住宅外窗遮阳与节能浅析

■ 段 勇 Duan Yong

0 外窗节能的主要指标

窗户的能耗可以从窗户的传热系数、遮蔽系数、气密性能以及可见光透过率等几方面指标来衡量。

(1)传热系数：是衡量由两侧温差引起的经传导、对流和表面辐射等方式通过窗户传递的热量值的指标。降低窗户的传热系数，对于降低建筑物冬季采暖能耗具有显著意义，同时对于降低夏季的空调制冷能耗也有一定的作用。

(2)遮蔽系数：可以用来衡量窗户或玻璃组件相对于3mm透明玻璃透过太阳辐射的能力，在0~1之间。其值越小，阻挡阳光直接辐射的性能越好，有助于阻挡夏季太阳辐射热的进入。

(3)气密性：衡量外窗在关闭状态下阻止空气渗透的能力，共分5级，1级最低，5级最高。

(4)可见光透过率：在透过窗户玻璃组件的太阳光中可见光所占的比率。比率越高，自然采光效果越好。良好的自然采光可以减少人工照明的使用，达到辅助节能的目的。

以上几种有关外窗节能的指标在不同的气候区关注的侧重点不同，需根据需要区别对待，以选择适合本地区的窗户类型(表1)。减少窗户的能耗除了合理地控制窗户的传热途径和方向，还应该降低太阳的直接辐射，即减小遮蔽系数，但同时要考虑与自然采光之间的矛盾，故选择适当的遮阳方式成为外窗节能的手段之一。

不同窗户材料(包括框材、玻璃)及其组合对窗的节能效果具有直接的影响，通过对比可以清晰地看到差别(表2)。目前住宅较常用的窗户材料为中空玻璃塑钢窗和中空玻璃铝合金窗，传热系数在2.7~4.2W/(m2·k)之间，与欧美发达国家住宅外窗的传热系数(1.5~2.0W/(m2·k))相比，节能水平尚有差距。

表1 不同气候区推荐的窗户的节能性能

表2 不同外窗构造的能耗值和节能率

1 外窗宜设置活动外遮阳

在炎热的夏季，太阳辐射透过窗户直接进入室内的热量是造成室内过热或严重增加空调制冷负荷的主要原因。住宅外窗遮阳可以反射和吸收大部分的太阳辐射，有利于防止室温升高和波动。因此，设置外遮阳是减少太阳辐射热进入室内，达到节能目的的一个有效措施。一般情况下，在夏热冬冷地区，夏季通过无遮阳窗进入室内的太阳辐射能占到空调能耗的23%～40%。若采用遮阳措施，可节约空调耗冷量4～5W/m2(按遮阳率80%计)。《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2001)的4.0.6条也建议“外窗宜设置活动外遮阳”。同时为了兼顾冬季期间多得太阳辐射热以减少采暖负荷，所以设置活动式遮阳较为合理)仅夏热冬冷、夏热冬暖和温和地区须考虑外窗遮阳，严寒、寒冷地区非必须。

生活中，住户为了解决夏季凸窗日晒问题，常采用在室内挂窗帘或百页的内遮阳方式，这样虽然可以避免太阳直射室内，却对减少室内辐射得热作用不大——窗帘吸收了太阳辐射后，本身就成为向室内散发长波辐射的物体。因此，采取外遮阳措施是减少凸窗夏季得热的主要措施。从(表3)的常用遮阳设施太阳辐射热透过率的数据比较中可见，外遮阳隔热效果优于内遮阳。

原则上，外遮阳既要求能够阻止夏季太阳辐射，又要不影响冬季阳光进入室内，同时还不应影响通风和正常采光，因而采用活动式的外部遮阳比较合适，夏季外窗节能设计应该首选外遮阳，如铝合金卷帘、百页窗、遮阳篷等。

外遮阳设施一般可以分为水平式、垂直式、综合式和挡板式四种。过去，遮阳设计在建筑上的体现往往是固定于外墙上的或水平、或垂直的混凝土板或者金属板。随着成套遮阳产品的发展丰富，建筑师有了更多的选择，遮阳设计得以简化，甚至可以简单到只需挑选产品，而无需进行复杂的设计工作与细节性的施工装配。如今，国内外的遮阳产品品种多样，同类产品中还有多种式样和颜色供选择。它们大都可以收放，其操作可在建筑室内由手动或电动控制，或者由阳光传感器自动作用。

在欧洲，居住建筑外遮阳应用非常普遍，几乎有窗就有外遮阳。其产品技术成熟，质量稳定。目前，我国已有引进的成套遮阳成品生产线，如德国的ALULUX，中、瑞、德合资的EVERSHADING等。

在国内，“锋尚国际公寓”是北京地区知名的商业地产项目，因其借鉴了欧洲发达的国家住宅标准，在提高住宅舒适性同时降低能耗方面走在前列，成为“绿色住宅”的典范。该项目在公寓楼栋的外窗采用了铝合金卷帘，南阳台采用了聚丙烯晴纶遮阳帘，会所采用了遮阳百页等遮阳措施，甚至在屋面也安装了遮阳蓬，在遮阳上可谓做到了“全副武装”。

提倡采用活动外遮阳，并不是要摒弃内遮阳。窗帘的功能不仅仅是遮阳，还有私密性的要求，即遮挡外来视线，对于住宅尤其如此。而且，窗帘还是改善室内空间品质的手段之一，因此在居住建筑中室外遮阳不可能完全替代室内遮阳，两者可配合使用。

表3 常用遮阳设施的太阳辐射热透过率(%)

3 普通窗活动外遮阳类型

3.1 百页遮阳

遮阳百页开合程度和角度都可进行手动调节，安装在窗户外侧的百页适用于对隔热和防护要求较高的场合，有卷帘、折叠、平开、推拉等开启方式。它们不仅在夏季遮阳，在冬季还对窗户起到防护作用，避免寒风侵袭。金属百页片还可设计成包裹有玻璃棉或其他保温材料的复合结构，提高保温隔热性能。由于叶片较多且密，清洁并不是特别方便，针对与此，也有百页直接隐藏于双层玻璃的遮阳产品应市(图1~3)。

3.2 卷帘遮阳

卷帘帘片的材料常用铝合金和PVC，安装于卷轴，可通过手动或电动控制，沿导轨在垂直方向展开。在帘片和卷帘盒部分设保温材料时，关闭卷帘有助于室内保温隔热，并且在卷帘全部展开时有一定的隔音作用，但由于视线也被全部遮挡，对观望视线有影响。

与其它遮阳方式不同的是，质地坚固的帘片完全关闭时还兼有防盗作用，成为集遮阳、保温、防盗为一体的多功能遮阳产品(图4、5)。

3.3 遮阳篷布

遮阳篷布材料多为聚丙烯晴纶类织物，颜色多样，遮阳效果因其安装方式、材料和颜色而有所不同。遮阳篷布通过手动或电动控制，一般沿垂直方向展开，称垂直式遮阳蓬；也可配合导轨或导索导向可调节倾斜角度，以遮挡不同高度角的阳光，称曲臂式遮阳蓬。遮阳篷布方式适用于底层或多层居住建筑，不适合高层建筑的遮阳(图6~8)。

遮阳篷布可为阳台、露台等提供较好的遮阳方式，特别是在要扩展户外活动空间却不被紫外线照射的情况下。

3.4 纱幕遮阳

遮阳纱幕在安装上与遮阳篷布类似，紧贴着窗户外侧。纱幕材料主要为玻璃纤维，耐火防腐；同时，遮阳纱幕可以透过光线，保持了一定的可见度和自然采光；另外，它可阻挡部分的紫外线，减少紫外线对室内物品的损害(图9)。

遮阳纱幕与普通的遮阳篷相比，尤其对东西向的外窗遮阳更有效。因为倾斜角不大的遮阳篷对低角度的阳光几乎不起遮挡作用，而遮阳纱幕则不存在这样的问题。

活动式外遮阳于外可丰富建筑立面形象、创造优美的视觉效果，于内可调节室内光线分布、防止眩光。除了以上所列举的几种遮阳形式，一些遮阳产品的生产商还可为客户提供针对特定情况的遮阳产品设计，这些产品(有时是几种产品混合使用)能够提供更优化的遮阳解决方案。有时，建筑师也可应对特殊需要自行设计遮阳系统，以形成独特的建筑外观。总之，由于遮阳材料及形式的选择更加广泛，无论是传统构件还是新型材料，只要设计得当，都能取得良好的遮阳效果(表4)。

4 凸窗外遮阳

对于凸窗的遮阳方式，需同时考虑三个不同朝向的采光面遮阳，同时还要考虑尽量少遮挡观景视线。因此，采取常规的普通窗外遮阳方式，无法满足凸窗的这些要求。于是，在凸窗上使用成品化的活动式垂直外遮阳，将成为解决凸窗遮阳问题的主要手段(图10)。其原因在于：

(1)易于控制。成品化的活动式垂直外遮阳的开启与闭合，可由住户手动或电动控制，甚至可根据日照变化改由电脑进行智能控制，较为人性化。

(2)功能多样、使用灵活。集保温、隔热、遮阳、隔音、防盗和遮挡视线)保护个人隐私)于一体，并可根据具体情况调整外遮阳的位置。

(3)设计、安装方便。分明装和暗装两种方式，设计时只要预留位置，后期由专业厂家负责安装。已建成建筑的凸窗也可根据具体情况进行加装。

(4)形式多样化。目前，活动式垂直外遮阳的种类主要有铝合金卷帘、树脂型卷帘和各种百页等。其功能和使用方法略有不同，可根据建筑立面风格和具体需要酌情选择。

表4 住宅常用的活动外遮阳形式

5 结语

综上所述，遮阳系统是某些气候区在住宅建筑的设计阶段就必须要解决好问题，但必须注意的是，遮阳形式的设计和选择不是孤立的环节，它应结合规划、建筑单体设计等整体考虑。建筑设计师既可自行设计遮阳构件，也可直接选用遮阳成品，或者与生产商合作定制特定的遮阳产品，以实现遮阳系统的最优化——通过窗材的技术进步、窗户的构造改进以及恰当的遮阳系统设计，住宅建筑不仅能节约能源、节省运行费用，更可提高住户的热舒适性和光舒适性，提供居民更人性化的居住体验，形成内外空间环境俱佳的建筑。