某高层居住建筑中不同遮阳措施效果探讨

邵琪，韦劭辰，许艳梅，郭宏光

（1.上海朗绿建筑科技股份有限公司，上海 200000；2.朗诗控股集团，上海 200000）

建筑在夏季制冷能耗中，很大一部分是由于太阳辐射通过建筑窗口进入室内造成的。所以，建筑遮阳是夏季遮挡太阳辐射、降低空调能耗的有效措施。目前各个建筑节能规范均对不同朝向的窗户太阳得热系数（SHGC值）提出相应的约束要求，但是目前我国居住建筑中尤其是常见的高层住宅小区往往缺乏基本遮阳措施或者遮阳措施非常单调，设计师对遮阳设计缺乏认知，同时开发管理人员普遍缺少住户对于遮阳措施的使用反馈。在本项研究中，选取位于夏热冬冷地区重庆市的某高层住宅小区进行多种遮阳措施的个性化设计、落地，并选取实体样板间进行相关环境参数测试以及在后期交付后对使用者进行问卷评估，从而对不同遮阳措施进行效果探讨。

1 遮阳设计

该小区位于重庆市北碚区，选取小区中的一栋东西朝向的高层住宅楼作为遮阳实验楼进行不同遮阳措施的实施。该楼栋为18层高，西南面毫无遮挡、视野较好。在该住宅楼典型户型内不同朝向分别采取以下4种遮阳措施：①绿化遮阳、②固定遮阳板、③活动遮阳屏、④外遮阳金属卷帘。实验楼总平面及4种遮阳措施在典型平面中的位置如图1所示。

其中朝东面的生活阳台采用垂直牵引式绿化遮阳，植物品种选择意大利络石，俗称“风车茉莉”，其4~5月为盛花期，四季常绿，枝叶繁茂，可以给阳台装点绿色的同时减少上午的太阳辐射，同时采用了不锈钢花箱，设置自动滴灌系统，无需特殊维护；南面飘窗采用异形固定遮阳，其形式大小经过一些设计考虑，正好对应飘窗南偏西的小偏角，可以减少正午时分的太阳辐射。如图2所示，通过7月中旬和1月中旬遮阳板在窗户表面遮挡直射光产生的阴影，可知该遮阳措施在满足夏季遮阳的同时并没有影响冬季得热。西面阳台处采用可伸缩的活动遮阳屏，可根据需要拉下，有效减少夏季下午时分立面的太阳辐射。遮阳屏采用阻尼弹簧设计和伸缩挂钩，可以实现缓慢收缩的同时减少室外风场对帘布的损伤。西面主卧采用活动外遮阳金属卷帘，同样可以起到减少阳光直射的作用，同时在晚上还有隔声降噪的功能。

2 遮阳效果测试

项目遮阳施工完成后，选取夏季8月中旬某晴天，以该楼栋18层样板间作为实验场所，通过对现场各项环境参数的测试，对比分析上述遮阳措施的遮阳效果以及对人体舒适度的影响。其中活动金属卷帘在住宅建筑中应用较广，当关闭时室内基本完全黑暗。所以在此仅对①~③项遮阳措施的遮阳效果进行测试，测试点位实验点和对照点如图3所示。

现场测试采用带有黑球探头、温湿度探头的热舒适仪，热成像仪，便携式辐射功率计，以及在屋面处搭建小型气象站用于实时监测室外温湿度、辐射照度等气象指标。相关测试方法和步骤如表1所示。

表1 不同遮阳措施的测试说明

3 测试结果与分析

3.1 东面阳台绿化遮阳效果分析

东面阳台有遮阳区域为实验组、无遮阳区域为对照组，测试空气温度、黑球温度随时间的变化，同时监测屋顶气象站的空气温度和太阳辐射，结果如图4所示。

由图4可知，在有阳光直射的情况下，实验组比对照组的环境空气温度低2~3℃，黑球温度低6~10℃。但在10：00后，由于建筑屋顶挑檐的关系将对照组的黑球温度计覆盖在阴影中，使得对照组的空气温度下降，两者的黑球温度逐渐趋同，但由于阳台楼板面、墙面等均处于太阳直射中，较高的表面温度加热了附近的空气，使得对照组的空气温度比实验组高约0.5℃。

对照组和实验组的环境相对湿度与空气绝对含湿量的对比如图5、图6所示，其中空气绝对含湿量由相对湿度和空气温度计算而得。

由图5、图6可知，实验组比对照组的环境相对湿度高3%~10%，整体上有绿植区域的实验组体感湿度较高；开始时对照组的绝对含湿量较大，10：10后实验组的绝对含湿量相对较大。该现象可能是由于在阳光直射时，植物关闭蒸腾作用以减少水分散失，而没有阳光直射后植物的蒸腾作用增强，增大了空气的绝对湿度。

3.2 南面客餐厅固定遮阳效果分析

南面客餐厅飘窗考虑到其南偏西的朝向角度，采用了三角异性固定遮阳板，在窗户内0.5 m处放置黑球温度计，测试空气温度、黑球温度随时间的变化，同时监测屋顶气象站的空气温度和太阳辐射，结果如图7所示。

由图7可见，中午时段室外太阳辐射强烈，但是室内空气温度与黑球温度相差不大，始终保持在0.5℃以内，所以该固定遮阳可以在中午时分实现有效遮阳，避免室内环境受太阳直射的影响。同时在下午每隔1 h用热成像仪对窗户拍照，其表面的热成像结果如图8所示。

由图8可见，位于测试样板房内的客餐厅基本没有直射光线进入，但是由于太阳辐射在窗户表面的热量堆积，使得玻璃、尤其是窗框的内表面温度在下午逐渐升高，达到38℃左右。所以建筑中窗户本身的隔热性能也会影响夏季室内负荷，隔热性能越好，热量传递到室内表面的时间也会越长，可以延缓负荷峰值。

3.3 西面阳台遮阳屏效果分析

西面阳台设置有2面遮阳屏，拉下其中的一面作为实验组，另一面保持开放作为对照组，测试空气温度、黑球温度随时间的变化，同时监测屋顶气象站的空气温度和太阳辐射，结果如图9所示。

对上述结果进行处理，将对照组无遮阳屏处的黑球温度与空气温度的差值和实验组有遮阳屏处的黑球温度与空气温度差值与室外太阳辐射强度的变化进行对比，结果如图10所示。

由图10可见，下午太阳辐射有较大波动，整体随着时间推移辐射强度慢慢减弱，但是有遮阳屏的实验组黑球温度与空气温度差值基本不受室外太阳辐射的影响，整体保持在4℃左右。没有遮阳的对照组黑球温度与空气温度差值受太阳辐射影响波动较大，最大达到11℃，最小4℃，且整体上对照组的温度差值平均数比实验组的温度差值平均数高约2.5℃。说明遮阳屏可以在半室外空间提供有效遮阳，减少由太阳辐射带来的体感温度骤升。

对比测试了不同时间点透过遮阳屏与无遮阳屏处的太阳辐射强度，并计算了当时的太阳高度角，结果如表2所示。

表2 西面阳台有无遮阳屏处太阳辐射强度对比

由表2可见，遮阳屏的太阳得热系数（R有/R无垂直方向）始终保持在0.30以下，即遮阳屏可以阻挡掉70%以上的太阳辐射，有效减少了该区域的太阳辐射得热。同时，对于立面遮阳来说，太阳高度角越高，其遮阳效果越好，太阳高度角较低时，虽然遮阳效果相对减弱，但是太阳辐射强度本身也在减弱。所以，正是因为遮阳屏的有效遮阳使得实验组的黑球温度比对照组黑球温度低近10℃，避免了阳光暴晒引起的体感不适。

4 遮阳效果评估

项目交付半年后，在现场进行了遮阳措施使用评价的问卷调研，共14位住户填写了问卷，根据问卷结果，对上述几种遮阳措施的后评估进行了相关整理。住户对4种遮阳措施的总体评价的平均分值以及最希望持续拥有的遮阳措施各项选择比例如表3所示。

表3 不同遮阳措施的评价分值及认同比例

由表3可见，主卧遮阳卷帘整体上获得了较高的认同感，相对来说绿化遮阳对于条件、环境的要求较高，需要一些养护工作，业主的评价分歧较大，固定遮阳板与活动遮阳屏的认同感相差不多。

对于活动遮阳措施的使用频率调研结果如表4所示。

表4 活动遮阳措施的使用频率调研结果

由表4可见，主卧遮阳卷帘整体的使用频率较高，与业主的生活场景更为相关，多数人会在晚上使用遮阳卷帘。相对来说阳台遮阳屏的使用频率较低，主要与大家的使用习惯有关，当天气较为炎热时，大部分人不会选择长时间停留在室外阳台处。前期设想的遮阳屏使用场景是在初夏或者初秋时，空气温度尚可，只需要遮阳便能满足适宜体感舒适度，可以在阳台进行打牌、下午茶等活动。在回访中也有业主对遮阳屏赞赏有加，认为在夏季下午拉下遮阳屏可以明显感觉客厅的温度有所降低。值得关注的一点是，无论是哪一种遮阳方式，100%的住户均认为目前的遮阳方式对他们生活质量有所改善。

5 结语

（1）垂直绿化遮阳可以实现一定的遮阳效果，在阳光直射较强的炎热环境下，可以降低环境空气温度3℃左右，降低黑球温度6℃左右，同时可以提高环境的相对湿度，对人体舒适度有较大改善。

（2）固定遮阳板在南向夏季有较好的遮阳效果，即便是8月中旬，中午依旧可以实现近90%的直射光遮蔽，且造型简单、后期无需维护。

（3）活动遮阳屏可以有效减少70%以上的立面太阳辐射，与无遮阳区域相比，在夏季太阳辐射较强的时间段内可以降低环境空气温度5℃左右，黑球温度的差值随着太阳辐射强度的变化而变化，最大可达10℃，可以明显改善半室外空间的人体舒适度。

（4）绿化遮阳对于太阳辐射的遮阳效果相较于遮阳屏波动较大，均匀度较差。

（5）活动式遮阳的使用频率较高，分别有近60%和85%的业主表示经常使用阳台遮阳屏和主卧遮阳屏。

（6）整体上业主从使用者的角度来看对金属遮阳卷帘的评价和认可度最高，其次为活动遮阳屏、固定遮阳板，绿化遮阳的认可度较低。其中一个原因是本项目的绿化遮阳是由业主自主打理，需要业主投入的维护成本较高，且挤占了部分公区使用空间。建议在以后的项目中绿化遮阳要在前期与建筑设计更好地结合，处理好喷灌接口等细节，同时在后期运营中要委托物业来统一管理才能保证绿化遮阳达到预期效果。

（7）100%的业主认为目前的遮阳方式对他们的生活质量有所改善，说明上述4种类型的遮阳措施或者产品是有实际的需求和价值的。