乌鲁木齐地区住宅建筑遮阳设计策略研究

张婷婷 吴雨婷 古丽如克沙·卡地尔

新疆建设职业技术学院

1 引言

近年来，随着我国城镇化进程加快，每年新增建筑量持续增长。以2019年为例，我国新增竣工建筑面积约为26亿平方米，其中新增住宅建筑占比约为67.36%。住宅建筑面积在我国建筑总面积中占比大、存量大且不断增长，提高住宅建筑节能性显得尤为必要。乌鲁木齐地处严寒地区，冬季建筑外墙外保温一直以来是乌鲁木齐住宅最重要的节能措施。但实际上乌鲁木齐夏季炎热，日照辐射强、时间长，遮阳设施却被忽视，造成夏季空调能耗增高，空调能耗大。目前，研究者针对夏季炎热地区的遮阳设计策略已有研究。舒平，耿钇艺针对湿热地区的办公建筑研究了遮阳设计的策略，胡达明对夏热冬暖地区的建筑遮阳设计策略及案例进行了分析，潘孝祥主要研究了重庆地区建筑遮阳设计策略研究，可见已有建筑遮阳设计研究地域均为夏热冬冷地区和夏热冬暖地区，缺乏对于乌鲁木齐所处的冬季寒冷，但夏季炎热地区关于遮阳设计的研究。当地少数居住建筑已采用了遮阳技术，由于缺少不同遮阳形式间的量化研究，无法确定遮阳对节能、舒适的贡献，遮阳效果良莠不齐，极大程度的限制了遮阳的广泛应用。

本文旨在通过对于住宅建筑遮阳形式的研究，提供适于乌鲁木齐地区住宅建筑的遮阳方案。

2 乌鲁木齐住宅建筑遮阳形式现状调查

2.1 气候条件

乌鲁木齐市属于中温带大陆干旱气候，全年盛行北风和西北风，春夏季的风速最大，冬季风速最小，春秋两季较短，冬夏两季较长，昼夜温差大。年平均降水量为194mm，最暖的七、八月平均气温为25.7℃，最冷的一月平均气温为-15.2℃。年平均日照时数为2645h，七、八月日照时数均在300小时以上，太阳年辐射量5139.8MJ/m2（见表1）。

表1 乌鲁木齐太阳能气象参数

2.2 住宅建筑现状遮阳形式

目前乌鲁木齐地区常见的建筑遮阳的形式，可分为2类：固定遮阳和活动遮阳。常见的固定外遮阳构件的形式有水平遮阳构件、垂直遮阳构件、综合遮阳构件和挡板式遮阳构件。

常见的建筑活动外遮阳种类有：遮阳篷，活动百叶遮阳帘，卷帘遮阳，活动遮阳窗板（分为推拉式和平开式）（见图1）。

图1 外遮阳的形式

2.3 现状问题及不足

在调研过程中发现，乌鲁木齐地区建筑遮阳构件均设于建筑的西向及南向外窗，亦发现有拆除原有西向固定遮阳的情况发生，存在资源浪费的现象，由此笔者希望通过软件模拟选出更适合乌鲁木齐地区建筑的遮阳措施，为实际项目的设计及改造提供参考。因玻璃自遮阳成本较高，且需与其他遮阳构件配合使用；而内遮阳受外因影响较大，如材料及使用者习惯，故对以上两种遮阳方式不予模拟计算，仅对外遮阳的2种类型进行模拟。

3 项目模拟方案

3.1 项目概况

住宅位于乌鲁木齐市某住宅小区内，该小区南面及北面均为高度相似的多层住宅，东面为11层中高层住宅。该住宅为6层，层高2.8m，总高度17.7m，为单元式板式住宅楼。住宅南立面朝向为南偏东29°，夏季受太阳照射较强，因此需采取必要的遮阳措施。由于受到住宅建筑日照间距的限制，对建筑物的遮挡作用很小，周边也没有高大乔木对立面造成遮蔽。

3.2 整体遮阳策略分析

通过北京绿建采光分析DALI2018软件模拟计算现状住宅楼采光现状，发现全阴天下南北向和东西向住宅的采光效果相似，作为主要采光面的南向和西向光照时长均达11小时以上。北立面及东立面，受太阳辐射较小，遮阳需求不明显。故该建筑南立面及西立面作为设置遮阳的重点。通过笔者的统计分析可知，受太阳辐射最多的是每个户型中的起居室，故对起居室设置不同类型外遮阳进行模拟分析，研究适合乌鲁木齐住宅建筑使用的遮阳类型。

3.3 模拟实验条件与过程

（1）固定外遮阳形式及构件尺寸模拟分析。下面通过模拟分析水平遮阳构件和垂直遮阳构件对采光系数的影响。根据《建筑采光设计标准》（GB50033—2013），乌鲁木齐处于光气候分区Ⅲ区，主要使用房间的采光系数标准值为2.00。水平遮阳构件分别采用0.50m和0.30m宽遮阳板进行模拟，其结果均低于规范要求；垂直遮阳构件分别采用0.75m、0.50m和0.30m宽遮阳板进行模拟，发现当遮阳板小于0.5m时可满足规范中采光系数标准（见表2）。

表2 固定遮阳起居室采光系数值

结论：固定遮阳构件只能选用垂直遮阳板。

（2）活动遮阳形式及构件尺寸模拟分析。由于采光分析计算为全阴天下模拟，而乌鲁木齐夏季降水少，晴天时长较长，为解决夏季长时间太阳热辐射带来的室内热影响，可设置活动外遮阳。因活动百叶遮阳帘可根据用户的需要自行调节，活动遮阳窗板只具有开启和关闭两种模式，此两种遮阳方式均无实验模拟价值，故本文仅对遮阳篷和遮阳卷帘进行实验模拟。模拟采用Ecotect软件晴天模式下，分别就遮阳篷宽度和遮阳卷帘自窗下口下降高度进行南向及西向窗模拟实验。

（3）模拟过程。模型的窗户大小及起居室内尺寸都是按照建筑的实际尺寸简化后建立的模型，在原有建筑和气候参数设定情况相同的情况下，分别调整遮阳篷的宽度和遮阳卷帘自窗上口下降的高度进行计算。

4 模拟实验结果与分析

4.1 南向窗遮阳模拟

模拟结果：随着遮阳篷宽度的增加，室内受到太阳热辐射的范围有所缩小；但随着遮阳卷帘下降高度的增加，室内受太阳热辐射范围明显减少。综合看来，使用遮阳卷帘对于南向窗的遮阳效果更好。

4.2 西向窗遮阳模拟

模拟结果：随着遮阳篷宽度和遮阳卷帘下降高度的增加，室内受到太阳热辐射的范围均有所缩小，两种遮阳方式的遮阳效果差别不大，但遮阳卷帘的造价明显高于遮阳篷。因此综合看来，使用遮阳篷更适合西向窗的遮阳。

5 结论与展望

乌鲁木齐住宅建筑遮阳形式，当采用固定遮阳时，由于受到采光系数标准值的限制，只能选用垂直遮阳板。考虑到垂直遮阳板对视野会有一定的限制，此遮阳方式不作为推荐遮阳形式。对于活动遮阳形式通过模拟实验，南向窗推荐采用的遮阳形式为遮阳卷帘；西向窗推荐采用的遮阳形式为遮阳篷。用户也可根据喜好选择可调节百叶或活动遮阳窗扇作为遮阳构件使用。

除了文中提到的固定遮阳构件、活动遮阳构件及玻璃自遮阳外，绿化遮阳也应该是为建筑师所运用的遮阳方式。但由于建筑设计工作的产业化，绿化设计通常被归于园林设计或环艺设计，没有受到建筑师的重视。

绿化遮阳作为一种生态环保的遮阳形式，过去就一直被人们应用于单多层建筑，常见的如在建筑周边种植乔木，以达到遮阳的效果；种植草坪灌木以达到改善微环境的作用；种植爬墙植物、搭设葡萄架等，以达到建筑外墙遮阳的效果。如今，随着人们对于生态、绿色建筑的进一步的认知与追求，在越来越多的高层建筑中设计了绿化区域，进行灌木及乔木的种植，以达到绿化遮阳及改善微气候的效果。