上海地区绿色建筑遮阳系统建成实效研究

葛曹燕 廖琳 朱晓波 季亮 / GE Caoyan, LIAO Lin, ZHU Xiaobo, JI Liang

上海地区绿色建筑遮阳系统建成实效研究

葛曹燕 廖琳 朱晓波 季亮 / GE Caoyan, LIAO Lin, ZHU Xiaobo, JI Liang

随着全国绿色建筑蓬勃发展之势，上海地区绿色建筑也步入规模化及实效化发展轨道。2014年，上海颁布《上海市绿色建筑发展三年行动计划（2014-2016）》，明确提出新建绿色建筑、新建装配式建筑、既有建筑节能改造等重点领域的发展目标；发布实施住宅和公共建筑绿色设计标准，将绿色建筑推向规模化强制发展渠道；在既有8个市级低碳发展示范区的基础上评审通过7个市级绿色建筑集中示范区，推动绿色建筑的规模化发展。截至2014年底，上海市共获得绿色建筑标识项目168项，其中公共建筑占比最大，达63%，获得运行评价标识的项目占公共建筑总量的6%（图1）。

为引导行业向质量监管和运行实效方向发展，上海市在全国率先成功组建了“国家绿色建筑质量监督检验中心”，并在系统梳理既有绿色建筑认证项目的基础上，启动了本地区绿色建筑运行实效评估分析。

1 整体运行调研

图1 上海地区历年绿色建筑发展趋势及项目占比

近年，国内研究机构及行业专家对绿色建筑开展过不同形式的后评估研究分析，典型的如清华大学林波荣等（2012）开展的绿色建筑常用节能技术后评估研究，叶祖达等（2011）开展的绿色建筑成本效益研究，阳春等（2014）开展的北京等地区绿色建筑后评估研究。因绿色建筑的运行实效受地方资源、政策等因素影响，具有因地制宜的特征，因此有必要对上海地区的绿色建筑运行实效开展系统分析，

以便为后期发展提供反馈指导。

研究团队选定了上海地区21项获得绿色建筑设计（或评价）标识、建成运行且具备调研条件的工程开展运行评估，其中公用建筑14项、住宅建筑7项，调研项目的平均入住率76%。调研步骤包括：（1）开展项目前期标识申报材料分析、工程实施及运行现状核查、物业运行数据分析、住户访问谈等；（2）汇总分析，聚焦部分具备典型意义的技术要项，开展专项深入分析及研究；（3）总结形成地方绿色建筑发展技术指南。

经调研分析，对21项绿色建筑案例在设计阶段采用、建造阶段落实、运营阶段应用的各项技术进行统计，得到的技术频谱如图2所示。可见，上海地区：（1）绿色建筑技术在设计阶段的选用度：前3名为透水地面、节水灌溉及雨水利用，后3名为中水利用、河道水利用、自然通风强化；（2）绿色建筑设计技术的总体建造率高于75%，其中44%的技术完全按照设计落实；（3）绿色建筑技术运营阶段应用度较差的技术包括：中水、雨水、自然通风，即设计中采用该3项技术的项目，实际正常运行的项目不足50%。

通过被动设计提升绿色建筑的能源与环境品质，实现较优的技术经济效益，是绿色建筑的重要原则之一。在图2所示的技术频谱图中，遮阳、采光、通风等均属于被动设计范畴。调研显示，这类技术因建筑一体化设计、投资增量可控等因素，工程应用度相对较好；但不排除部分项目因小业主二次装修、物业运维等因素导致设计技术未能有效运行。限于篇幅，本文着重分析绿色建筑遮阳系统的设计及运行实效。

2 建筑遮阳系统

图2 上海地区21个调研项目的绿色建筑技术频谱

图3 绿色建筑调研案例的遮阳技术采用情况

建筑遮阳是上海地区重要的节能措施之一。上海市《住宅建筑绿色设计标准》（DGJ08-2139-2014）在“建筑设计与室内环境”章节指出：“6.3.7建筑遮阳设计可采取下列措施：（1）宜利用建筑之间和建筑自身的构件（阳台、构架、挑板）、形体形成互遮阳和建筑自遮阳；（2）南向、东向和西向外窗采取活动外遮阳；（3）建筑遮阳设施应与建筑一体化设计，并做到同步设计、同步施工、同步验收。”

在本次调研的21个绿色建筑运行案例中，共计有13个项目采用了建筑遮阳措施，其中11个为公共建筑案例、2个为住宅建筑案例（图3）。

调研显示，遮阳在上海地区绿色公建中的使用率较高，占调研总数的78.6%；在绿色住宅中的总体使用率相对较低。调研案例所采用的遮阳形式可归为4类：形体自遮阳、绿化遮阳、构件式固定外遮阳、构件式可调外遮阳，部分案例根据不同立面的日照辐射情况，采取了综合遮阳措施（表1）。

2.1 形体自遮阳

调研中的J楼采用了典型的形体遮阳设计（图8）。项目主楼逐层错位悬挑叠加，外挑幅度按照夏至日正午太阳高度角82°计算确定，以使得上部楼板的阴影正好可对下部楼层形成自遮阳；另一方面，随着冬季太阳高度角降低，光线则可避开楼板的遮阳而直接进入室内（图9）。

表1 典型的建筑遮阳形式及案例

图4 英国伦敦市政厅

图5 智利圣地亚哥Concorcio大厦（来源：恩里克·布朗，2010）

图6 朗诗布鲁克楼（来源：Peter Ruge Architekten）

图7 清华低能耗示范楼

为了更好地控制夏季建筑室内辐射得热和眩光，项目依据不同立面的采光分析情况采取了综合遮阳措施：在南向局部楼层立面采用双层外窗中置可调遮阳卷帘、在主楼西立面采用“Low-E玻璃+内遮阳卷帘”、在建筑入口门厅外幕墙采取爬藤绿化等形式，进一步提升建筑全年的遮阳效果（图10）。

经使用者调研分析，该项目的室内采光舒适度和热环境满意度较高（张颖 等，2014），满足设计及施工预期。但同时，项目不规则形体设计也在一定程度上带来了建筑体形系数的增大和结构造价的增加。

2.2绿化遮阳

调研中的多个建筑，S楼、J楼、D楼均采用不同形式的垂直绿化遮阳形式（图11～13）。

调研显示，S楼在每层立面外侧设置了绿化种植槽及外拉式金属架，供绿植攀爬。考虑四季景观，项目选择了不同的植物和花木进行配比种植，并进行精心维护。现场绿植长势较好，更有天牛、蝴蝶等昆虫攀居其中，形成了良好的微生态系统。据反馈，供植物攀爬的金属搁架夏季经太阳暴晒过热，易灼伤植物，因此需更换苗木，带来一定的运维增量成本。

J楼在门厅幕墙外侧设金属棚架，种植了地栽型紫藤，初夏开繁花，景色优美；冬季落叶后仅留下藤蔓，可在门厅引入冬季暖阳和绰绰藤影。项目运行5年来未见植物灼烧现象，基本零维护。

D楼在建筑东立面采用了模块化绿植（陈剑秋，2012），由物业统一跟踪维护，确保灌溉系统的有效性，运行近两年来植物总体长势良好，偶有植株更换。

图8 J楼形体遮阳

图9 J楼典型日日照阴影分析

图10 J楼采用综合遮阳措施

图11 S楼立面分层攀援绿化遮阳

基于案例分析，提出以下建议：

（1）绿化遮阳作为建筑的季节变换型表皮，可在不同季节形成可变遮阳系数，有效改善外围护的热工性能；另外，植物的蒸腾冷却作用将有效降低建筑表皮温度。

（2）垂直绿化遮阳形式主要表现为：墙面攀援、搁架攀援、模块化种植；建议在设计许可的情况下优先选择维护简易、成本较低的地栽攀援植物，并考虑避免植物根系对外墙面的破坏。

（3）设置独立爬藤搁架时，应兼顾考虑其材质的耐久性和植物的可攀爬性，如钢构不宜过密，避免夏季高温灼伤。

2.3 构件式固定外遮阳

调研中采用固定遮阳形式的案例较多（图14）。该类项目的遮阳肋片或遮阳条与建筑幕墙系统一体化设计安装，兼具幕墙光污染防治和遮阳作用（表2）。

研究团队就固定遮阳构件的有效性进行了数值模拟分析。以Q楼为例，建筑全年日照辐射模拟分析结果显示：该设计（与未设置垂直肋片方案相比）在夏季降低日照辐射17.24%、冬季降低16.64%，可谓此消彼长；综合考虑过渡季得热衰减，该设计全年遮阳有一定效果，但总量较小（图15）。

图12 J楼门厅攀援绿化遮阳

图13 D楼立面模块化绿植墙体

图14 构件式固定遮阳之典型案例（左：H楼、右上：Q楼、右下：T楼）

表2 构件式固定遮阳调研案例比较

图15 Q楼构件式固定遮阳效果分析

另一个相似案例是位于虹桥低碳商务区的W项目（图16）。因建筑采用了较大的挑檐构件（展宽982mm），其夏季遮阳的正向效果明显大于冬季的日照遮挡，全年综合遮阳效果显著（图17）。

图16 W楼构件式固定遮阳

图17 W楼构件式固定遮阳效果分析

综上，构件式固定遮阳形式多样，造价相对较低，可进行建筑一体化设计。需要关注的实施要点在于：设计需兼顾光污染防治，并考虑室内视线；要通过前期计算，确定适宜的遮阳构件的宽度、与幕墙的间距，确保全年“真正有效遮阳”；施工安装时充分考虑固定遮阳肋片后期的清洁与维护。

2.4 构件式可调外遮阳

近年来，可调外遮阳相关产品、设备及控制系统的研发及生产发展迅速、日趋成熟，有较多形式可供选择，典型如折臂帘、轨道式卷帘、机翼型百叶、铝合金百叶，等等。

本次调研的多数项目均建成运行1年以上，前期设计施工时较少采用可调外遮阳系统。经调研分析，其原因在于3个方面：可调外遮阳系统造价较高；设计师对于可调外遮阳系统与立面的协调性表示疑虑，部分高层建筑因安全问题不适合安装；投资方担心遮阳系统的运行寿命，尤其是控制系统，担心为后期入住的小业主或物业公司带来困扰。

调研发现，个别项目在一次建设中设计安装了可调遮阳系统，小业主二次装修时破坏了电控线路，致使可调遮阳百叶失控，参差不齐、无法调节；另有部分运行较长时间的案例反馈，所选的可调外遮阳百叶（两边拉锁滑轨）在运行3～5年内多次损坏，物业更换维修麻烦。也有一些运行较好的案例，在双层外窗间设置可调遮阳卷帘，既可随季节调节，又可以防止室外气候对遮阳系统的损伤（图18）。

图18 可调遮阳系统典型案例

调研中有两个住宅项目采用了可调外遮阳系统，分别为外遮阳卷闸帘和可调遮阳百叶，均与外窗的窗框一体化结合安装（图19）。

小业主反馈使用效果良好；物业方反馈运行两年来仅有少量住户的设备因故障更换，其造价“较高但可接受”。

表3 对本地区常见遮阳形式的汇总分析

图19 住宅项目可调遮阳系统典型案例

综上，可调外遮阳系统因初投资及维护成本较高，目前在上海地区的使用尚不太普及；宜结合公建、住宅的不同建筑形式选择适用系统，并合理考虑可调遮阳的控制模式。

2.5 建筑遮阳调研结论

建筑遮阳是上海地区适用的绿色建筑设计方法及应用技术，宜根据建筑形式选择适用方式，优先鼓励建筑一体化被动设计；宜在设计前期开展数值模拟分析，优化系统设计，确保全年遮阳的有效性；遮阳系统的设计及构件采购安装，需综合考虑投资经济和运维便利。表3是对上海地区常见遮阳形式的汇总分析。

3 结论

通过对上海地区的21栋在运行的绿色建筑开展调研，分析绿色建筑相关技术的完成度及建成实效；聚焦被动设计中的建筑一体化遮阳系统，包括形体自遮阳、绿化遮阳、构件式固定外遮阳、构件式可调外遮阳等，分析其适用类型及使用要点，供同类型绿色建筑设计施工参考借鉴。研究得到的结论及建议如下：建筑遮阳是上海地区适用的绿色建筑设计方法及应用技术，目前被较为广泛地采用；实际工程设计中宜根据建筑形式选择适用方式，优先鼓励建筑一体化被动设计；建议在设计前期开展数值模拟分析，优化系统设计，确保全年遮阳的有效性；遮阳系统的设计及构件采购安装，需综合考虑投资经济和运维便利。

[1] 上海市人民政府办公厅.上海市绿色建筑发展三年行动计划（2014-2016）[Z]，2014-06-17.

[2] 林波荣，肖娟.我国绿色建筑常用节能技术后评估研究[J].暖通空调，2012（42）.

[3] 叶祖达，梁俊强，李红军，等.我国绿色建筑的经济考虑——成本效益实证分析[J].生态城市与绿色建筑，2011（04）.

[4] 阳春，路宾，孟冲，等.北京地区绿色建筑运行实效调研分析[J].建筑科学，2014（06）.

[5] 恩里克·布朗.建成14年后的COMSORCIO-SANTIAGO大厦[J].生态城市与绿色建筑，2010（3）.

[6] 张颖，杨建荣，王瑞璞.上海市建筑科学研究院莘庄综合楼绿色建筑运行效果研究[J].暖通空调，2014（44）.

[7] 陈剑秋.可持续教育建筑——上海市委党校二期工程可持续技术应用示范[M].上海：同济大学出版社，2012.

葛曹燕，硕士，高级工程师，上海市建筑科学研究院

廖琳，硕士，工程师，上海市建筑科学研究院

朱晓波，硕士，工程师，上海市建筑科学研究院

季亮，博士，高级工程师，上海市建筑科学研究院

2015-02-09

RESEARCH ON OPERATION PERFORMANCE OF SUN-SHADING SYSTEM OF GREEN BUILDING IN SHANGHAI

对上海地区的21栋运行中的绿色建筑开展调研，分析绿色建筑相关技术的完成度及建成实效；聚焦被动设计中的建筑一体化遮阳系统，包括形体自遮阳、绿化遮阳、构件式固定外遮阳、构件式可调外遮阳等，分析其适用类型及使用要点，供同类型绿色建筑设计施工参考借鉴。

Based on the survey on 21 green buildings in Shanghai, this paper analyzes the implementation and operation performance of the related technology. It focuses on the passive design of the integrated sun-shading system of buildings, including self-shading, green shading, fxed external shading, and adjustable external shading. It further explores the applicability and key points of using different types of shading systems, which may provide a reference for the same type of green buildings in Shanghai.

绿色建筑 建成实效 被动设计 遮阳系统

Green Building, Operation Performance, Passive Design, Sun-Shading System

科技部“十二五”科技支撑课题（2011BAJ10B03）。