張虎

（1.安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)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(fā)達國家和地區(qū)早已廣泛使用，根據(jù)歐洲遮陽組織于2005年12月發(fā)表的《歐盟25國遮陽系統(tǒng)節(jié)能及減排》研究報告，在歐洲采用遮陽可以節(jié)約空調(diào)用能約25%,節(jié)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(jié)能效果應(yīng)比歐洲國家好。我國建筑業(yè)發(fā)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(zhèn)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(jié)能工作雖然快速推進，但大部分地區(qū)在建筑設(shè)計、節(jié)能改造中，沒有把遮陽作為建筑節(jié)能的一個重要部分進行實施，導(dǎo)致建筑節(jié)能達不到要求。文章結(jié)合合肥地區(qū)具體情況探討采取適宜的遮陽技術(shù)以推動本地區(qū)建筑節(jié)能深入發(fā)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(chǎn)生的熱空氣與建筑物的對流和傳導(dǎo)。

建筑遮陽有內(nèi)外遮陽，外遮陽與內(nèi)遮陽相比，外遮陽能更好的改善室內(nèi)熱環(huán)境和光環(huán)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(fā)在室外[4]，節(jié)能效果明顯。使用內(nèi)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(nèi)，熱量容易從遮陽裝置的四周向室內(nèi)擴散，但可改善室內(nèi)熱環(huán)境并具有一定的節(jié)能效果。建筑遮陽作為隔熱通風(fēng)的重要手段，改善室內(nèi)熱環(huán)境，實現(xiàn)建筑節(jié)能。

2 合肥地區(qū)的氣候特點[5][6][7]

合肥市位于北緯31。52'東經(jīng)117。14'。屬于典型的亞熱帶濕潤季風(fēng)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(shù)為2100多個小時。2011年以來，合肥地區(qū)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(nèi)空氣溫度有時達到35℃以上，只有采用空調(diào)設(shè)備制冷以維持室內(nèi)舒適狀態(tài)。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(nèi)溫度較低，采用供暖設(shè)備維持室內(nèi)的熱環(huán)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(shè)置適當會產(chǎn)生良好的遮陽節(jié)能效果。

②活動式外遮陽活動方式有旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)：平推式曲臂、擺轉(zhuǎn)式曲臂、斜伸式曲臂和折疊。遮陽篷材料一般選用遮陽系數(shù)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(qū)，實現(xiàn)有效遮陽。將窗戶和人們的活動區(qū)有意的設(shè)置在建筑自身形成的陰影區(qū)里。此類遮陽效果大都是作為建筑造型設(shè)計的附屬結(jié)果。

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

4 合肥地區(qū)建筑遮陽現(xiàn)狀調(diào)查

本次合肥地區(qū)調(diào)查的區(qū)域：位于內(nèi)環(huán)中心城區(qū)的廬陽區(qū)、南外環(huán)的包河區(qū)、西外環(huán)的蜀山區(qū)和北外環(huán)的新站區(qū)，具有一定的覆蓋面。調(diào)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(diào)研對象選取建造時間90年代至今的7個小區(qū)及部分公共建筑。

20 世紀90年代建造的建筑物，在設(shè)計時幾乎沒有采用遮陽構(gòu)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(gòu)件，其他外窗由用戶自行安裝的臨時遮陽設(shè)施，如外遮陽篷、內(nèi)遮光簾。公共建筑則采用內(nèi)遮光簾。2000年～2005年。一些具有超前意識的建設(shè)方已經(jīng)開始在很少的多層住宅建筑上設(shè)置固定水平遮陽板來提升住宅品質(zhì)。2006年～2010年隨著建筑節(jié)能的推進，定位高端的多層住宅設(shè)計已結(jié)合外窗頂部鋼筋混凝土空調(diào)機座形成固定水平遮陽板對外窗進行外遮陽，以改善室內(nèi)舒適度,此時已有少數(shù)公共建筑采用固定水平外遮陽板的方式改善室內(nèi)熱環(huán)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(shù)高層建筑利用立面造型設(shè)計的垂直混凝土板充當垂直外遮陽設(shè)施；建筑密度的增大也導(dǎo)致建筑物之間產(chǎn)生相互遮陽。住宅內(nèi)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(shè)置水平外遮陽板，大部分內(nèi)設(shè)遮陽簾。2010年后隨著高層建筑的興起，陽臺設(shè)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(qū)現(xiàn)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(jié)能要求。

5 合肥地區(qū)建筑遮陽節(jié)能措施

5.1 采用夏冬季節(jié)兼顧的中空玻璃外門窗

根據(jù)文獻[8]外門窗對建筑節(jié)能貢獻最大，其玻璃熱工性能是關(guān)鍵。從全年能耗角度出發(fā)，合肥處于夏熱冬冷地區(qū)，空調(diào)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(shù)，又要適當提高玻璃傳熱系數(shù)。影響外門窗玻璃遮陽系數(shù)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(jié)構(gòu)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(shù)（SHGC）進行規(guī)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(jié)構(gòu)各部分傳熱系數(shù)限值表中對東、西向（南向）外門窗夏季綜合遮陽系數(shù)（SCW）進行規(guī)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(shù)值的同時滿足可見光透射比的要求，應(yīng)選用Low-E膜。同時Low-E膜放置在室外側(cè)，Low-E膜光譜需要在780nm附近保持一定的太陽光透射比，室內(nèi)側(cè)放置白片玻璃。合肥地區(qū)選擇外門窗玻璃應(yīng)為中空遮陽型（外）6mmLow-E+12A+6mm白片（內(nèi)），其玻璃遮陽系數(shù)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(nèi)置百葉中空玻璃適合在高層建筑外門窗應(yīng)用

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

內(nèi)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(diào)整到關(guān)閉狀態(tài)或百葉片調(diào)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(nèi)太陽得熱，減少空調(diào)的制冷能耗；在冬季，將百葉收回或?qū)偃~片調(diào)整到平行陽光的角度時，可使陽光直接照射，室內(nèi)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(nèi)熱量的損失。由于其采用硅膠密封，與其它遮陽相比在抗風(fēng)壓、抗沖擊、氣密性等均體現(xiàn)出明顯優(yōu)點。

內(nèi)置遮陽中空玻璃外門窗節(jié)能效果較好，在夏季當遮陽簾關(guān)閉，可遮擋太陽輻射60%以上，遮陽系數(shù)可調(diào)節(jié)到＜0.25；在冬季遮陽簾開啟，其遮陽系數(shù)最大值可達到玻璃的遮陽系數(shù)[1](P146)。遮陽簾開啟關(guān)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(nèi)置遮陽中空玻璃的做法較適合合肥地區(qū)高層建筑節(jié)能項目改造及新建項目建設(shè)。為降低建造成本，東、南、西向外門窗采用內(nèi)置百葉中空玻璃，北向外門窗采用常規(guī)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(nèi)遮陽設(shè)施

外窗戶內(nèi)側(cè)設(shè)置帶軌道軟布窗簾的活動內(nèi)遮陽方式在合肥地區(qū)住宅建筑中應(yīng)用普遍，公共建筑活動內(nèi)遮陽形式以百葉卷簾為主。在《綠色建筑評價標準》（GBT50378-2014）規(guī)定8.2.8“采取可調(diào)節(jié)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(diào)：“可調(diào)節(jié)遮陽設(shè)施包括活動外遮陽設(shè)施，固定外遮陽加內(nèi)部高反射率可調(diào)節(jié)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(nèi)遮陽的作用。合肥地區(qū)外窗活動內(nèi)遮陽主體材料應(yīng)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(nèi)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(nèi)避免眩光更佳。

5.4 架空屋頂是降低頂層室內(nèi)得熱的有效途徑

架空屋頂是在屋頂上設(shè)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(dǎo)風(fēng)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(nèi)熱環(huán)境。合肥地區(qū)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(shè)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(shè)坡屋面，形成坡屋頂，用保溫隔熱板材滿鋪，同時坡屋頂設(shè)置可以啟閉百葉進、排風(fēng)口，夏季打開通風(fēng)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(guān)閉通風(fēng)口，以利保溫。采取增加設(shè)有通風(fēng)坡屋頂?shù)姆绞侥苡行p少頂層用戶室內(nèi)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(jù)太陽在冬、夏季節(jié)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(nèi)熱舒適性。

5.5 因地制宜采用綠化遮陽隔熱技術(shù)

建筑立體綠化是一種新型遮陽隔熱技術(shù)的應(yīng)用，采取適宜的技術(shù)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(fā)等方式改善室內(nèi)熱環(huán)境。外側(cè)墻面無綠化遮陽時墻面的最高溫度比有綠化遮陽區(qū)域的墻面高出1.7oC[11]；綠化屋頂內(nèi)表面熱流的峰谷變化較普遍架空屋頂?shù)臏?～5h，且綠化屋頂?shù)睦鋮s率可達76%[12]。綠化遮陽降溫隔熱效果明顯。

合肥地區(qū)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(dǎo)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?；?、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(jié)構(gòu)穩(wěn)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(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，綠化灌溉設(shè)施所處的位置應(yīng)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(gòu)件遮陽一體化設(shè)計

建筑構(gòu)件遮陽一般是固定裝置，不能調(diào)節(jié)。結(jié)合合肥地區(qū)實際情況進行建筑立面與建筑構(gòu)件遮陽一體化設(shè)計，設(shè)計良好的固定遮陽設(shè)施。

5 .6 .1 陽臺自遮陽

根據(jù)合肥地區(qū)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(cè)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(cè)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(fēng)雨對外墻的侵蝕，但阻礙室內(nèi)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(gòu)件、垂直構(gòu)件遮陽

結(jié)合建筑立面及造型，與窗過梁設(shè)置連在一起的永久性鋼筋混凝土水平遮陽構(gòu)件能有效地遮擋夏季日光而不遮擋冬季日光進入室內(nèi)。合肥地區(qū)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(cè)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(fēng)、采光及防雨均較為有效。為減少遮陽構(gòu)件對太陽輻射熱的吸收，遮陽板外表面應(yīng)采用有光澤的淺色，內(nèi)表面應(yīng)采用無光澤的暗色，以避免產(chǎn)生眩光。合肥地區(qū)居民夏季有開窗通風(fēng)降溫的習(xí)慣，結(jié)合本地區(qū)夏季主導(dǎo)風(fēng)向等氣候特點，合理設(shè)置遮陽構(gòu)件以降低外遮陽對室內(nèi)通風(fēng)的不利影響，設(shè)計水平遮陽時在滿足采光的要求下，遮陽板外挑系數(shù)在0.5～0.7，以加大建筑物進風(fēng)口的風(fēng)壓，實現(xiàn)對建筑通風(fēng)量的調(diào)節(jié)，達到自然通風(fēng)降溫的作用。

5.7 外窗活動外遮陽是改善室內(nèi)熱環(huán)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(jié)能效果顯著。外窗活動外遮陽效果優(yōu)于固定外遮陽的關(guān)鍵，是可以根據(jù)遮陽或引入陽光的需要調(diào)節(jié)空間位置和角度。無論智能控制還是手動，都必須長期調(diào)節(jié)靈活，操作方便，可維護且具有安全性。若喪失調(diào)節(jié)功能，其遮陽效果不及活動內(nèi)遮陽?；顒油庹陉柾ǔＴ诮ㄖǔ珊笥墒褂谜甙惭b，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(yīng)與建筑遮陽結(jié)合起來，既能接受太陽光熱取得太陽能產(chǎn)生熱水，又能通過集熱板遮陽減少夏季熱量進入室內(nèi)。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(nèi)部都能起到改善熱環(huán)境的作用。合肥地區(qū)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(yīng)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(jié)束語

遮陽設(shè)施作為建筑物外圍護結(jié)構(gòu)的一部分，不但能夠降低建筑能源的消耗提高室內(nèi)熱舒適性，而且有助于建筑和人與自然環(huán)境的融入。隨著人們對遮陽設(shè)施認識的不斷提高，遮陽設(shè)施勢必在建筑節(jié)能中發(fā)揮其應(yīng)有的作用，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效應(yīng)和社會效應(yīng)。