建筑遮阳技术在绿色建筑的应用与实践

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【摘要】在绿色建筑新型节能技术中，建筑遮阳既可对室内光环境进行调节，防止产生眩光，又可对太阳辐射热进行反射和吸收。研究通过分析建筑遮阳技术，阐述其形式和意义，同时对其设计策略及最终在绿色建筑中产生的遮阳和采光效果进行比较分析，旨在为其他新型绿色建筑技术应用提供参考。

【关键词】绿色建筑；建筑遮阳；能耗需求

随着我国近几年综合国力的提升，生态及能源过度消耗问题逐渐加重。全球的能源消耗持续上升，产生空气污染，温室气体增多导致全球气候变暖。我国在世界上一直是能源消耗大国之一，据统计，总能耗中建筑能耗约占1/3。虽然我国城市化水平不断攀升，但建筑领域能源消耗加大的趋势却不可避免。针对该情况，近些年涌现的可持续发展理念、绿色建筑、新型节能技术引起人们的关注，并逐渐得到认可。建筑遮阳作为绿色建筑技术，对减少建筑能耗、维持室内温度、保持良好的自然通风至关重要。在建筑设计中，建筑遮阳技术得到越来越多的运用，成为未来的发展趋势。

1建筑遮阳技术

1.1形式

建筑外遮阳、内遮阳和中间遮阳构成了建筑的整体遮阳系统。建筑外遮阳是指在玻璃等透明围护结构外所安装的遮挡设备，它能将门窗前的太阳辐射抵挡在外面。在夏季，为保持室内合适的温度，需用遮阳装置抵挡太阳辐射热量；在冬季，该装置能使室内的热环境保持平稳，防止室内的热量损失。生活中应用最多的建筑外遮阳形式包括卷叶帘、百叶帘等，分为固定式和活动式建筑外遮阳。水平式、垂直式、综合式、挡板式遮阳构成固定式外遮阳系统。活动式建筑外遮阳在住宅和写字楼上应用最多，既能调节升降高度，又可调节角度。在现实生活中，虽然建筑外遮阳具有很多优点，但应用极少。建筑内遮阳是指在透明围护结构的内部安装遮阳设备，从而对到达室内的太阳辐射热量进行抵挡。该形式具有很多缺点，例如在玻璃与窗帘之间易产生热岛效应，因热量不断扩散，使室内热环境温度不断上升，导致遮阳效果极大降低。中间遮阳的遮阳效果显著，有很多具体做法，如在中空玻璃内部加Low-e涂层或设置百叶，也可在双层玻璃幕墙中间加百叶帘等。此外，还可采取灵活多样的形式，如绿化遮阳，该形式是在建筑屋顶或外墙上加绿化或在建筑周围种植落叶类的乔木，在夏季可利用乔木的遮挡来降温，冬季乔木叶子落光也不会影响采光。另外，还可在屋顶上形成屋顶花园或利用屋顶构件实现遮阳等。

1.2意义

门窗的保温隔热性能一直都是建筑师们讨论的话题之一。空调通过制冷或采暖的形式为人们提供冷风或热风，其中大约1/2的能量通过门窗流失。在绿色建筑中，若选择合适的建筑遮阳，既能提高建筑整体热工性能，又能提升室内的舒适度。在炎热的夏季，建筑遮阳可对太阳辐射进行抵挡，无需增加额外能量，而是在源头解决问题。建筑遮阳作为被动式措施，不仅降低对空调的依赖性，还可减少能耗，因此符合可持续发展要求。而在北方寒冷的冬季，建筑遮阳能提高门窗等外围护构件的保温性能，使室内的温度保持稳定。此外，推广建筑遮阳一体化设计，除对城市整体环境进行提升外，还可使建筑物保持多种风格，为城市居民创造不同的视觉感受。

2建筑遮阳设计策略

2.1建筑遮阳设计方法及原则

我国各地对遮阳需求不同，以北方为例，夏季需采取适当的措施抵挡强烈的太阳辐射，冬季则需对太阳能进行最大程度的获取来抵御寒冷。大多数情况下，需根据不同朝向的太阳辐射特点进行遮阳设计。一般采取以下设计方法：①每个城市都有属于自己的气候数据，对所有的气候数据进行分析时，需着重关注具有遮阳需求的月份；②按照房间的使用功能及建筑朝向选择不同的遮阳形式；③着重分析建筑各立面及各朝向特点，同时对遮阳构件尺寸及高低进行计算；④为判断遮阳前后的能耗值是否达到节能要求，需对遮阳前后建筑全年的能耗进行模拟数据分析。建筑遮阳作为被动式绿色节能技术，可与很多形式结合，例如与阳台和外廊等建筑构件结合可更好地发挥遮阳作用，也可根据建筑的造型与遮阳构件进行结合等。随着建筑遮阳一体化设计的推广，其应用也需遵循一定的原则：①安全性原则在绿色建筑中，建筑遮阳构件通常为附加式，为使其具有抵抗雪荷载、风荷载的能力，遮阳构件需与建筑连接牢固；当在高层建筑中安装遮阳构件时，为防止其受周围环境影响，还需重点关注感风与感光的特性；②建筑美学原则在对绿色建筑进行遮阳设计时，为使建筑外立面产生强烈的光影效果，让建筑形态产生变化，遮阳构件需采用适当的材料，同时注重材料外表的美观；③因地制宜原则建筑遮阳设计不是孤立的过程，需与当地的建筑风格相匹配，如结合当地的文化等；④适应性原则建筑的地理位置和使用人群等对遮阳设计也会产生影响；⑤多功能化原则在对建筑遮阳形式进行挑选时，探索最佳遮阳形式即可。

2.2建筑遮阳材料的选用及对遮阳装置的调节

在绿色建筑设计中，建筑遮阳构件应选用环保无污染的材料，同时，为防止遮阳构件大面积暴露于阳光下导致自身受热而产生二次辐射，应选用低热容材料，该材料吸热后会降低蓄热性。此外，还需着重考虑遮阳构件的安全性能，产品的长宽高及遮阳材料表面色彩的选择，表面是否清洁等。对于北方地区，应倡导使用活动式遮阳构件，因其能根据使用者自身需求随时进行调整，不会受外界环境因素限制，具有灵活性。在冬季、夏季及过渡季节内，还可通过调节遮阳板面控制室内的采光量及温度等。同时，在对建筑遮阳形式进行合理选择时，也可结合建筑本身的特点。白天房间有人时需考虑采光对使用者的影响；当房间内无人时，可完全关闭遮阳板面使房间内的热量下降。遮阳效果在不同朝向的建筑中也有很大不同，例如通常情况下，下午西晒问题较严重，建筑与周围的环境气温均较高，因东向与西向窗户的传热系数相同，两者多出来的热量所形成的热辐射感受更强烈。由此可得，建筑使用者在需求的迫切度方面，西向遮阳需求更高。

2.3建筑遮阳与主体建筑间的整合

建筑遮阳在绿色建筑中应用广泛，与主体建筑间的整合有多种方式，包括点、线、面、体及色彩。当建筑遮阳作为点元素时，因点本身具有无连续性、延展性的特点，故可对建筑遮阳的形式功能进行调节及重点强调。当沿线进行排列时，点状遮阳会形成韵律感和方向感，且点元素主要与物体之间的比例大小有关。当今，多种遮阳形式易形成点元素，如生活中最常见的挡板式、综合式遮阳，以及现代越来越受欢迎的植物遮阳等。当建筑遮阳作为线元素时，可在竖直及水平两个方向上体现，一般情况下，竖直方向上的线元素可体现出高耸威武、挺拔的气势，而水平方向上的线元素可体现出安静舒坦、平稳的感觉。例如西班牙圣特蕾莎养老院在外立面设计中采用线性元素，为使垂直线性遮阳构件协调，建筑师设计了独立的个体，不在多余的体量上做过多处理。绿色建筑遮阳中面元素的应用也极为广泛，如山东建筑大学办公楼外立面采用的防晒墙（见图1）。在生活中也有采用垂直绿化遮阳的形式，南方建筑喜欢用格栅构件形成韵律感。鉴于面元素主要由长宽来控制比例，具有极大灵活性，可应用于任何建筑的外立面。在建筑设计过程中，当遮阳采用体元素时，为达到遮阳效果，需重点考虑建筑造型，同时体元素应用最多的是建筑自遮阳的形式。当建筑遮阳与建筑色彩进行整合设计时，能产生意想不到的效果，因色彩本身可引发人们产生不同的感知，故在绿色建筑设计中，将色彩运用好可使建筑遮阳与周围的自然环境更快速地融合为一体。在垂直绿化遮阳中，不同植物的色泽与各种镀金属混合，可使建筑外立面看起来更丰富多彩。

3建筑遮阳装置的遮阳和采光效果

3.1计算方法

在绿色建筑中，对各类建筑遮阳装置的遮阳和采光效果进行检验需通过建筑遮阳模拟软件进行计算，得到数据后进行判断再取舍。在计算采光和遮阳效果时，遮阳系数不可或缺。遮阳系数是指遮阳装置的太阳能总透射比和无遮阳情况下太阳能总透射比之间的比值。在绿色建筑遮阳装置中，有3类方法可对遮阳系数进行计算，在对建筑遮阳装置建筑节能的计算上，使用最多的方法有能耗计算法和辐射累计法。前一种方法中，采暖能耗与冬季遮阳系数相对应，而制冷能耗与夏季遮阳系数相对应；后一种方法是对太阳的入射进行辐射运算，在完整的一年中，通过对窗户太阳辐射照度进行连续的累计运算，使无遮阳装置和有遮阳装置这两者的太阳辐射照射总量不断地进行相互比较，从而最终计算出整年的遮阳系数。每当计算空调的负荷时，必须提供太阳的高度角和方位角，使每个时刻的遮阳系数、太阳辐射照度均被准确无误地计算。在与窗户平行的遮阳装置中，有百叶帘、织物帘等，百叶帘计算可通过二维模型，而织物帘计算则需通过反射比和透射比得出遮阳性能。此外，在对采光效果进行详细计算时，假如遮阳装置、门窗两者既覆盖又平行，则务必先计算出透射比，若两者不平行，则应对室内采光效果直接进行计算。

3.2遮阳效果

不同的遮阳效果由不同的遮阳装置所呈现。在固定式外遮阳装置中，综合式建筑遮阳是垂直式遮阳、水平式遮阳两者组合的结果，这两者外遮阳系数的乘积即外遮阳系数值，可通过拟合公式求出。DOE-2等建筑能耗模拟软件，拟合系数均通过计算回归分析形成。在我国各建筑气候区内，建筑节能设计标准均提供相对应的拟合系数。广东省建科院开发的光环境模拟软件，是先建立建筑遮阳装置和窗户的模型，然后输入城市地标计算出遮阳装置在不同方向和季节的遮阳系数。而在挡板式外遮阳装置中，如按照上述步骤进行，同时使特征值控制在0.5，则得出另外的遮阳系数。对于百叶遮阳装置和织物遮阳装置，若选择百叶遮阳装置，其与建筑门窗互相平行，且会对门窗的透光部分进行完全覆盖。随机选择1款百叶装置，叶片的间距控制在25mm，叶片的宽度控制在30mm，叶片的反射系数控制在0.5，根据以上条件在不同的叶片开启角度和不同的入射角上求出透射反射系数。在建筑外遮阳装置中，若想通过计算得出室内的采光效果，则需根据光环境模拟软件，运用辐射累计法分别建立遮阳装置、窗户两个模型，可看出遮阳装置对室内采光所产生的效果。通过一系列的计算得出：在固定式遮阳装置中，水平遮阳会产生大约25%的影响，垂直式遮阳则会产生不大于10%的影响。对比前两者，综合式遮阳最大，大约为45%。故综合式遮阳的遮阳效果最好，对采光的影响也极大。

4结语

运用建筑遮阳是实现绿色建筑的重要一环，既能减少不同季节的建筑能耗，又能增强室内的舒适度和改善室内热环境。在建筑设计过程中，应将建筑遮阳与建筑主体相融合，最大程度发挥建筑遮阳的作用，实现可持续发展。

参考文献：

[1]陈勇明.夏热冬暖地区建筑外遮阳与建筑一体化设计研究[D].重庆：重庆大学，2014.

[2]孙楠.基于自然采光与通风的绿色遮阳技术研究[D].济南：山东建筑大学，2015.

[3]崔晓.建筑遮阳与绿色建筑[J].低碳世界，2017（25）：154-155.

[4]杨仕超，周荃.建筑遮阳技术在绿色建筑中的应用研究[J].建设科技，2012（15）：30-33.

[5]柳春蕾.基于山东地域特点的建筑遮阳绿色技术研究[D].济南：山东建筑大学，2014.

[6]裴智超.天窗与外遮阳对建筑中庭温度影响的测试研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2019.

作者：王立祥 单位：山东建筑大学建筑城规学院