文/山東建筑大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院 王立祥

0 引言

隨著我國(guó)近幾年綜合國(guó)力的提升，生態(tài)及能源過(guò)度消耗問(wèn)題逐漸加重。全球的能源消耗持續(xù)上升，產(chǎn)生空氣污染，溫室氣體增多導(dǎo)致全球氣候變暖。我國(guó)在世界上一直是能源消耗大國(guó)之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，總能耗中建筑能耗約占1/3。雖然我國(guó)城市化水平不斷攀升，但建筑領(lǐng)域能源消耗加大的趨勢(shì)卻不可避免。針對(duì)該情況，近些年涌現(xiàn)的可持續(xù)發(fā)展理念、綠色建筑、新型節(jié)能技術(shù)引起人們的關(guān)注，并逐漸得到認(rèn)可。建筑遮陽(yáng)作為綠色建筑技術(shù)，對(duì)減少建筑能耗、維持室內(nèi)溫度、保持良好的自然通風(fēng)至關(guān)重要。在建筑設(shè)計(jì)中，建筑遮陽(yáng)技術(shù)得到越來(lái)越多的運(yùn)用，成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 建筑遮陽(yáng)技術(shù)

1.1 形式

建筑外遮陽(yáng)、內(nèi)遮陽(yáng)和中間遮陽(yáng)構(gòu)成了建筑的整體遮陽(yáng)系統(tǒng)。

建筑外遮陽(yáng)是指在玻璃等透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)外所安裝的遮擋設(shè)備，它能將門(mén)窗前的太陽(yáng)輻射抵擋在外面。在夏季，為保持室內(nèi)合適的溫度，需用遮陽(yáng)裝置抵擋太陽(yáng)輻射熱量；在冬季，該裝置能使室內(nèi)的熱環(huán)境保持平穩(wěn)，防止室內(nèi)的熱量損失。生活中應(yīng)用最多的建筑外遮陽(yáng)形式包括卷葉簾、百葉簾等，分為固定式和活動(dòng)式建筑外遮陽(yáng)。水平式、垂直式、綜合式、擋板式遮陽(yáng)構(gòu)成固定式外遮陽(yáng)系統(tǒng)。活動(dòng)式建筑外遮陽(yáng)在住宅和寫(xiě)字樓上應(yīng)用最多，既能調(diào)節(jié)升降高度，又可調(diào)節(jié)角度。在現(xiàn)實(shí)生活中，雖然建筑外遮陽(yáng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)用極少。

建筑內(nèi)遮陽(yáng)是指在透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部安裝遮陽(yáng)設(shè)備，從而對(duì)到達(dá)室內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱量進(jìn)行抵擋。該形式具有很多缺點(diǎn)，例如在玻璃與窗簾之間易產(chǎn)生熱島效應(yīng)，因熱量不斷擴(kuò)散，使室內(nèi)熱環(huán)境溫度不斷上升，導(dǎo)致遮陽(yáng)效果極大降低。

中間遮陽(yáng)的遮陽(yáng)效果顯著，有很多具體做法，如在中空玻璃內(nèi)部加Low-e涂層或設(shè)置百葉，也可在雙層玻璃幕墻中間加百葉簾等。

此外，還可采取靈活多樣的形式，如綠化遮陽(yáng)，該形式是在建筑屋頂或外墻上加綠化或在建筑周?chē)N植落葉類的喬木，在夏季可利用喬木的遮擋來(lái)降溫，冬季喬木葉子落光也不會(huì)影響采光。另外，還可在屋頂上形成屋頂花園或利用屋頂構(gòu)件實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)等。

1.2 意義

門(mén)窗的保溫隔熱性能一直都是建筑師們討論的話題之一?？照{(diào)通過(guò)制冷或采暖的形式為人們提供冷風(fēng)或熱風(fēng)，其中大約1/2的能量通過(guò)門(mén)窗流失。在綠色建筑中，若選擇合適的建筑遮陽(yáng)，既能提高建筑整體熱工性能，又能提升室內(nèi)的舒適度。在炎熱的夏季，建筑遮陽(yáng)可對(duì)太陽(yáng)輻射進(jìn)行抵擋，無(wú)需增加額外能量，而是在源頭解決問(wèn)題。建筑遮陽(yáng)作為被動(dòng)式措施，不僅降低對(duì)空調(diào)的依賴性，還可減少能耗，因此符合可持續(xù)發(fā)展要求。而在北方寒冷的冬季，建筑遮陽(yáng)能提高門(mén)窗等外圍護(hù)構(gòu)件的保溫性能，使室內(nèi)的溫度保持穩(wěn)定。此外，推廣建筑遮陽(yáng)一體化設(shè)計(jì)，除對(duì)城市整體環(huán)境進(jìn)行提升外，還可使建筑物保持多種風(fēng)格，為城市居民創(chuàng)造不同的視覺(jué)感受。

2 建筑遮陽(yáng)設(shè)計(jì)策略

2.1 建筑遮陽(yáng)設(shè)計(jì)方法及原則

我國(guó)各地對(duì)遮陽(yáng)需求不同，以北方為例，夏季需采取適當(dāng)?shù)拇胧┑謸鯊?qiáng)烈的太陽(yáng)輻射，冬季則需對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行最大程度的獲取來(lái)抵御寒冷。大多數(shù)情況下，需根據(jù)不同朝向的太陽(yáng)輻射特點(diǎn)進(jìn)行遮陽(yáng)設(shè)計(jì)。一般采取以下設(shè)計(jì)方法：①每個(gè)城市都有屬于自己的氣候數(shù)據(jù)，對(duì)所有的氣候數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，需著重關(guān)注具有遮陽(yáng)需求的月份；②按照房間的使用功能及建筑朝向選擇不同的遮陽(yáng)形式；③著重分析建筑各立面及各朝向特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)遮陽(yáng)構(gòu)件尺寸及高低進(jìn)行計(jì)算；④為判斷遮陽(yáng)前后的能耗值是否達(dá)到節(jié)能要求，需對(duì)遮陽(yáng)前后建筑全年的能耗進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)分析。

建筑遮陽(yáng)作為被動(dòng)式綠色節(jié)能技術(shù)，可與很多形式結(jié)合，例如與陽(yáng)臺(tái)和外廊等建筑構(gòu)件結(jié)合可更好地發(fā)揮遮陽(yáng)作用，也可根據(jù)建筑的造型與遮陽(yáng)構(gòu)件進(jìn)行結(jié)合等。隨著建筑遮陽(yáng)一體化設(shè)計(jì)的推廣，其應(yīng)用也需遵循一定的原則：①安全性原則 在綠色建筑中，建筑遮陽(yáng)構(gòu)件通常為附加式，為使其具有抵抗雪荷載、風(fēng)荷載的能力，遮陽(yáng)構(gòu)件需與建筑連接牢固；當(dāng)在高層建筑中安裝遮陽(yáng)構(gòu)件時(shí)，為防止其受周?chē)h(huán)境影響，還需重點(diǎn)關(guān)注感風(fēng)與感光的特性；②建筑美學(xué)原則 在對(duì)綠色建筑進(jìn)行遮陽(yáng)設(shè)計(jì)時(shí)，為使建筑外立面產(chǎn)生強(qiáng)烈的光影效果，讓建筑形態(tài)產(chǎn)生變化，遮陽(yáng)構(gòu)件需采用適當(dāng)?shù)牟牧希瑫r(shí)注重材料外表的美觀；③因地制宜原則 建筑遮陽(yáng)設(shè)計(jì)不是孤立的過(guò)程，需與當(dāng)?shù)氐慕ㄖL(fēng)格相匹配，如結(jié)合當(dāng)?shù)氐奈幕?；④適應(yīng)性原則 建筑的地理位置和使用人群等對(duì)遮陽(yáng)設(shè)計(jì)也會(huì)產(chǎn)生影響；⑤多功能化原則 在對(duì)建筑遮陽(yáng)形式進(jìn)行挑選時(shí)，探索最佳遮陽(yáng)形式即可。

2.2 建筑遮陽(yáng)材料的選用及對(duì)遮陽(yáng)裝置的調(diào)節(jié)

在綠色建筑設(shè)計(jì)中，建筑遮陽(yáng)構(gòu)件應(yīng)選用環(huán)保無(wú)污染的材料，同時(shí)，為防止遮陽(yáng)構(gòu)件大面積暴露于陽(yáng)光下導(dǎo)致自身受熱而產(chǎn)生二次輻射，應(yīng)選用低熱容材料，該材料吸熱后會(huì)降低蓄熱性。此外，還需著重考慮遮陽(yáng)構(gòu)件的安全性能，產(chǎn)品的長(zhǎng)寬高及遮陽(yáng)材料表面色彩的選擇，表面是否清潔等。對(duì)于北方地區(qū)，應(yīng)倡導(dǎo)使用活動(dòng)式遮陽(yáng)構(gòu)件，因其能根據(jù)使用者自身需求隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，不會(huì)受外界環(huán)境因素限制，具有靈活性。在冬季、夏季及過(guò)渡季節(jié)內(nèi)，還可通過(guò)調(diào)節(jié)遮陽(yáng)板面控制室內(nèi)的采光量及溫度等。同時(shí)，在對(duì)建筑遮陽(yáng)形式進(jìn)行合理選擇時(shí)，也可結(jié)合建筑本身的特點(diǎn)。白天房間有人時(shí)需考慮采光對(duì)使用者的影響；當(dāng)房間內(nèi)無(wú)人時(shí)，可完全關(guān)閉遮陽(yáng)板面使房間內(nèi)的熱量下降。遮陽(yáng)效果在不同朝向的建筑中也有很大不同，例如通常情況下，下午西曬問(wèn)題較嚴(yán)重，建筑與周?chē)沫h(huán)境氣溫均較高，因東向與西向窗戶的傳熱系數(shù)相同，兩者多出來(lái)的熱量所形成的熱輻射感受更強(qiáng)烈。由此可得，建筑使用者在需求的迫切度方面，西向遮陽(yáng)需求更高。

2.3 建筑遮陽(yáng)與主體建筑間的整合

建筑遮陽(yáng)在綠色建筑中應(yīng)用廣泛，與主體建筑間的整合有多種方式，包括點(diǎn)、線、面、體及色彩。當(dāng)建筑遮陽(yáng)作為點(diǎn)元素時(shí)，因點(diǎn)本身具有無(wú)連續(xù)性、延展性的特點(diǎn)，故可對(duì)建筑遮陽(yáng)的形式功能進(jìn)行調(diào)節(jié)及重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)。當(dāng)沿線進(jìn)行排列時(shí)，點(diǎn)狀遮陽(yáng)會(huì)形成韻律感和方向感，且點(diǎn)元素主要與物體之間的比例大小有關(guān)。

當(dāng)今，多種遮陽(yáng)形式易形成點(diǎn)元素，如生活中最常見(jiàn)的擋板式、綜合式遮陽(yáng)，以及現(xiàn)代越來(lái)越受歡迎的植物遮陽(yáng)等。當(dāng)建筑遮陽(yáng)作為線元素時(shí)，可在豎直及水平兩個(gè)方向上體現(xiàn)，一般情況下，豎直方向上的線元素可體現(xiàn)出高聳威武、挺拔的氣勢(shì)，而水平方向上的線元素可體現(xiàn)出安靜舒坦、平穩(wěn)的感覺(jué)。例如西班牙圣特蕾莎養(yǎng)老院在外立面設(shè)計(jì)中采用線性元素，為使垂直線性遮陽(yáng)構(gòu)件協(xié)調(diào)，建筑師設(shè)計(jì)了獨(dú)立的個(gè)體，不在多余的體量上做過(guò)多處理。

綠色建筑遮陽(yáng)中面元素的應(yīng)用也極為廣泛，如山東建筑大學(xué)辦公樓外立面采用的防曬墻（見(jiàn)圖1）。在生活中也有采用垂直綠化遮陽(yáng)的形式，南方建筑喜歡用格柵構(gòu)件形成韻律感。鑒于面元素主要由長(zhǎng)寬來(lái)控制比例，具有極大靈活性，可應(yīng)用于任何建筑的外立面。在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，當(dāng)遮陽(yáng)采用體元素時(shí)，為達(dá)到遮陽(yáng)效果，需重點(diǎn)考慮建筑造型，同時(shí)體元素應(yīng)用最多的是建筑自遮陽(yáng)的形式。當(dāng)建筑遮陽(yáng)與建筑色彩進(jìn)行整合設(shè)計(jì)時(shí)，能產(chǎn)生意想不到的效果，因色彩本身可引發(fā)人們產(chǎn)生不同的感知，故在綠色建筑設(shè)計(jì)中，將色彩運(yùn)用好可使建筑遮陽(yáng)與周?chē)淖匀画h(huán)境更快速地融合為一體。在垂直綠化遮陽(yáng)中，不同植物的色澤與各種鍍金屬混合，可使建筑外立面看起來(lái)更豐富多彩。

圖1 山東建筑大學(xué)辦公樓外立面

3 建筑遮陽(yáng)裝置的遮陽(yáng)和采光效果

3.1 計(jì)算方法

在綠色建筑中，對(duì)各類建筑遮陽(yáng)裝置的遮陽(yáng)和采光效果進(jìn)行檢驗(yàn)需通過(guò)建筑遮陽(yáng)模擬軟件進(jìn)行計(jì)算，得到數(shù)據(jù)后進(jìn)行判斷再取舍。在計(jì)算采光和遮陽(yáng)效果時(shí)，遮陽(yáng)系數(shù)不可或缺。遮陽(yáng)系數(shù)是指遮陽(yáng)裝置的太陽(yáng)能總透射比和無(wú)遮陽(yáng)情況下太陽(yáng)能總透射比之間的比值。在綠色建筑遮陽(yáng)裝置中，有3類方法可對(duì)遮陽(yáng)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，在對(duì)建筑遮陽(yáng)裝置建筑節(jié)能的計(jì)算上，使用最多的方法有能耗計(jì)算法和輻射累計(jì)法。前一種方法中，采暖能耗與冬季遮陽(yáng)系數(shù)相對(duì)應(yīng)，而制冷能耗與夏季遮陽(yáng)系數(shù)相對(duì)應(yīng)；后一種方法是對(duì)太陽(yáng)的入射進(jìn)行輻射運(yùn)算，在完整的一年中，通過(guò)對(duì)窗戶太陽(yáng)輻射照度進(jìn)行連續(xù)的累計(jì)運(yùn)算，使無(wú)遮陽(yáng)裝置和有遮陽(yáng)裝置這兩者的太陽(yáng)輻射照射總量不斷地進(jìn)行相互比較，從而最終計(jì)算出整年的遮陽(yáng)系數(shù)。每當(dāng)計(jì)算空調(diào)的負(fù)荷時(shí)，必須提供太陽(yáng)的高度角和方位角，使每個(gè)時(shí)刻的遮陽(yáng)系數(shù)、太陽(yáng)輻射照度均被準(zhǔn)確無(wú)誤地計(jì)算。在與窗戶平行的遮陽(yáng)裝置中，有百葉簾、織物簾等，百葉簾計(jì)算可通過(guò)二維模型，而織物簾計(jì)算則需通過(guò)反射比和透射比得出遮陽(yáng)性能。此外，在對(duì)采光效果進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算時(shí)，假如遮陽(yáng)裝置、門(mén)窗兩者既覆蓋又平行，則務(wù)必先計(jì)算出透射比，若兩者不平行，則應(yīng)對(duì)室內(nèi)采光效果直接進(jìn)行計(jì)算。

3.2 遮陽(yáng)效果

不同的遮陽(yáng)效果由不同的遮陽(yáng)裝置所呈現(xiàn)。在固定式外遮陽(yáng)裝置中，綜合式建筑遮陽(yáng)是垂直式遮陽(yáng)、水平式遮陽(yáng)兩者組合的結(jié)果，這兩者外遮陽(yáng)系數(shù)的乘積即外遮陽(yáng)系數(shù)值，可通過(guò)擬合公式求出。DOE-2等建筑能耗模擬軟件，擬合系數(shù)均通過(guò)計(jì)算回歸分析形成。在我國(guó)各建筑氣候區(qū)內(nèi)，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)均提供相對(duì)應(yīng)的擬合系數(shù)。廣東省建科院開(kāi)發(fā)的光環(huán)境模擬軟件，是先建立建筑遮陽(yáng)裝置和窗戶的模型，然后輸入城市地標(biāo)計(jì)算出遮陽(yáng)裝置在不同方向和季節(jié)的遮陽(yáng)系數(shù)。而在擋板式外遮陽(yáng)裝置中，如按照上述步驟進(jìn)行，同時(shí)使特征值控制在0.5，則得出另外的遮陽(yáng)系數(shù)。

對(duì)于百葉遮陽(yáng)裝置和織物遮陽(yáng)裝置，若選擇百葉遮陽(yáng)裝置，其與建筑門(mén)窗互相平行，且會(huì)對(duì)門(mén)窗的透光部分進(jìn)行完全覆蓋。隨機(jī)選擇1款百葉裝置，葉片的間距控制在25mm，葉片的寬度控制在30mm，葉片的反射系數(shù)控制在0.5，根據(jù)以上條件在不同的葉片開(kāi)啟角度和不同的入射角上求出透射反射系數(shù)。在建筑外遮陽(yáng)裝置中，若想通過(guò)計(jì)算得出室內(nèi)的采光效果，則需根據(jù)光環(huán)境模擬軟件，運(yùn)用輻射累計(jì)法分別建立遮陽(yáng)裝置、窗戶兩個(gè)模型，可看出遮陽(yáng)裝置對(duì)室內(nèi)采光所產(chǎn)生的效果。通過(guò)一系列的計(jì)算得出：在固定式遮陽(yáng)裝置中，水平遮陽(yáng)會(huì)產(chǎn)生大約25%的影響，垂直式遮陽(yáng)則會(huì)產(chǎn)生不大于10%的影響。對(duì)比前兩者，綜合式遮陽(yáng)最大，大約為45%。故綜合式遮陽(yáng)的遮陽(yáng)效果最好，對(duì)采光的影響也極大。

4 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用建筑遮陽(yáng)是實(shí)現(xiàn)綠色建筑的重要一環(huán)，既能減少不同季節(jié)的建筑能耗，又能增強(qiáng)室內(nèi)的舒適度和改善室內(nèi)熱環(huán)境。在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)將建筑遮陽(yáng)與建筑主體相融合，最大程度發(fā)揮建筑遮陽(yáng)的作用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。