烏魯木齊地區住宅建筑遮陽設計策略研究

張婷婷 吳雨婷 古麗如克沙·卡地爾

新疆建設職業技術學院

1 引言

近年來，隨著我國城鎮化進程加快，每年新增建筑量持續增長。以2019年為例，我國新增竣工建筑面積約為26億平方米，其中新增住宅建筑占比約為67.36%。住宅建筑面積在我國建筑總面積中占比大、存量大且不斷增長，提高住宅建筑節能性顯得尤為必要。烏魯木齊地處嚴寒地區，冬季建筑外墻外保溫一直以來是烏魯木齊住宅最重要的節能措施。但實際上烏魯木齊夏季炎熱，日照輻射強、時間長，遮陽設施卻被忽視，造成夏季空調能耗增高，空調能耗大。目前，研究者針對夏季炎熱地區的遮陽設計策略已有研究。舒平，耿釔藝針對濕熱地區的辦公建筑研究了遮陽設計的策略，胡達明對夏熱冬暖地區的建筑遮陽設計策略及案例進行了分析，潘孝祥主要研究了重慶地區建筑遮陽設計策略研究，可見已有建筑遮陽設計研究地域均為夏熱冬冷地區和夏熱冬暖地區，缺乏對于烏魯木齊所處的冬季寒冷，但夏季炎熱地區關于遮陽設計的研究。當地少數居住建筑已采用了遮陽技術，由于缺少不同遮陽形式間的量化研究，無法確定遮陽對節能、舒適的貢獻，遮陽效果良莠不齊，極大程度的限制了遮陽的廣泛應用。

本文旨在通過對于住宅建筑遮陽形式的研究，提供適于烏魯木齊地區住宅建筑的遮陽方案。

2 烏魯木齊住宅建筑遮陽形式現狀調查

2.1 氣候條件

烏魯木齊市屬于中溫帶大陸干旱氣候，全年盛行北風和西北風，春夏季的風速最大，冬季風速最小，春秋兩季較短，冬夏兩季較長，晝夜溫差大。年平均降水量為194mm，最暖的七、八月平均氣溫為25.7℃，最冷的一月平均氣溫為-15.2℃。年平均日照時數為2645h，七、八月日照時數均在300小時以上，太陽年輻射量5139.8MJ/m2（見表1）。

表1 烏魯木齊太陽能氣象參數

2.2 住宅建筑現狀遮陽形式

目前烏魯木齊地區常見的建筑遮陽的形式，可分為2類：固定遮陽和活動遮陽。常見的固定外遮陽構件的形式有水平遮陽構件、垂直遮陽構件、綜合遮陽構件和擋板式遮陽構件。

常見的建筑活動外遮陽種類有：遮陽篷，活動百葉遮陽簾，卷簾遮陽，活動遮陽窗板（分為推拉式和平開式）（見圖1）。

圖1 外遮陽的形式

2.3 現狀問題及不足

在調研過程中發現，烏魯木齊地區建筑遮陽構件均設于建筑的西向及南向外窗，亦發現有拆除原有西向固定遮陽的情況發生，存在資源浪費的現象，由此筆者希望通過軟件模擬選出更適合烏魯木齊地區建筑的遮陽措施，為實際項目的設計及改造提供參考。因玻璃自遮陽成本較高，且需與其他遮陽構件配合使用；而內遮陽受外因影響較大，如材料及使用者習慣，故對以上兩種遮陽方式不予模擬計算，僅對外遮陽的2種類型進行模擬。

3 項目模擬方案

3.1 項目概況

住宅位于烏魯木齊市某住宅小區內，該小區南面及北面均為高度相似的多層住宅，東面為11層中高層住宅。該住宅為6層，層高2.8m，總高度17.7m，為單元式板式住宅樓。住宅南立面朝向為南偏東29°，夏季受太陽照射較強，因此需采取必要的遮陽措施。由于受到住宅建筑日照間距的限制，對建筑物的遮擋作用很小，周邊也沒有高大喬木對立面造成遮蔽。

3.2 整體遮陽策略分析

通過北京綠建采光分析DALI2018軟件模擬計算現狀住宅樓采光現狀，發現全陰天下南北向和東西向住宅的采光效果相似，作為主要采光面的南向和西向光照時長均達11小時以上。北立面及東立面，受太陽輻射較小，遮陽需求不明顯。故該建筑南立面及西立面作為設置遮陽的重點。通過筆者的統計分析可知，受太陽輻射最多的是每個戶型中的起居室，故對起居室設置不同類型外遮陽進行模擬分析，研究適合烏魯木齊住宅建筑使用的遮陽類型。

3.3 模擬實驗條件與過程

（1）固定外遮陽形式及構件尺寸模擬分析。下面通過模擬分析水平遮陽構件和垂直遮陽構件對采光系數的影響。根據《建筑采光設計標準》（GB50033—2013），烏魯木齊處于光氣候分區Ⅲ區，主要使用房間的采光系數標準值為2.00。水平遮陽構件分別采用0.50m和0.30m寬遮陽板進行模擬，其結果均低于規范要求；垂直遮陽構件分別采用0.75m、0.50m和0.30m寬遮陽板進行模擬，發現當遮陽板小于0.5m時可滿足規范中采光系數標準（見表2）。

表2 固定遮陽起居室采光系數值

結論：固定遮陽構件只能選用垂直遮陽板。

（2）活動遮陽形式及構件尺寸模擬分析。由于采光分析計算為全陰天下模擬，而烏魯木齊夏季降水少，晴天時長較長，為解決夏季長時間太陽熱輻射帶來的室內熱影響，可設置活動外遮陽。因活動百葉遮陽簾可根據用戶的需要自行調節，活動遮陽窗板只具有開啟和關閉兩種模式，此兩種遮陽方式均無實驗模擬價值，故本文僅對遮陽篷和遮陽卷簾進行實驗模擬。模擬采用Ecotect軟件晴天模式下，分別就遮陽篷寬度和遮陽卷簾自窗下口下降高度進行南向及西向窗模擬實驗。

（3）模擬過程。模型的窗戶大小及起居室內尺寸都是按照建筑的實際尺寸簡化后建立的模型，在原有建筑和氣候參數設定情況相同的情況下，分別調整遮陽篷的寬度和遮陽卷簾自窗上口下降的高度進行計算。

4 模擬實驗結果與分析

4.1 南向窗遮陽模擬

模擬結果：隨著遮陽篷寬度的增加，室內受到太陽熱輻射的范圍有所縮小；但隨著遮陽卷簾下降高度的增加，室內受太陽熱輻射范圍明顯減少。綜合看來，使用遮陽卷簾對于南向窗的遮陽效果更好。

4.2 西向窗遮陽模擬

模擬結果：隨著遮陽篷寬度和遮陽卷簾下降高度的增加，室內受到太陽熱輻射的范圍均有所縮小，兩種遮陽方式的遮陽效果差別不大，但遮陽卷簾的造價明顯高于遮陽篷。因此綜合看來，使用遮陽篷更適合西向窗的遮陽。

5 結論與展望

烏魯木齊住宅建筑遮陽形式，當采用固定遮陽時，由于受到采光系數標準值的限制，只能選用垂直遮陽板。考慮到垂直遮陽板對視野會有一定的限制，此遮陽方式不作為推薦遮陽形式。對于活動遮陽形式通過模擬實驗，南向窗推薦采用的遮陽形式為遮陽卷簾；西向窗推薦采用的遮陽形式為遮陽篷。用戶也可根據喜好選擇可調節百葉或活動遮陽窗扇作為遮陽構件使用。

除了文中提到的固定遮陽構件、活動遮陽構件及玻璃自遮陽外，綠化遮陽也應該是為建筑師所運用的遮陽方式。但由于建筑設計工作的產業化，綠化設計通常被歸于園林設計或環藝設計，沒有受到建筑師的重視。

綠化遮陽作為一種生態環保的遮陽形式，過去就一直被人們應用于單多層建筑，常見的如在建筑周邊種植喬木，以達到遮陽的效果；種植草坪灌木以達到改善微環境的作用；種植爬墻植物、搭設葡萄架等，以達到建筑外墻遮陽的效果。如今，隨著人們對于生態、綠色建筑的進一步的認知與追求，在越來越多的高層建筑中設計了綠化區域，進行灌木及喬木的種植，以達到綠化遮陽及改善微氣候的效果。