浅析建筑遮阳体系及其节能技术

浅析建筑遮阳体系及其节能技术

建筑遮阳系统传统的作用是通过降低过热和眩光来提高室内热舒适性和视觉舒适性，并且还能提高隔绝性。遮阳设施可以发挥一个或所有三个方面的作用。现代建筑革命爆发以后，新技术、新材料使得建筑的形式、构造发生了很大的变革，人们普遍采用空调系统来维持舒适的室内环境。一段时期内传统的自然降温技术被完全地忽略了，直到20世纪70年代能源危机爆发后，人们开始反思和检讨由高能耗维持人工环境的方式并质疑人工环境的室内空气品质，建筑遮阳重新成为建筑中的一个重要课题。

1 建筑遮阳在夏季和冬季的节能作用

(1) 建筑遮阳对夏季隔热与节约能源的作用巨大

夏季，大量太阳辐射热从玻璃窗进入室内，使室温增高，不得不加大空调功率。大面积的玻璃窗还带来眩光和室内物品变色等问题。夏季强烈的太阳辐射是高温之源。夏天太阳总辐射量最大的地区，以日平均气温稳定通过15℃期间总辐射量达5000MJ/m²以上的地区计，大体为京津地区及其以南的华东、中南、华南地区，其中又以夏热冬暖地区南区为最高。夏天室内温度主要受太阳辐射进入室内的热量的影响;室内过热主要是由于透过窗户的太阳辐射得热，空调负荷也主要用于排出进入室内得热。而进入室内的太阳辐射热量取决于窗户的大小和太阳热量通过窗户的投射程度。

如此多的热量透过玻璃窗进入室内，用遮阳设施可以把它挡在室外，而不是先让太阳热进入室内再用能量制冷抵消后排到室外，这是一种最简单实惠的降温和节能措施。

(2) 建筑遮阳对于削减电力高峰负荷能够起到关键作用

空调用能已经成为夏季用电高峰的关键因素。每年夏季，空调的使用造成城市用电负荷高峰，大体占当地总功率的30%到40%，而且往往导致拉闸限电。过高的电力高峰负荷，对于电站和电网设施的经济运行和安全运行非常不利。过了两三个月的电力高峰时段，大量极端昂贵的电力设备只能闲置，浪费十分严重。而采用遮阳的结果，由于节约空调用能约25%，对于削减典礼高峰负荷能够起到关键作用。

(3) 建筑遮阳在冬季起到良好的保温和节能作用

冬天，特别是更加寒冷的晚间，室内大量热量从保温较差的玻璃窗流出，使室温下降，不得不增加采暖提供热量。北方和中部地区建筑采用遮阳在冬季还能起到保温作用。我国北方单位建筑面积采暖能耗远高于相同气候条件下的发达国家，其中窗户能耗太高是问题的关键，冬季窗户耗能约占建筑采暖耗能的一半。冬季昼夜温差大，夜间又较长，温度较低。设置遮阳的建筑，在晚间将保温帘板闭合，利用帘板本身保温密封的作用，加上帘板与玻璃窗之间的空气间层保温，可使窗户保温性能提高约一倍。

(4) 建筑遮阳还有防盗、隔声、避免眩光、保护隐私等多种作用，并有良好的装饰效果

当前许多建筑窗户都用钢网防盗，一直做到很高的楼层，使人的不安全感突出，而且万一发生火灾，后果不堪设想。活动遮阳设施在关闭时就可以起到防盗的作用。建筑遮阳还有挡雨、隔声、避免眩光、保护隐私等作用，并有良好的装饰效果，能够为建筑增添色彩，可以使小区和城市环境更加亮丽多姿。

由此可见，遮阳设施是一种在建筑里面上的重要的多功能构件，是建筑维护结构的重要的组成部分，能够调节室内光热环境，保护人们的身心健康，可改善生活质量，提高工作效率，又能节约能源，保护地球环境，对建筑节能减排能够起到重要作用。

2 建筑遮阳的种类与做法

遮阳设施种类繁多，各有特色。简单来说，按照其可控制程度可以分为固定式和可控式两种。

所谓固定式遮阳，是指遮阳设施建设完成之后无法进行调节控制的遮阳设施。为了达到最佳的空间效果，这种遮阳设施的设计需要根据当地太阳的高度 角、方位角及气流走向等情况进行精确计算，以确定遮阳设施的最佳形式、尺寸和位置。这类遮阳设施的特点是形式整齐，便于将其和建筑造型统一考虑。而其不利之处在于灵活性差，其设计计算只能基于一般规律，无法满足各种不同需求，也不能随着时间和需求的变化而变化。因而，有些固定遮阳设施在阴雨天和早晚时分反而会成为采光的障碍，导致室内光照度不够，一些设计不当的固定式遮阳还可能阻滞建筑表面的空气流动，影响建筑内部的自然通风效果。固定式遮阳在欧洲运用的并不多。

在欧洲应用非常广泛的是可控式遮阳。可控式遮阳由控制系统、遮阳体和导轨系统组成，通过特定技术手段对遮阳体进行控制。这些技术手段包括手动、电动或者由光电倍感器自动控制，灵活性强、调节方便，而且折叠后不占空间。可控式遮阳的可贵之处在于其灵活性，用的时候根据需要调整伸缩程度。不用的时候卷起来或滑到一边，建筑空间又可以恢复通畅明亮的感觉。

可控式遮阳设施又可以按其所在位置分为外置式、中置式和内置式三种类型。

(1)外置式遮阳

可控外置式遮阳是指遮阳设施明装或暗装在维护结构外侧的做法。外露的部分一般由卷帘盒、遮阳体(百叶或帘幕)和定位导轨(导线）组成，室内没有控制器来控制遮阳体的升降。

对于节能效果而言，外置式遮阳的节能效果是最好的。因为它可以充当太阳辐射热进入室内的第一道屏障。从源头上阻挡过多的辐射热进入室内，从而减轻室内空调系统的负担。以垂直悬挂的遮阳百叶为例，当采用外遮阳时约有70%的热量被阻挡，如果采用内遮阳时则降低到40%，而平面遮阳帘幕能够达到100%的遮阳效果。

除节能之外，可控外置式遮阳还有一些非常重要的优点，如防盗、防尘和防噪声，当然其效果取决于遮阳体的材料和形式。由于位于室外，可控外遮阳在设计和选材时有着较为严格的要求。一是在设计中要考虑遮阳形式与室内空间相配合，同时与外立面设计相结台，使内外空间一气呵成、相得益彰。二是要求遮阳体的材料，少粘灰，易清洁，尤其在空气质量不高、洁净度较差的地区这一点尤为重要。

（2）中置式遮阳

可控中置式遮阳在欧洲也有广泛的应用。它的遮阳体通常位于双层玻璃的中间，和窗框及玻璃组合成为整扇窗户，有着较强的整体性，可以通过设在室内的 控制器进行调节，整个窗扇在一定程度上开启。

中置式遮阳设施的优点是，遮目体和窗扇一体生产成型，可以节省大量的现场安装费用。而且随着产品类型的成熟，在大规模工业生产的情况下产品质量容

易得到保证，生产成本也会逐渐降低。

中置式遮阳由于是遮阳体和窗扇整体成型，再由外部的控制器进行控制，因而对于整体窗扇的密闭性能要求较高，在生产和安装过程中必须采取有力措施防止灰尘和水汽进入，否则将很难清除，长此以往会影响室内的采光效果。

（3）内置式遮阳

内置式遮阳是指遮阳体和控制器都位于室内的遮阳做法。由于其安装、使用和维护保养都十分方便，因而在各地都有非常普遍的应用。内置式遮阳体的形式和材料都很多，有各种百叶、帘、幕等。

但是，从隔热效果的角度来讲，内遮阳不如外遮阳，因为在遇到内遮阳体之前，太阳的辐射热已通过玻璃进入室内，因而不可避免地会增加室内的热负荷。但是由于其安装、使用和维护保养的方便性非常突出，所以仍然有着非常普遍的应用。

在欧洲，事实上很多情况下内遮阳和外遮阳是结合在一起的。这样结合内外遮阳的优点，既有着很好地节能效果，又有着很强地灵活性，既可以同时使用也可以视不同情况分开使用。

（4）复合式遮阳——双层皮结构

这种双层皮结构目前已成为欧洲办公建筑的一种发展趋势。它由两层玻璃幕墙组成，内层玻璃幕是室内外的分界线，由双层自空玻璃组成。这里有精心设计的通风系统，其外通常还有遮阳设施。外层幕墙由单层钢化玻璃构成，起到承受风荷载、防雨防噪的作用。两层幕墙之间的空气间层可以通过自然通风带走多余的热量，减少室内空间的空调负荷。如果空气间层的宽度在60cm以上，还可以通过在楼板高度设置金属隔栅作为检修通道。

这种双层皮结构的出现是玻璃幕墙建筑历史上的一次革命，它彻底打破了传统玻璃幕墙建筑的概念，把幕墙的采光与通风特性分开，就像人们是用眼睛看而用鼻子呼吸一样。它不仅为室内外空间提供了通透开敞的效果，也为室内空间创造了空气清新、舒适宜人的完美空间感觉，克服了传统玻璃幕墙的关键性缺点。

这种双层皮结构的缺点是一次性投资较高，而且由于是双层结构，建筑外围结构清洁维护的费用也较高，目前多用于办公或商业建筑。

3 建筑遮阳设计与采光、通风、隔热、散热

遮阳板在遮阳的同时也会影响窗户原有的采光特性和通风特性，由于遮阳板的存在，不仅遮挡了阳光，而且建筑周围的局部风压也会出现较大幅度的变化。在许多情况下，设计不当的实体遮阳板会显著减低建筑表面的空气流速,影响建筑内部的自然通风效果。

遮阳构件既要避免构件本身吸收过多的热量。又要易于散热。遮阳构件在遮挡阳光的同时会吸收太阳辐射而升温，如果处理不当，选用了热容量高的材料，其中相当一部分热量会最终传至室内。因此百叶状遮阳板可以往遮阳的同时还不妨碍通风，其热工性能优于实体遮阳板。在当今以生态技术为代表的建筑范例中．采用新型材料制成的高反射、低热容的金属遮阳板受到越来越多的青睐。 4 国外建筑遮阳现状

欧洲新建筑对于遮阳设施非常注意，良好的遮阳不仅有助于节能，符合未来发展的要求，而且遮阳构件成为影响建筑形体和美感的关键要素，特别是新的遮阳构件和构造往往成为表现建筑高技术和现代感的重要组成部分。欧洲新一代建筑师钟情于晶莹剔透的以玻璃和钢为主要材料的建筑，但由于玻璃建筑存在温室效应，在夏季它往往成为影响建筑热舒适的致命问题，在这种情况下，遮阳设计

也就理所当然地成为必不可少的环节。在这方面，建筑师仁者见仁，智者见智，虽然目的相同，但在造型和构造方面，却是各显其能。

东南亚国家由于地处热带地区，主动的遮阳措施被广泛的用于公共和民用建筑中，不仅创造了舒适的室内环境，其节能效果也非常明显，遮阳设计也有大量创新之处。目前，东南亚的一些国家和地区的遮阳节能率已经占其总节能率的 10%至24%。与我国同纬度地区相比，欧洲大部分地区夏季平均气温要低 1.3至

2.5℃，而且欧洲的年太阳辐射总量要比我国低得多，但是欧洲国家对夏季的建筑遮阳隔热却是非常重视的。德国柏林的纬度比我国最北的省会城市哈尔滨还要高，但当地非常重视建筑物的夏季防热，遮阳措施更是司空见惯。

5 中国建筑遮阳节能效果分析

（1）建筑遮阳具体产品的节能效果与遮阳产品的遮阳方式、使用材料、结构构造、大小尺寸、应用地域、环境条件、应用场合、应用规模等条件有着极大的差异。

（2）我国目前还没有做这方面的系统研究。如果与欧盟国家比较，中国现有人口为当时欧盟国家人口的2.9倍，住房面积不到欧盟国家的两倍，但每年建筑面积增加达20亿m²以上。从地理位置看，与欧盟国家处于高中纬度相比，中国处于中低纬度，纬度相对较低。由于纬度较低，太阳辐射更为强烈，因此中国夏天比欧洲要热得多；又由于欧洲冬天有大西洋暖流的增温，而中国则不断遭受来自西伯利亚寒流的侵袭，中国冬天还比较寒冷。而中国房屋保温隔热质量总体上要比欧盟国家差。因此采用建筑遮阳的节能效果会比欧洲国家更好，总体上可以节约空调用能25%以上，节约采暖用能10%以上，这样分析应该是合理的。

（3）中国现在设置外遮阳的建筑还很少，但采暖和空调的使用越来越多。不仅北方严寒和寒冷地区建筑普遍采暖，夏热冬冷地区建筑冬天也采暖盛行。家用空调在城市中更是日益普及，使用时间也在逐年增加。空调在公共建筑中的使用则更为普遍。由于南方纬度更低，天气更为炎热，空调比欧盟国家用得更为普遍，因此建筑能耗增加迅速。

6 结语

欧洲国家采用遮阳设施的建筑比比皆是，百年犹存，必然有其存在的道理。欧洲许多国家所处地理位置和气候条件均优于我国，尚且注重能源消耗和环境保护。我国幅员辽阔，气候区繁多，气候条件复杂，更应注意因地制宜地解决建筑的宜居性和室内热舒适环境，把有限的能源高效利用，减缓能耗负担，为人们提供更加良好的生存和发展条件。