探析建筑外遮陽對室內物理環境的影響

曹 穩，王 輝，馬雪童，馬 輝

（1.安徽科技學院建筑學院，安徽 蚌埠 233100；2.蚌埠市建筑設計研究院集團有限公司，安徽 蚌埠 233100）

0 引言

目前我國建筑行業仍處于發展階段[1]，在建筑發展的過程中，建筑全生命周期所產生的能耗對環境污染存在很大問題。因此，很多建筑學家對綠色建筑[2]開展里研究，為綠色環保做出貢獻。近些年來，近零能耗[3]建筑也是熱點之一。從天友零舍開始人們在追求建筑舒適的同時也更加得注重綠色建筑了。建筑遮陽也是綠色建筑中節能方式之一。

建筑外遮陽主要是利用物理原理進行隔熱，阻礙太陽輻射熱與光線進入室內。熱量的傳遞方式大致分為3大類，分別是熱輻射、熱對流與熱傳導[4]。通過改變不同外遮陽類型可以影響室內物理環境的變化，同時使室內環境達到最佳舒適度，減少被動能源的消耗[5]，達到節能減排的效果[6]。熱輻射是太陽輻射的主要能量傳遞形式，且大致分為三種波段：可見光、紅外線以及紫外線[7]，其中紫外線熱量占比最小僅有3%，其次為可見光熱量占比44%，紅外線則為53%。建筑材料的制造、建筑建造時的施工消耗與建筑物在使用全過程中的所有能耗，三者統稱為建筑能耗。建筑耗能的主要耗能部分是建筑在運作過程中消耗的能源，是我們在日常生活中的能源消耗，在此之中空調的能耗便占比一半，而空調提供的能源一半是通過門窗洞口進行流失，因此對建筑門窗洞口進行遮陽處理的意義十分巨大。建筑外遮陽設施通過遮擋陽光減少進入室內的熱量，不僅僅與建筑外遮陽的形式有關，還和遮陽設施的材料、施工地點等各種因素之間也存在著非常緊密的關聯。外窗綜合遮陽系數是指在太陽光照時段內，透進有遮陽窗的陽光輻照度，和透進沒有遮陽窗的陽光輻照度之間的比率。外窗綜合遮陽系數可作為各類遮陽裝置遮陽效果的重要衡量標準。遮陽系數越小，表明通過玻璃窗的太陽輻射能量愈小，防熱作用就越好[8]。由外窗遮陽對建筑能耗的影響模擬可知，當外遮陽系數由90%降低到30%時，該建筑主動能耗可以下降30%左右，大大提升了被動能耗的利用。由此可知，在夏季室內炎熱的主要因素是由于通過窗口的太陽輻射熱若造成，因此阻礙太陽輻射熱進入窗口也是降低室內溫度對室內溫度的改善起到很大作用（圖1），從而降低空調能耗實現綠色建筑。在夏熱地區，利用建筑外遮陽對降低建筑能耗，提高室內居住舒適性有顯著的效果。

圖1 外遮陽阻擋熱量方式

1 外遮陽類型

外遮陽可以阻礙外界太陽輻射與紫外線進入室內并一直保持室內較為舒適穩定的溫度。建筑外遮陽板的4種基本形式，外遮陽板是按其位置與造型以及遮陽效果來進行區分，可分為水平方向遮陽、垂直方向遮陽、綜合形式遮陽、擋板形式遮陽這4大類型（圖2），以及現代化的產物，即智能化外遮陽。

圖2 建筑外遮陽基本形式

1.1 建筑外遮陽常見類型

水平式遮陽。可以有效的抵擋高出照射出的陽光，從窗口上方向下照射的高度角較大的陽光類型。因此使得水平形式的外遮陽更適合南向遮陽以及海拔較低地區的北向遮陽，以便形成理想的陰影區域；垂直式遮陽。可以有效抵擋、高度角較小與側面光照，卻無法抵擋高度角較大以及日出與日落時的光照。故垂直式遮陽相對于水平式外遮陽更加適合包括東北以及西北方向的北向遮陽；綜合式遮陽（柵格式遮陽）。綜合式外遮陽是水平式外遮陽和垂直式外遮陽的綜合運用，它結合了兩種外遮陽方式的優點，可以有效抵擋角度較高或中以及從窗前斜射下的光照。因此綜合式遮陽主要應用于東南以及西南側窗口，但是由于構建密度較大，在一定程度上影響阻礙通風和視線；擋板式遮陽。可有效抵擋高度較小以及正射入窗口的光照。因此擋板式遮陽主要應用于東西向窗口，同綜合式外遮陽（柵格式外遮陽）一樣對室內的采光和通風有著一定的阻礙影響，且若擋板式外遮陽圍護構件離采光口過近時，構件吸熱會對室內環境產生一定的影響；智能化遮陽。是通過電子設備與外遮陽相結合達到可以人為操控來進行遮陽的類型。目前各大城市主要流行的便是遮陽百葉與電機相融合的類型。同樣光伏桿件與遮陽相組合的類型在我國存在，但由于技術不夠成熟尚未全面普及。盡管在標準[9-10]中建筑外遮陽設計已被列入，但并沒有對其實施強制性規定。

1.2 外遮陽的特點

固定式遮陽主要存在以下特點，夏季來臨之時，太陽處于較高位置在南向窗戶上增加水平遮陽可以很有的抵擋陽光的照射。由于早晨和下午太陽的高度角較小，所以東向及西向窗戶的遮陽有一定困難。最好的解決方法是盡可能地避免開設東向，尤其是西向的窗戶。活動遮陽裝置，盡管效果不錯，仍然會在一天的某些時段限制了視野。固定式遮陽方式簡單造型單一，施工方便有著構造簡單造價低維修少等特點。但在一些方面上也存在一些短板。活動式外遮陽相對于固定式可以更加靈活，而且可以應對天氣而做出相應地變化。活動式的外遮陽靈活在于，每年僅需進行兩次調節便可以滿足綠色節能的需求。活動式遮陽可以更加靈活高效的進行節能工作，在需要的時候可以自動或人為手動的開啟進行遮陽避暑工作，創造蔭涼的灰空間。當然在需要陽光的時候也可以自動或人為手動關閉進行采暖，以達到取暖保溫的效果。活動式建筑外遮陽由于它既可以調節角度，又能調節升降高度的特點，大多應用于住宅或寫字樓等類型的公共建筑。

2 外遮陽對室內物理環境的影響

當今對外遮陽的研究課題主要分為兩大類，分別是外遮陽對室內物理環境的影響及外遮陽對建筑外立面造型的影響。其中對建筑外立面的影響便是對建筑美觀的影響，同時隨著人們審美的提升，人們對建筑外形的要求也是增加，優秀的建筑外遮陽不僅在室內熱環境中能夠起的非凡效果，還有一部分便是建筑外遮陽的立面效果，通過外遮陽讓建筑變得更加美觀，為建筑外立面帶來創意與豐富的藝術效果。建筑外遮陽融入建筑之中，在功能齊全的情況下使得建筑更加美觀，更加藝術化。隨著人們審美的不斷變，建筑外遮陽的造型多變豐富以及容易塑形等方面因素也為其增加優勢。而外遮陽對室內物理環境的影響研究更加深入，也通過外遮陽對室內物理環境的影像進行綠色分析。在改變了外遮陽類型、材質等方面后對室內通風、采光、熱舒適也產生著影響。

2.1 建筑外遮陽影響采光

建筑外遮陽用于遮擋陽光從而使室內環境更加接近于人體所舒適的環境，但這種遮擋是不可控制的，而且建筑外遮陽與室內接受外界天然采光存在著一定的矛盾。建筑遮陽具有擋光的作用，可降低室內天然光度，這種方式在陰天會使室內潮濕陰冷，不利于人體環境。一般會使室內照度降低約50%~75%，外遮陽設施有可能對視線造成遮擋，尺寸越小的遮陽設施對視線產生的遮擋效應越大，但同時其遮陽效果越好，因此在設計時應綜合考慮遮陽與視線遮擋、存在的矛盾，需要根據不同地區需求設計不同外遮陽使得利益最大化。

活動式外遮陽在采光方面更加高效。在夏季可以這樣避暑，抵擋一定陽光進入室內，避免室內溫度太高，減少被動能源的消耗，從而使得室內環境更加舒適建筑更加節能；在冬季，可以通過主動收起或關閉活動式遮陽來避免對陽光照射的影響，使其可以直接照射進入室內，來保證室內被動采暖，達到減少內耗環保的目的。

2.2 外遮陽影響通風

通過安裝建筑外遮陽可以阻礙自然通風，同時不同類型的外遮陽可以改變風向使風向不同區域吹去也起著一定的引導性作用。通過對風的引導可以用于凈化室內空氣保存通風透氣，同時也可以做到阻礙空氣的進入使室內保存舒適感。在不同地區進行針對性設計安裝可以達到節能環保的效果。

建筑外維護結構遮陽會使外界對室內的室內通風速率降低20%~45%，在選用不恰當的活動式建筑遮陽設施或設置不當時，對正常的通風對流有阻礙作用，會大大降低自然通風效果，從而使外遮陽產生一些負面影響，甚至阻礙室外風進入室內，嚴重阻斷室內自然通風，使得室內空氣死循環。設置不當也會改變自然通風的流向。有時會使下層住戶所排出的廢氣導入室內，造成室內空氣品質惡化。

2.3 建筑外遮陽影響熱舒適

建筑外遮陽設施主要從物理方面影響著室內熱舒適，在炎熱的夏天和寒冷的冬天，傳統居民習慣為夏天遮陽與過渡季節自然通風，冬天采用被動式取暖，這種生活方式對于環境壓力會造成很大壓力，因此綠色建筑也成為行業主流。在炎熱的夏季，建筑外遮陽通過物理遮擋將部分太陽輻射阻擋在屋外，降低了屋內溫度使人們即使不開空調也可以十分涼爽，大大減少了被動能源的消耗。在春季和秋季這種過度季節，建筑外遮陽能通過控制調節進入室內的太陽輻射以及自然通風，從而可以使室內的熱舒適度能維持在較為合適的水平，可以減少空調的使用。這樣的建筑外遮陽可以算是有效的建筑外遮陽。在寒冷的冬季，建筑外遮陽可以通過主動或被動人為收放避免阻礙陽光進入室內，室內溫度升高，讓室溫更加接近人體舒適溫度，同樣減少被動能源消耗，達成節能減排目的。

3 結語

建筑外遮陽具有綠色環保、美化建筑等優點。合理安裝建筑外遮陽可以降低建筑能耗，并且提高舒適度讓人生活在自然中，生活得更加舒適更加愜意。在滿足使用者需求的前提下，為保證其在建筑物內更加高效、舒適，可以通過改變外遮陽類型、安裝位置等因素改變室內環境從而使其達到這種目的。建筑外遮陽既能夠滿足較低的能源消耗，又能夠在一定程度上提高室內的光環境舒適度以及對外窗通透程度，滿足使用者的需求，保證其能在舒適的環境下提高工作和學習的效率，從而增加空間本身的價值，并且防止建筑交付使用后會因不適宜而進行改造措施，這樣可以保證建筑長久且有效地被使用。

建筑外遮陽還存在一定的缺陷，如缺乏政府職能部門對遮陽設施安裝的指導措施，普通百姓由于缺乏對建筑物理知識的認識，所以導致安裝的遮陽設施達不到預期的效果。例如在他們建筑的北向窗戶上方安裝水平外遮陽，而實際夏季太陽照射到北向立面時，太陽高度角已經很低了，水平外遮陽已經失去了效果。建筑外遮陽材料與構造措施使用單一，造型呆板，缺乏層次感與尺寸感，破壞了建筑外立面的整體效果，大大降低了建筑的藝術性，很少有技術與藝術相結合的精品。希望這些問題在建筑外遮陽的未來發展中可以得到有效改善。