建筑遮陽技術在綠色建筑的應用與實踐

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【摘要】在綠色建筑新型節能技術中，建筑遮陽既可對室內光環境進行調節，防止產生眩光，又可對太陽輻射熱進行反射和吸收。研究通過分析建筑遮陽技術，闡述其形式和意義，同時對其設計策略及最終在綠色建筑中產生的遮陽和采光效果進行比較分析，旨在為其他新型綠色建筑技術應用提供參考。

【關鍵詞】綠色建筑；建筑遮陽；能耗需求

隨著我國近幾年綜合國力的提升，生態及能源過度消耗問題逐漸加重。全球的能源消耗持續上升，產生空氣污染，溫室氣體增多導致全球氣候變暖。我國在世界上一直是能源消耗大國之一，據統計，總能耗中建筑能耗約占1/3。雖然我國城市化水平不斷攀升，但建筑領域能源消耗加大的趨勢卻不可避免。針對該情況，近些年涌現的可持續發展理念、綠色建筑、新型節能技術引起人們的關注，并逐漸得到認可。建筑遮陽作為綠色建筑技術，對減少建筑能耗、維持室內溫度、保持良好的自然通風至關重要。在建筑設計中，建筑遮陽技術得到越來越多的運用，成為未來的發展趨勢。

1建筑遮陽技術

1.1形式

建筑外遮陽、內遮陽和中間遮陽構成了建筑的整體遮陽系統。建筑外遮陽是指在玻璃等透明圍護結構外所安裝的遮擋設備，它能將門窗前的太陽輻射抵擋在外面。在夏季，為保持室內合適的溫度，需用遮陽裝置抵擋太陽輻射熱量；在冬季，該裝置能使室內的熱環境保持平穩，防止室內的熱量損失。生活中應用最多的建筑外遮陽形式包括卷葉簾、百葉簾等，分為固定式和活動式建筑外遮陽。水平式、垂直式、綜合式、擋板式遮陽構成固定式外遮陽系統。活動式建筑外遮陽在住宅和寫字樓上應用最多，既能調節升降高度，又可調節角度。在現實生活中，雖然建筑外遮陽具有很多優點，但應用極少。建筑內遮陽是指在透明圍護結構的內部安裝遮陽設備，從而對到達室內的太陽輻射熱量進行抵擋。該形式具有很多缺點，例如在玻璃與窗簾之間易產生熱島效應，因熱量不斷擴散，使室內熱環境溫度不斷上升，導致遮陽效果極大降低。中間遮陽的遮陽效果顯著，有很多具體做法，如在中空玻璃內部加Low-e涂層或設置百葉，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，該形式是在建筑屋頂或外墻上加綠化或在建筑周圍種植落葉類的喬木，在夏季可利用喬木的遮擋來降溫，冬季喬木葉子落光也不會影響采光。另外，還可在屋頂上形成屋頂花園或利用屋頂構件實現遮陽等。

1.2意義

門窗的保溫隔熱性能一直都是建筑師們討論的話題之一。空調通過制冷或采暖的形式為人們提供冷風或熱風，其中大約1/2的能量通過門窗流失。在綠色建筑中，若選擇合適的建筑遮陽，既能提高建筑整體熱工性能，又能提升室內的舒適度。在炎熱的夏季，建筑遮陽可對太陽輻射進行抵擋，無需增加額外能量，而是在源頭解決問題。建筑遮陽作為被動式措施，不僅降低對空調的依賴性，還可減少能耗，因此符合可持續發展要求。而在北方寒冷的冬季，建筑遮陽能提高門窗等外圍護構件的保溫性能，使室內的溫度保持穩定。此外，推廣建筑遮陽一體化設計，除對城市整體環境進行提升外，還可使建筑物保持多種風格，為城市居民創造不同的視覺感受。

2建筑遮陽設計策略

2.1建筑遮陽設計方法及原則

我國各地對遮陽需求不同，以北方為例，夏季需采取適當的措施抵擋強烈的太陽輻射，冬季則需對太陽能進行最大程度的獲取來抵御寒冷。大多數情況下，需根據不同朝向的太陽輻射特點進行遮陽設計。一般采取以下設計方法：①每個城市都有屬于自己的氣候數據，對所有的氣候數據進行分析時，需著重關注具有遮陽需求的月份；②按照房間的使用功能及建筑朝向選擇不同的遮陽形式；③著重分析建筑各立面及各朝向特點，同時對遮陽構件尺寸及高低進行計算；④為判斷遮陽前后的能耗值是否達到節能要求，需對遮陽前后建筑全年的能耗進行模擬數據分析。建筑遮陽作為被動式綠色節能技術，可與很多形式結合，例如與陽臺和外廊等建筑構件結合可更好地發揮遮陽作用，也可根據建筑的造型與遮陽構件進行結合等。隨著建筑遮陽一體化設計的推廣，其應用也需遵循一定的原則：①安全性原則在綠色建筑中，建筑遮陽構件通常為附加式，為使其具有抵抗雪荷載、風荷載的能力，遮陽構件需與建筑連接牢固；當在高層建筑中安裝遮陽構件時，為防止其受周圍環境影響，還需重點關注感風與感光的特性；②建筑美學原則在對綠色建筑進行遮陽設計時，為使建筑外立面產生強烈的光影效果，讓建筑形態產生變化，遮陽構件需采用適當的材料，同時注重材料外表的美觀；③因地制宜原則建筑遮陽設計不是孤立的過程，需與當地的建筑風格相匹配，如結合當地的文化等；④適應性原則建筑的地理位置和使用人群等對遮陽設計也會產生影響；⑤多功能化原則在對建筑遮陽形式進行挑選時，探索最佳遮陽形式即可。

2.2建筑遮陽材料的選用及對遮陽裝置的調節

在綠色建筑設計中，建筑遮陽構件應選用環保無污染的材料，同時，為防止遮陽構件大面積暴露于陽光下導致自身受熱而產生二次輻射，應選用低熱容材料，該材料吸熱后會降低蓄熱性。此外，還需著重考慮遮陽構件的安全性能，產品的長寬高及遮陽材料表面色彩的選擇，表面是否清潔等。對于北方地區，應倡導使用活動式遮陽構件，因其能根據使用者自身需求隨時進行調整，不會受外界環境因素限制，具有靈活性。在冬季、夏季及過渡季節內，還可通過調節遮陽板面控制室內的采光量及溫度等。同時，在對建筑遮陽形式進行合理選擇時，也可結合建筑本身的特點。白天房間有人時需考慮采光對使用者的影響；當房間內無人時，可完全關閉遮陽板面使房間內的熱量下降。遮陽效果在不同朝向的建筑中也有很大不同，例如通常情況下，下午西曬問題較嚴重，建筑與周圍的環境氣溫均較高，因東向與西向窗戶的傳熱系數相同，兩者多出來的熱量所形成的熱輻射感受更強烈。由此可得，建筑使用者在需求的迫切度方面，西向遮陽需求更高。

2.3建筑遮陽與主體建筑間的整合

建筑遮陽在綠色建筑中應用廣泛，與主體建筑間的整合有多種方式，包括點、線、面、體及色彩。當建筑遮陽作為點元素時，因點本身具有無連續性、延展性的特點，故可對建筑遮陽的形式功能進行調節及重點強調。當沿線進行排列時，點狀遮陽會形成韻律感和方向感，且點元素主要與物體之間的比例大小有關。當今，多種遮陽形式易形成點元素，如生活中最常見的擋板式、綜合式遮陽，以及現代越來越受歡迎的植物遮陽等。當建筑遮陽作為線元素時，可在豎直及水平兩個方向上體現，一般情況下，豎直方向上的線元素可體現出高聳威武、挺拔的氣勢，而水平方向上的線元素可體現出安靜舒坦、平穩的感覺。例如西班牙圣特蕾莎養老院在外立面設計中采用線性元素，為使垂直線性遮陽構件協調，建筑師設計了獨立的個體，不在多余的體量上做過多處理。綠色建筑遮陽中面元素的應用也極為廣泛，如山東建筑大學辦公樓外立面采用的防曬墻（見圖1）。在生活中也有采用垂直綠化遮陽的形式，南方建筑喜歡用格柵構件形成韻律感。鑒于面元素主要由長寬來控制比例，具有極大靈活性，可應用于任何建筑的外立面。在建筑設計過程中，當遮陽采用體元素時，為達到遮陽效果，需重點考慮建筑造型，同時體元素應用最多的是建筑自遮陽的形式。當建筑遮陽與建筑色彩進行整合設計時，能產生意想不到的效果，因色彩本身可引發人們產生不同的感知，故在綠色建筑設計中，將色彩運用好可使建筑遮陽與周圍的自然環境更快速地融合為一體。在垂直綠化遮陽中，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更豐富多彩。

3建筑遮陽裝置的遮陽和采光效果

3.1計算方法

在綠色建筑中，對各類建筑遮陽裝置的遮陽和采光效果進行檢驗需通過建筑遮陽模擬軟件進行計算，得到數據后進行判斷再取舍。在計算采光和遮陽效果時，遮陽系數不可或缺。遮陽系數是指遮陽裝置的太陽能總透射比和無遮陽情況下太陽能總透射比之間的比值。在綠色建筑遮陽裝置中，有3類方法可對遮陽系數進行計算，在對建筑遮陽裝置建筑節能的計算上，使用最多的方法有能耗計算法和輻射累計法。前一種方法中，采暖能耗與冬季遮陽系數相對應，而制冷能耗與夏季遮陽系數相對應；后一種方法是對太陽的入射進行輻射運算，在完整的一年中，通過對窗戶太陽輻射照度進行連續的累計運算，使無遮陽裝置和有遮陽裝置這兩者的太陽輻射照射總量不斷地進行相互比較，從而最終計算出整年的遮陽系數。每當計算空調的負荷時，必須提供太陽的高度角和方位角，使每個時刻的遮陽系數、太陽輻射照度均被準確無誤地計算。在與窗戶平行的遮陽裝置中，有百葉簾、織物簾等，百葉簾計算可通過二維模型，而織物簾計算則需通過反射比和透射比得出遮陽性能。此外，在對采光效果進行詳細計算時，假如遮陽裝置、門窗兩者既覆蓋又平行，則務必先計算出透射比，若兩者不平行，則應對室內采光效果直接進行計算。

3.2遮陽效果

不同的遮陽效果由不同的遮陽裝置所呈現。在固定式外遮陽裝置中，綜合式建筑遮陽是垂直式遮陽、水平式遮陽兩者組合的結果，這兩者外遮陽系數的乘積即外遮陽系數值，可通過擬合公式求出。DOE-2等建筑能耗模擬軟件，擬合系數均通過計算回歸分析形成。在我國各建筑氣候區內，建筑節能設計標準均提供相對應的擬合系數。廣東省建科院開發的光環境模擬軟件，是先建立建筑遮陽裝置和窗戶的模型，然后輸入城市地標計算出遮陽裝置在不同方向和季節的遮陽系數。而在擋板式外遮陽裝置中，如按照上述步驟進行，同時使特征值控制在0.5，則得出另外的遮陽系數。對于百葉遮陽裝置和織物遮陽裝置，若選擇百葉遮陽裝置，其與建筑門窗互相平行，且會對門窗的透光部分進行完全覆蓋。隨機選擇1款百葉裝置，葉片的間距控制在25mm，葉片的寬度控制在30mm，葉片的反射系數控制在0.5，根據以上條件在不同的葉片開啟角度和不同的入射角上求出透射反射系數。在建筑外遮陽裝置中，若想通過計算得出室內的采光效果，則需根據光環境模擬軟件，運用輻射累計法分別建立遮陽裝置、窗戶兩個模型，可看出遮陽裝置對室內采光所產生的效果。通過一系列的計算得出：在固定式遮陽裝置中，水平遮陽會產生大約25%的影響，垂直式遮陽則會產生不大于10%的影響。對比前兩者，綜合式遮陽最大，大約為45%。故綜合式遮陽的遮陽效果最好，對采光的影響也極大。

4結語

運用建筑遮陽是實現綠色建筑的重要一環，既能減少不同季節的建筑能耗，又能增強室內的舒適度和改善室內熱環境。在建筑設計過程中，應將建筑遮陽與建筑主體相融合，最大程度發揮建筑遮陽的作用，實現可持續發展。

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作者：王立祥 單位：山東建筑大學建筑城規學院