張 程

（合肥學院建筑工程系，安徽 合肥 230601）

安徽地區(qū)建筑遮陽設計分析

張 程

（合肥學院建筑工程系，安徽 合肥 230601）

建筑遮陽是建筑節(jié)能的重要方法之一，從安徽地區(qū)氣候特征和建筑遮陽存在的問題出發(fā)，通過調研分析總結出適合安徽地區(qū)的遮陽設計要求，并指出今后安徽建筑遮陽的發(fā)展趨勢，為遮陽設計提供參考。

安徽地區(qū) 建筑節(jié)能 建筑遮陽

0　引　言

隨著全球能源日益匱乏，能源消耗問題已經引起各國的極大重視，其中建筑能耗占有相當大的比例，如何降低建筑能耗就顯得尤為重要。建筑遮陽是建筑節(jié)能的重要措施，不僅可以遮擋直射陽光透過玻璃進入室內，防止光線過分照射和加熱建筑外圍護構建，從而營造舒適的室內熱環(huán)境，降低夏季空調耗能，而且能夠防止室內強烈的眩光，使室內照度均勻分布，提高使用者的視覺舒適度。

1　 安徽地區(qū)遮陽現(xiàn)狀和存在的問題分析

1.1安徽地區(qū)氣候環(huán)境特征

安徽地處中緯度地區(qū)，在東經114°54′～19°37′，北緯129°41′～34°38′之間，屬長江、淮河中下游，長江三角洲腹地，屬于暖溫帶與亞熱帶氣候過渡區(qū)。在淮河以北是暖溫帶半濕潤季風氣候，在淮河以南是亞熱帶濕潤季風氣候。在中國建筑氣候區(qū)劃圖中橫跨夏熱冬冷和寒冷兩個地區(qū)，南北氣候較大，地勢成南高北低的走向（如圖1）。全年平均氣溫為14～17 ℃，但夏冬季節(jié)溫差較大，1月份平均氣溫為-1～4℃，7月平均氣溫為28～29 ℃。針對安徽的氣候和地勢特征，劃分為江南（長江以南）、江淮（長江與淮河之間）、淮北（淮河以北）地區(qū)，這三個地區(qū)的典型氣候代表城市為黃山市、合肥市、亳州市，其主要氣象指標如表1所示。在建筑遮陽的具體設計上可以依據(jù)地區(qū)的不同進行相應的節(jié)能設計。

1.2有關節(jié)能設計標準對安徽地區(qū)建筑遮陽的規(guī)定

根據(jù)《民用建筑熱工設計規(guī)范》（GB50176-93）對于嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)和溫和地區(qū)的劃分，安徽省絕大部分處于夏熱冬冷地區(qū)，只有一小部分皖北地區(qū)屬于寒冷地區(qū)，其對劃分的依據(jù)與設計的要求如表2所示。在節(jié)能設計上，必須既要滿足夏季防熱，又要滿足冬季保溫的雙重要求。[1]

圖1　中國建筑氣候區(qū)劃圖（圖片來源：建筑氣候區(qū)劃標準GB50178－93）

表1　安徽地區(qū)3個代表城市氣象參數(shù)

《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189-2015）中第3.2.5中規(guī)定，夏熱冬冷地區(qū)建筑各朝向外窗（包括透光幕墻）均應采取遮陽措施；寒冷地區(qū)的建筑宜采取遮陽措施。當設置外遮陽應符合下列規(guī)定：東西向宜設置活動外遮陽，南向設置水平外遮陽；建筑外遮陽設施應兼顧通風和冬季日照。

表2　建筑熱工設計分區(qū)及設計要求

《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》（JGJ134-2010）中第4.0.7規(guī)定，東偏北30 °至東偏南60 °、西偏北30 °至西偏南60 °范圍內的外窗應當設置擋板式遮陽或可遮住窗戶正面的活動外遮陽，南向的外窗宜設水平遮陽或可遮住窗戶正面的活動外遮陽。

《安徽省公共建筑節(jié)能設計標準》（DB34/1467-2011）中第4.4.2中規(guī)定，公共建筑的東、南、西向外門窗（含透明幕墻）宜設外遮陽。需兼顧冬季日照取暖時，應當優(yōu)先采用活動遮陽，且滿足以下要求：東、西向的外門窗宜設擋板式遮陽或可遮住窗戶正面的活動遮陽；南向外門窗宜設水平遮陽或活動外遮陽；當單一開間的外門窗的窗墻面積比大于0.45時，應當設置建筑外遮陽；屋頂天窗（含中庭采光），應設外遮陽。

《安徽省居住建筑節(jié)能設計標準》（DB34/1466-2011）中第4.3.2規(guī)定，居住建筑東、南、西向外門窗宜設置外遮陽，且符合以下規(guī)定：東、西向的外門窗（東或西偏北30 °至偏東60 °范圍）宜設擋板式遮陽或者可遮住窗戶正面的活動外遮陽；南向外門窗宜設水平遮陽或活動外遮陽；當單一開間的外門窗的窗墻面積比大于0.45時，應當設置建筑外遮陽。

另外，在以上設計標準中都對外窗的綜合遮陽系數(shù)都做了明確的限制規(guī)定。但是現(xiàn)行的規(guī)范對遮陽的規(guī)定都過于籠統(tǒng)，“概念性”大于“修建性”，未如同建筑保溫那樣做了詳細的技術規(guī)定條款，也沒有納入建筑節(jié)能計算的強制指標內，使得在實際的遮陽設計上指導意義不大。

1.3安徽地區(qū)建筑遮陽存在的現(xiàn)狀與分析

早期的建筑主要以單層、多層為主，在建筑遮陽上利用屋頂挑檐、外走廊以及窗洞自身的厚度來自遮陽，如皖南現(xiàn)存的明清古民居，利用高深的天井挑檐來阻擋夏季直射的陽光進入內院。隨著現(xiàn)代建筑的興起，專為建筑遮陽的設計卻很少甚至很多建筑根本就沒有設置遮陽設施，即使部分有，也多為防雨、防水而設，遮陽并非其本意。

建筑造型缺乏整體考慮，藝術與技術結合度低。在方案設計上沒有把遮陽構件作為藝術造型的表現(xiàn)手法，缺乏整體性考慮，導致遮陽為建筑完工后的附加部分，為遮陽而遮陽，不能發(fā)揮其在建筑細部上的藝術表現(xiàn)力。另外在后期遮陽產品的安裝過程中給主體結構、外部空間的安全性帶來隱患。

對建筑遮陽的重視度不夠。無論是建筑師、政府規(guī)劃管理部門還是房地產開發(fā)商、業(yè)主都沒有把遮陽作為節(jié)能設計的重要措施加以重視，導致在新建的項目上，基本沒有考慮遮陽設計，有些遮陽雨篷的設置更多的是由于防雨的要求。正是由于經濟的發(fā)展，科技的進步，使得人們對室外的溫度敏感度降低，大量使用科技手段如室內空調等來調節(jié)氣溫，營造舒適的室內環(huán)境，從而漠視了遮陽的作用，而這恰恰是建筑高耗能的源頭之一。[3]

缺少與能源利用的結合，忽視太陽能的作用。對資源利用的意識薄弱，極少把太陽能的利用與建筑遮陽結合起來設計，遮陽僅僅為了遮陽，遮住的陽光又白白的流走了，未能有效的把遮陽部件作為太陽能的集熱器加以利用，進行太陽能一體化設計，如光伏遮陽百葉、光熱遮陽百葉等。

建筑遮陽構件對室內的通風、采光及視線產生不利影響。遮陽設施在遮擋陽光輻射的同時，也減低了室內的照度，尤其在陰雨天影響更大。不合理的遮陽方式阻礙空氣流動，阻擋室內自然通風的流向，另外還會在窗口位置遮擋視線。所以在遮陽設計時，要統(tǒng)籌兼顧，在保證遮陽效果的同時，能夠協(xié)調好與通風、采光和視線阻擋的矛盾。[4]

現(xiàn)有的遮陽材料單一，無構造節(jié)點設計。通過調研現(xiàn)有的安徽地區(qū)建筑遮陽使用的材料和構造節(jié)點設計多單調乏味，主要有混凝土遮陽板、雨篷遮陽、玻璃遮陽等，極小采用金屬百葉遮陽，走的是低技術路線，總體上缺少創(chuàng)新和多樣化，且不利于環(huán)境保護。而國外在材料使用上，多采用環(huán)保材料，結合建筑本身進行構造設計，遮陽效率高，與建筑造型和諧統(tǒng)一，成為建筑細部的表達方式，體現(xiàn)建筑的地域性、文化性。

2　建筑遮陽的分類及適用位置

建筑遮陽的分類方式眾多，各個學科和專業(yè)從不同的角度出發(fā)，有不同的分發(fā)，通常有以下幾種分法：

2.1以遮陽構件在建筑中所處的位置可分為：

內遮陽、中間遮陽、外遮陽內遮陽是指安裝在建筑物室內側的遮陽設施，既能夠減少透過門窗玻璃的太陽輻射對室內的光、熱環(huán)境的直接影響，提高建筑使用舒適度，又能隔斷室內外視線，保障室內空間的私密性，另外還能起到裝飾和美化環(huán)境的作用。

中間遮陽是位于兩層透明玻璃之間的遮陽設施，可以吸收和遮擋太能輻射。

外遮陽是安裝在建筑物室外側的遮陽設施，也是遮陽效果最好的方式，據(jù)的研究成果，外遮陽裝置可以阻隔80%的太陽能輻射熱進入室內，同時還表明在使用同一種遮陽設施時，內遮陽轉變?yōu)橥庹陉柡髠魅胧覂鹊臒崃繉⒋蠓鶞p少，如圖2。[5]

2.2按照外遮陽的形式可分為：水平式、垂直式、綜合式、擋板式

水平式遮陽，可以有效遮擋太陽高度角較大的，從窗口上方投射過來的光線，適用于南向的外窗，是最常見的遮陽設施。

圖2　內、外遮陽設施對太陽輻射的影響（資料來源：建筑遮陽與節(jié)能[M]）

垂直式遮陽，能夠有效遮擋太陽高度角較小的，從窗口兩側投射過來的光線，適用于東北向、西北向的外窗。

綜合式遮陽，由水平式和垂直式遮陽組合而成，可以有效遮擋太陽高度角中等的，從窗口前方斜射過來的光線，遮擋效果較均勻，適用于東南向、西南向的外窗。

擋板式遮陽，能夠有效遮擋太陽高度角較小的，從窗口正向投射過來的光線，適用于東向、西向的外窗（圖3所示）。[6]

圖3　外遮陽的基本形式（資料來源：生態(tài)視角下的建筑遮陽系統(tǒng)初探[J]）

2.3按遮陽構件的可控性分為：固定遮陽、活動遮陽

固定遮陽是指固定在建筑物上，不可調節(jié)尺寸、形狀或者遮光狀態(tài)的設施，如常見的雨篷、混凝土遮陽板等，使用的靈活性受限，不能根據(jù)環(huán)境的改變而變化，會對采光、通風及視線有一定的影響，但其經濟投入低、維護方便，目前是使用量最大的一類建筑遮陽。在設計和施工時，應根據(jù)當?shù)貧夂驐l件和建筑使用功能的要求進行外形、尺寸、構造等正確設計，發(fā)揮其遮陽的最大作用。

活動遮陽是指固定在建筑物上，可以調節(jié)尺寸、形狀或者遮光狀態(tài)的設施，也稱為可調節(jié)式遮陽。與固定式遮陽相比，其遮陽的靈活性、針對性更好，在使用中可以根據(jù)氣候變化和對采光、通風及視線的要求自行調節(jié)，但日常維護較復雜，經濟成本投入也相對較高?；顒诱陉栆罁?jù)可調節(jié)的方式，又可分為手動、自動兩者形式。手動式是由人工調節(jié)遮陽狀態(tài)，而自動是以電動控制系統(tǒng)或自動控制系統(tǒng)根據(jù)氣候條件的變化而自行進行相應的調整。

另外還可以按遮陽的位置分為門窗（幕墻）遮陽、屋頂遮陽，外墻遮陽等，根據(jù)形態(tài)特征又可分為百葉式、卷簾式、網幕式、棚式等。

3　國內外建筑遮陽的典型案例分析與啟示

國內外對建筑遮陽的成功實踐的典型案例較多，下面選擇兩個做詳細分析，學習其設計的手法，為安徽地區(qū)建筑遮陽提供方法參考。

3.1深圳萬科中心大樓

深圳萬科中心大樓是由美國建筑師史蒂芬?霍爾（Steven Holl）設計，建筑為了獲得充足的日照陽光采用了大面積的玻璃，同時，為了避免在夏季室內產生過多的太陽輻射熱，以及在冬季引起的眩光，除了在設計上采用了低輻射、高透光的玻璃材質以外，還配備了創(chuàng)新式的，可自動調節(jié)的外遮陽系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能夠依據(jù)室內的照度、太陽高度角的大小，自行在0-90 °開啟范圍內調節(jié)水平遮陽板，得到較為理想的遮陽效果，并通過精確的孔隙率計算，使得在遮陽的同時不會對窗外的視線產生干擾，很好的解決了遮陽、采光、通風之間的矛盾。另外結合太陽能的利用，設計了太陽能熱水和光伏電系統(tǒng)。

圖4　 深圳萬科中心 （圖片來源：www.baidu.com）

3.2美國能源部大廈

美國能源部辦公大樓，是獲得LEED鉑金認證的零能耗建筑，其出色的遮陽設施功不可沒。在建筑的南立面上精心設計了高科技的遮陽產品，窗戶也由三段組成，最上端設置了經由電腦模擬計算而設計的多條“V”型截面的遮陽片，太陽光照射在這一精確設計的遮陽片上，可以反射到室內的天花板上，為房間內提供自然照明。窗戶的中部設計了倒“U”型遮陽罩，防止光線直射，產生眩光。窗戶的下端最為可開啟的窗扇，用于自然采光、通風（如圖3）。[7]

這種組合式外窗遮陽的設計，即防止了過多的太陽輻射進入室內，又可以保證室內的照度，并與建筑外立面造型一體化設計，體現(xiàn)了技術與藝術的完美結合。

圖3　美國能源部大樓外窗（圖片來源：www.telaijz.com）

4　安徽地區(qū)建筑遮陽發(fā)展的趨勢和方向

通過以上的調研和分析，筆者認為安徽地區(qū)建筑遮陽的發(fā)展趨勢應該加強對現(xiàn)有技術的改進，加強對國內外先進、成熟、高效的的遮陽設計的學習和借鑒，但其發(fā)展的原則應該符合經濟、生態(tài)、高效、美觀的原則。在低層、多層建筑中可使用可調節(jié)式的手動外遮陽設施，高層可考慮使用固定的金屬遮陽板、遮陽百葉等，并結合建筑立面的美觀性，與建筑一體化設計。另外在重點、大型的公共建筑中應考慮使用智能化可調節(jié)的遮陽設施，減少建筑能耗。

安徽地區(qū)建筑遮陽的發(fā)展方向可歸納為以下幾點：

4.1建筑遮陽的地域化

在設計建筑遮陽的同時要注意分析和利用當?shù)氐淖匀粭l件，選擇最適宜該地區(qū)的遮陽方式，體現(xiàn)建筑遮陽地域化的趨勢。地域化是建筑遮陽充分發(fā)揮其節(jié)能效果的有效途徑，在結合當?shù)刈匀粭l件的同時，需要更多的融入當?shù)氐膫鹘y(tǒng)和人文特征，利用現(xiàn)代化的技術使建筑遮陽設計體現(xiàn)文化性、民族性、地方性。遮陽不僅是建筑節(jié)能的一同途徑，更要表現(xiàn)出文化的傳承。

4.1.1建筑遮陽的地域化需要與地形、地貌以及氣候特征等相融合

自然環(huán)境中的地形、地貌和氣候特征是影響建筑遮陽地域化發(fā)展的基礎因素。安徽地形、地貌復雜多樣，山地、丘陵與平原南北相間排列，是一個多丘陵、山地的內陸省份，地勢為西南高，東北低，北連淮北平原，東迤江淮丘陵，西臥大別山脈，南枕皖南群峰。全省地處中緯度，是季風氣候最為明顯的區(qū)域之一，四季分明，日照充足。在遮陽的設計上需要因地制宜，區(qū)別對待各地區(qū)的地貌、氣候等特征，整合各地區(qū)自然環(huán)境要素進行遮陽設計。

4.1.2結合建筑遮陽的要求使用當?shù)氐牟牧虾拖嚓P先進技術

遮陽的材料選擇可以充分展示其地域特征，既能保持歷史中樸實的印跡，又能融合當代科技發(fā)展的成果，展現(xiàn)多元、開放的建筑風貌。以安徽當?shù)厥a的材料作為遮陽構件的主要材料，依據(jù)美學和力學結構的原理加以設計，同時大力扶持當?shù)仄髽I(yè)的遮陽產品研發(fā)和先進生產技術的引進力度，協(xié)調地區(qū)的經濟技術水平、資源、生態(tài)環(huán)境等需求，以易于操作的方法和較低的成本來造福一方百姓，把因材而制、因地制宜的原則來思考和研究建筑遮陽的發(fā)展思路。如由FOA建筑事務所設計的位于馬德里郊區(qū)的 Carabanchel區(qū)一個政府公租房項目，在建筑外圍安裝了一層用當?shù)厥a的竹子做的遮陽板，使竹子成為這一建筑的“主題”。

4.1.3在建筑風格和遮陽構件的形式上吸收當?shù)亟ㄖ幕删?/p>

“土生土長是所有真正藝術和文化的必要的領域?！苯ㄖ鳛槿祟愇幕瘋鬟f的重要載體，反映了一定社會的習俗和社會發(fā)展水平，傳達著當?shù)厝藗兊闹匾裥畔?。遮陽構件由于其位于建筑的外立面上，更應該注重結合地方的文化特征加以設計。如讓?努維爾設計的阿拉伯世界研究中心，利用建筑立面的“光圈”遮陽，設計漏窗與阿利伯圖案結合的表皮已經成為了其文化研究中心的標識。

4.2遮陽設施與建筑的一體化設計

所謂的一體化設計，指的是在建筑方案設計開始，即以整體的思維將遮陽設施作為建筑本身不可或缺的元素，用合理的構造和技術，使之有機結合。遮陽設施不再是建筑的附加部分，而是成為建筑藝術造型的表現(xiàn)形式。一體化設計中需要解決好當?shù)貧夂颦h(huán)境對建筑遮陽的影響因素，在開始階段就要運用適應環(huán)境的遮陽構件，另外還要求與建筑室內通風、采光以及保溫隔熱、安全性等共同設計，從而達到整體性的統(tǒng)一。將遮陽設計與建筑其他方面同時考慮，加以復合設計，構成整體，實現(xiàn)多功能的統(tǒng)一，是今后發(fā)展的必然趨勢。

4.3遮陽產品的智能化、人性化

用科技的手段智能化方控制和使用建筑遮陽，以達到遮陽產品的人性化，是現(xiàn)代智能建筑發(fā)展不可或缺的一部分。智能化的發(fā)展，加強了人與建筑的交流，重塑了建筑形象，賦予了建筑生命特征。建筑遮陽系統(tǒng)的智能化，是利用計算機的集成控制技術控制遮陽系統(tǒng)，根據(jù)不同時間、地點、太陽光線的照射方向和強度，智能化調整遮陽設施的角度，從而更好的體現(xiàn)出遮陽效果?，F(xiàn)在使用和發(fā)展的有時間電機控制系統(tǒng)和氣候電機控制系統(tǒng)。[8]

4.4遮陽方式的創(chuàng)新化

新技術、新材料的出現(xiàn)必然促使建筑遮陽方式向創(chuàng)新化方向發(fā)展，出現(xiàn)了很多具有獨特優(yōu)越性的新型遮陽系統(tǒng)。雖然目前還處于探索和研究的階段，沒有被廣泛的應用，但經過實踐檢驗后成功的新型遮陽產品將會逐漸被人們所接受，最后發(fā)展為必然的趨勢。

4.5遮陽產品的專業(yè)化、規(guī)范化

要提高遮陽設計的科學性、合理性以及舒適性，實現(xiàn)遮陽效果的高效性，必須走專業(yè)化設計的道路，各種類型的遮陽構件在尺寸、格式要統(tǒng)一標準，實現(xiàn)工廠批量定制生產，建立高效的規(guī)范化協(xié)同合作機制。當前國家已發(fā)布了《建筑遮陽工程技術規(guī)范》來保障整個行業(yè)向健康穩(wěn)健的方向發(fā)展。但目前的狀況是遮陽設計與產品脫節(jié)，建筑師未能跟蹤遮陽產品的始末，與生產商缺乏有效的溝通。

5　結論

建筑遮陽是建筑節(jié)能的重要手段，目前尚未引起足夠的重視，通過安徽地區(qū)建筑遮陽的現(xiàn)狀分析，指出其發(fā)展的方向應為設計一體化，產品專業(yè)化，風格地域化，使用智能化和遮陽方式創(chuàng)新化。

[1]李謨彬,郭德平.夏熱冬冷地區(qū)建筑遮陽設計優(yōu)化[J].建筑科學,2014,30(12):93-97.

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[3]何穎東,李念平,劉望保.長沙地區(qū)建筑遮陽現(xiàn)狀與分析[J].建筑節(jié)能,2014,42(3):60-62.

[4]黃海靜,王雅靜.復合化的建筑遮陽設計策略[J].華中建筑,2014(12):32-36．

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[10]李崢嶸,潘欣鈺,趙群.夏季遮陽對建筑制冷照明能耗的影響[J].同濟大學學報:自然科學版,2014,42(2):305-309.

[11]王嬌,李莉萍,劉啟春.建筑西立面外遮陽效果實測與分析[J].建筑技術,2014,45(11):1013-1014.

[12]宋德萱,朱丹,史潔,等.高密度城區(qū)建筑光伏遮陽設計應用研究[J].新建筑,2015(1):100-102.

[13]劉哲,傅秀章,岳文昆.長三角地區(qū)不同遮陽形式效果對比研究[J].新建筑,2014(4):128-131.

Analysis of Building Sunshade in Anhui Area

ZHANG Cheng
(Department of Architectural Engineering, Hefei University, Hefei 230601, China)

Building shading is one of the most important ways in designing an energy-saving building. By analyzing the climate features and existing problems in building shading in Anhui Province, the requirements of shading design for this area are summarized. Moreover, the trend of future development in building shading is also pointed out, providing a reference for the design of sun shading.

Anhui area; energy-saving building; building shading

TU226

A

2095-8382(2016)05-61-06

10.11921/j.issn.2095-8382.20160511

2016-01-05

安徽省高等學校自然科學研究重點項目（KJ2016A607）

張程（1979—），男，講師，碩士，主要研究方向為建筑設計及其理論、建筑節(jié)能設計。