凸陽臺遮陽方式。

②由于凹陽臺的側墻能有效地阻擋斜向日曬，對于西向的陽臺采用凹陽臺遮陽方式。此方式也能阻擋風雨對外墻的侵蝕，但阻礙室內采光。

③由于半凸半凹陽臺的遮陽方式綜合凸、凹陽臺遮陽方式的特點，適用于建筑朝向非東西、南北向的建筑陽臺遮陽。

5 .6 .2 水平構件、垂直構件遮陽

結合建筑立面及造型，與窗過梁設置連在一起的永久性鋼筋混凝土水平遮陽構件能有效地遮擋夏季日光而不遮擋冬季日光進入室內。合肥地區南向外窗及南向外墻宜采用水平遮陽板。由于東北、西北向陽光高度角較小，多從外門窗側面斜射，宜采用垂直遮陽方式。遮陽板面有三種處理措施，第一種是全部做成百葉；第二種是部分做成百葉；第三種是部分做成百葉（靠門窗）并在前面加上吸熱玻璃擋板，該形式對隔熱、通風、采光及防雨均較為有效。為減少遮陽構件對太陽輻射熱的吸收，遮陽板外表面應采用有光澤的淺色，內表面應采用無光澤的暗色，以避免產生眩光。合肥地區居民夏季有開窗通風降溫的習慣，結合本地區夏季主導風向等氣候特點，合理設置遮陽構件以降低外遮陽對室內通風的不利影響，設計水平遮陽時在滿足采光的要求下，遮陽板外挑系數在0.5～0.7，以加大建筑物進風口的風壓，實現對建筑通風量的調節，達到自然通風降溫的作用。

5.7 外窗活動外遮陽是改善室內熱環境的有效手段

外窗采用活動式外遮陽百葉，總的建筑能耗下降了31.57%[13]，節能效果顯著。外窗活動外遮陽效果優于固定外遮陽的關鍵，是可以根據遮陽或引入陽光的需要調節空間位置和角度。無論智能控制還是手動，都必須長期調節靈活，操作方便，可維護且具有安全性。若喪失調節功能，其遮陽效果不及活動內遮陽。活動外遮陽通常在建筑建成后由使用者安裝，也有與建筑物建造同步安裝。合肥既有、改造和新建的多層公共建筑、多層住宅外窗可采用活動外遮陽的方式，如采用遮陽篷、室外遮陽百葉簾和遮陽軟卷簾。

5.8 光熱一體化建筑遮陽

光熱一體化建筑遮陽將太陽能熱水供應與建筑遮陽結合起來，既能接受太陽光熱取得太陽能產生熱水，又能通過集熱板遮陽減少夏季熱量進入室內。將太陽能集熱板安裝在朝南外窗上方或屋頂上，并有一定的傾斜角度，對建筑內部都能起到改善熱環境的作用。合肥地區近幾年建造的住宅建筑將太陽能集熱板布置在凹陽臺圍護板上，起到建筑遮陽和熱水供應的作用，此方法遮陽及太陽能利用效果明顯，值得大力推廣。

6 結束語

遮陽設施作為建筑物外圍護結構的一部分，不但能夠降低建筑能源的消耗提高室內熱舒適性，而且有助于建筑和人與自然環境的融入。隨著人們對遮陽設施認識的不斷提高，遮陽設施勢必在建筑節能中發揮其應有的作用，產生一定的經濟效應和社會效應。