从建筑遮阳看节能

樊旭燕

（太原城市职业技术学院，山西 太原 030027）

从建筑遮阳看节能

樊旭燕

（太原城市职业技术学院，山西 太原 030027）

建筑外围护结构的保温隔热性能及门窗的气密性是影响建筑能耗的主要因素。随着国家对节能建筑的日益重视，加强外围护结构的保温，特别是窗户的保温性和气密性，设置科学合理的遮阳设施是节约建筑能耗的关键环节。文章着重从建筑遮阳存在的问题、意义、作用等方面对建筑遮阳设置进行了介绍和综合分析，指出未来建筑遮阳的发展趋势。

建筑遮阳；建筑能耗；节能；采光

夏日炎炎的正午，寒风凛冽的冬日，人们往往将门窗紧闭，以躲避炎热的阳光或阻挡刺骨的寒风……但效果甚微。此时，人们常常会想，为什么建筑外窗不能采取一些行之有效的措施以遮挡烈日寒风呢？

其实，为了遮挡阳光，古今中外的人们想到了许许多多的办法，如窗口悬挂窗帘,窗扇开启方式的调节变化，窗前绿化遮阳，利用建筑的大坡顶、大挑檐、宽外廊、百叶窗等等。

一、节能建筑采取遮阳措施的必要性

当前，我国建筑能耗已占到社会总能耗的30%左右，到2020年将达到40%，如果加上原材料的运输和损耗等，建筑能耗可能高达50%。在我国既有建筑和新建建筑中，高能耗建筑分别占99%和95%。建筑节能已成为刻不容缓的问题。

建筑外围护结构的保温隔热性能及门窗的气密性是影响建筑能耗的主要因素。统计数据显示，我国建筑外围护结构的传热损失约占建筑能耗的70%～80%；通过外窗散失的能耗占建筑总能耗的20%～45%，在寒冷及严寒地区，通过外窗传热所散失的热损失占建筑能耗的25%左右，通过门窗缝隙空气渗透热损失约占建筑能耗的22%～37%。采用遮阳设施，可以节约空调用电25%左右，设置有效遮阳设施的建筑，可以提高外窗保温性能，节约建筑采暖能耗10%左右。若2020年我国有一半建筑采用遮阳设施，每年可节约1亿吨标准煤，占全国能耗总量的4%以上。加强外围护结构的保温，特别是窗户的保温性和气密性，设置科学合理的遮阳设施是节约建筑能耗的关键环节之一。

二、我国目前建筑遮阳存在的问题

欧美等发达国家在19世纪后期就普遍使用遮阳物，甚至在人们思想中形成了“没有遮阳的建筑是不完整的建筑”的观念。在我国，建筑遮阳仅有短短的一二十年历史，随着建筑节能的逐步发展和节能相关政策的推行，建筑遮阳作为建筑节能的一项重要技术手段，近年来越来越受到重视。但由于经济原因及人们对遮阳的作用认识不足，目前建筑遮阳发展主要存在以下一些问题：

1.在我国大部分地区，夏季降低室内温度、改变室内热舒适度大多靠空调，加之人们认为设置各种遮阳板影响了建筑的立面造型，建筑本身多数没有进行科学合理的遮阳设计。

2.已经进行了遮阳处理的，只是在建筑建造完成后，针对实际使用情况，由住户自行安装遮阳设施，各家各户的遮阳方法五花八门，遮阳材料各式各样，不顾及立面效果，破坏了建筑造型的整体效果，影响了建筑的美观。

3.住户自行设置的遮阳设施不论窗口朝向如何，多数为水平遮阳，缺乏建筑物理相关知识，达不到应有效果。如住宅北向阳台或窗口采用水平遮阳，在夏季，当太阳照到北立面时，高度角已经很低，水平遮阳效果甚微。

4.住户自行设置的遮阳设施采用PVC材料或布篷，易老化，抗腐蚀能力差，安全性较差，使用寿命非常短暂。

三、建筑遮阳的意义

2010年6月住房和城乡建设部发布了通知，建筑遮阳技术推广工作正式开始。建筑采取有效的遮阳措施，能合理控制太阳光线进入室内，减少建筑空调能耗，降低室温,改善室内热环境、光环境，是实现建筑节能最为立竿见影的方法,遮阳构件也是影响建筑形体和美感的重要因素之一。

四、建筑遮阳的作用

1.有效遮挡太阳光，夏季降低空调能耗，冬季减少采暖能耗

建筑遮阳是建筑节能措施中一种操作简单、行之有效的手段。建筑如果采用遮阳系统，可有效阻挡太阳辐射热进入室内，使建筑物室内温度降低，从而大幅度降低建筑用电能耗。

2.利用自然采光节约照明能耗，改善室内热舒适度

通过科学合理地选择遮阳形式与遮阳材料，可以合理地调节可见光，防止眩光，减少阳光中的紫外线所带来的各种危害，还能调节自然气流并达到改善室内热舒适度的作用。遮阳构件还可以遮盖墙面开口部分,造成空气压力差,加速室内空气流通,以增强通风换气效果。

3.装饰建筑立面

把建筑室外遮阳系统作为一种建筑立面元素加以利用，形成双层立面形式，一层是建筑本身立面，另一层是动态的遮阳形成的立面，将功能性和装饰性完美地融为一体。

4.建筑遮阳可以有效地降低工程成本和减少建筑物运行费用

建筑遮阳在改善人们的工作和生活环境的同时，还能够有效降低建筑建造和运行成本。数据显示，就建筑制冷系统单项而言，采用遮阳系统可降低成本约26%，减少建筑物运行费用30%左右；在同样设置空调的情况下，有遮阳系统比无遮阳系统建筑节能可达44%。

五、建筑遮阳的形式

在建筑能耗分析中，外窗对建筑能耗的损失主要有两个原因：一是窗的热工性能太差所造成夏季空调、冬季采暖室内外温差的热量损失的增加；二是窗因受太阳辐射影响而造成的建筑室内空调采暖能耗的增减。减少窗的温差传热是建筑节能中减少窗口热损失的主要因素。

在建筑方案设计阶段，在平面布置和立面处理上，应避免炎热季节直射阳光照射到房间内，要充分利用绿化遮阳及建筑构件遮阳。如果这些措施仍不能满足遮阳要求时，才宜采取专设的窗户遮阳。在保证良好室内自然光的同时，外置式遮阳可遮挡100%的太阳直接辐射，对散射辐射、反射辐射的遮挡率也可大于70%，综合对太阳光总辐射的遮挡率可达85%以上，这是内遮阳、小百叶遮阳无法达到的效果。

建筑遮阳的措施主要包括：（1） 利用绿化进行遮阳；（2）结合建筑构件设置外窗遮阳；(3)专门设置的遮阳设施。

1.利用绿化遮阳

利用绿化遮阳是一种经济有效的措施，特别适用于低层建筑，或在窗外种植藤蔓植物，或在窗外一定距离种树。按照树木的直径和高度，根据不同朝向的窗口需遮阳时的太阳方位角和高度角来正确选择适宜的树种和树形，确定树的种植位置。树的位置除满足遮阳的要求外，还要尽量减少对通风、采光和视线的影响。

(1)在建筑周围种树，一般选用高大、树枝伸展较宽、夏天茂盛、冬天落叶的乔木，应注意不能影响窗口自然通风与采光。在夏季主导风向上,不应种植太密的树木，以免降低风速甚至改变风向，造成自然通风受阻。此外,枝叶茂密的树木不宜距离窗口太近，以免成年树木枝叶遮挡自然光线或在刮风时对外窗玻璃造成一定的破坏。

（2） 墙面绿化遮阳，一般选择爬藤类植物如爬山虎、牵牛花、爆竹花、中华长春藤等，可以有效降低外墙面热量传递，改善室内热环境，对于东西朝向建筑外墙遮阳效果明显。在低层建筑中可选择南瓜、丝瓜、葫芦等，既具有一定的遮阳效果，又具有较高的经济价值。

2.结合建筑构件设置外窗遮阳

建筑物采取遮阳措施，往往对室内的通风、采光产生较不利的影响。在遮阳设计时，应根据建筑本身的要求和建筑条件，注意通风、采光和防雨、视野等问题的处理及遮阳和建筑立面造型的协调，力求遮阳系统构造简单，经济耐用。

目前常用的遮阳基本形式包括水平式、垂直式、综合式和挡板式等四种。

（1）水平式遮阳。这种遮阳形式能有效遮挡高度角较大的、从窗口上方投射下来的阳光。一般适用于接近南向的窗口和低纬度地区北向附近的窗口遮阳。

密斯·凡德罗（Ludwig Mies·Van der Rohe,1886～1969）提出了“少则多”（Lessis more）的设计原则，所谓“少”是针对当时建筑界流行的古典装饰手法提出的，而“多”则指的是大工业条件下形式简洁而功能丰富的建筑。该设计观念最初是为了追求所谓的单纯建筑，引起了极大的争议，但深远地影响了 20 世纪以来从事各个领域的设计师、设计教育，他可以说是 20 世纪对于世界设计影响最大的一个人物。

（2）垂直式遮阳。这种遮阳形式能够有效地遮挡高度角较小的、从窗口侧向斜射过来的阳光；对于高度角较大的、从窗口上方投射下来的阳光，或接近日出、日落时平射窗口的阳光，起不到遮挡作用。一般适用于东北、北和西北向附近的窗口。

（3）综合式遮阳。这种遮阳形式能够有效遮挡高度角适中的、从窗前斜射下来的阳光，遮阳效果比较均匀。一般适用于东南或西南向附近的窗口。

（4）挡板式遮阳。这种形式的遮阳能够有效遮挡高度角较小的、正射窗口的阳光。一般适用于东、西向附近的窗口。

设计遮阳时，应根据当地的气候条件和窗口所在朝向，把遮阳做成永久性或临时性的遮阳设施。

遮阳设施遮挡太阳辐射热除取决于遮阳形式外，还与遮阳设施的构造处理、安装位置、材料与颜色等因素有关。遮阳设施遮挡太阳辐射热的效果，一般以遮阳系数来表示。遮阳系数越小，说明透进窗口的太阳辐射热越小，防热效果越好。

3.专门设置的遮阳设施

（1）活动式外遮阳

活动式遮阳设施可以根据需要，自由地控制其开启角度，避免与采光、自然通风、视野之间的相互矛盾。

外遮阳卷帘是一种有效的遮阳措施，可有效遮挡强光进入室内，自身具有透光、透景、调节温度。它能够遮挡几乎所有的太阳辐射热，基本不占用室内空间，可以有效调节自然光线，使太阳光线透射面料后产生漫反射,使刺眼的强光被过滤成柔和的漫射光，提高了人的视觉舒适度。适当拉开遮阳卷帘与窗户玻璃之间的距离，利用自然通风带走卷帘上的热量，能有效减少卷帘吸收的热量向室内传递。

活动百叶帘既可以升降，又可以调节角度，在遮阳和采光、通风之间达到了平衡，在建筑遮阳中得到大量应用。

遮阳纱幕可根据材料选择控制可见光的进入量，防止紫外线，是一种适合于炎热地区的外遮阳方式。纱幕紧贴着窗户外侧。纱幕的稀疏度是决定有多少光线能够穿过纱幕的关键因素，如稀疏度为14%或是6%，即分别阻挡86%和94%的太阳热辐射。同时，使用遮阳纱幕还保持了玻璃的可见度和自然采光，对东西朝向的窗户来说，遮阳更有效。

遮阳蓬是比较常见的遮阳方式,具有全面的外遮阳功能，能够使强烈的阳光以漫射光的形式反射入室内，使室内光线明亮而不眩目。遮阳篷适用于低层、多层建筑的窗口外遮阳，不宜用在高层建筑。

（2）中置式遮阳

中空玻璃目前大量应用于建筑外窗，利用中空玻璃的中间隔层放置百叶、卷帘等遮阳设施，和窗框及玻璃组合成为整扇窗户,整体性较强，遮阳设施控制灵活，实验数据表明，夏季可降低室内温度2～3℃，冬季可提高室内温度3～4℃。

（3）内遮阳设施

采用内遮阳，太阳辐射穿过玻璃，一部分直接透过遮阳设施进入室内，另一部分被遮阳设施反射，还有一部分被遮阳设施吸收，减少了最终进入室内的热量，降低了室内的太阳辐射的热量，还可使室内光线柔和，采光系数均匀，缓解强烈的眩光。安装内遮阳设施可使室内温度降低4～5℃，节省30%～45%空调能耗。

（4）玻璃自遮阳

有关研究资料表明，玻璃内表面传热以辐射为主，占58%，减少热能损失最有效的方法是抑制玻璃内表面的辐射。利用玻璃自身的遮阳性能，选择遮阳系数较小的玻璃，如吸热玻璃、热反射玻璃、LOW-E玻璃等，阻断部分阳光进入室内，具有良好的遮阳效果。玻璃贴隔热、防辐射膜也可以改善普通玻璃的遮阳性能。但利用玻璃进行遮阳时必须关闭窗户，会对房间的自然通风造成一定的影响，使滞留在室内的部分热量无法散发出去，应配合百叶遮阳等措施应用，才能取得较好的遮阳效果。

（5）形体遮阳

“形体遮阳”也称“建筑自遮阳”，是最廉价、最环保的遮阳方式。运用建筑形体的外挑与变异，利用建筑构件自身产生的阴影来形成建筑的自遮阳，达到减少屋顶和墙面受热的目的。

世博会中国馆在建筑体形设计上，由下至上层层向外伸展，形成自遮阳体型，避免上海夏季的强烈光照，也为下层空间遮阴节能，同时还能有效产生自然通风，创造了优美和与众不同的建筑形态。

六、建筑遮阳的发展趋势

根据建筑设计风格和日照规律，可采用多种高效遮阳技术来避免阳光直射导致室内温度过高。较先进的遮阳技术包括户外可调百叶帘、可伸缩外遮阳蓬、户外天窗遮阳帘、户内百叶帘、日光增强型百叶帘、太阳能驱动卷闸帘、太阳能驱动风光感应及无线控制器等，使外窗的综合遮阳系数降到0.4，天窗遮阳系数降到0.2。

1.电动类智能遥控窗帘

遥控电动窗帘在近年被广泛应用于高级智能公寓和私人别墅。只要遥控器轻按一下，窗帘就自动开合（百叶窗可以自动旋转），非常方便。采用智能控制系统还可以实现窗帘的定时开关、场景控制等高级控制功能。随着科技的进步，又出现了直线电机新技术，系统定时控制器能预先在24小时内进行多次自动开启与关闭的设置。如遇主人外出，系统会按照习惯在每天同一时间自动开启及关闭窗帘，确保安全。

2.磁驱直线电动窗帘

磁驱直线电动窗帘直接利用磁驱动的力量驱动电机进行往返动作，带动窗帘作来回往返运动实现窗帘的开合。运行中电机与轨道运行无接触，减少了机械故障，降低了噪音，确保了运行的可靠性，设计更紧凑、结构更合理、外观更精美、可靠性更好、安全性更高、使用寿命更长。

3.建筑外遮阳一体化门窗

建筑外遮阳一体化门窗是将节能门窗与外遮阳组合在一起的新结构，是运用空气间层保温原理和型材空腔断热结构的高效节能新技术的有机组合。据测算，一体化卷帘式遮阳窗，夏天可降低空调能耗58.4%；冬天可有效提高外窗保温性能23.4%，降低建筑能耗48.7%。

4.生态遮阳

生态遮阳在绿化的基础上，更重视新材料、新技术的运用，实现自动控制和调节，加强遮阳效果，同时兼顾采光、通风等功能和立面效果，使遮阳成为综合解决各种问题的多功能综合构件。

遮阳板结合太阳能光电和光热转换板，不仅避免遮阳构件自身可能存在的吸热升温问题，而且将吸收的热量转换成对建筑有用的电能、热能加以利用。

5.智能窗帘

智能窗帘是带有一定自我反应、调节、控制功能的窗帘。根据阳光照射的情况，自动调节光线强度、空气湿度、平衡室温等。白天可将阳光中热能吸收，晚间释放。在窗帘织物中加入储光材料，在白天将光能吸收，夜间熄灯后仍有足够的光照，节约能源。

[1]中国建筑标准设计研究院.建筑外遮阳（一）[M].北京：中国计划出版社，2007.

[2]北京土木建筑学会.建筑节能工程设计手册[S].北京：经济科学出版社，2005.

[3]孟冬华.从中外对比看我国建筑遮阳设计的发展[J].室内设计，2009，（3）.

[4]刘会丽.浅谈遮阳在民居和现代建筑建构过程中的作用[J].价值工程，2010，（8）.

TU

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1673-0046（ 2012）2-0153-03