安徽地区建筑遮阳设计分析

张 程

（合肥学院建筑工程系，安徽 合肥 230601）

安徽地区建筑遮阳设计分析

张 程

（合肥学院建筑工程系，安徽 合肥 230601）

建筑遮阳是建筑节能的重要方法之一，从安徽地区气候特征和建筑遮阳存在的问题出发，通过调研分析总结出适合安徽地区的遮阳设计要求，并指出今后安徽建筑遮阳的发展趋势，为遮阳设计提供参考。

安徽地区 建筑节能 建筑遮阳

0　引　言

随着全球能源日益匮乏，能源消耗问题已经引起各国的极大重视，其中建筑能耗占有相当大的比例，如何降低建筑能耗就显得尤为重要。建筑遮阳是建筑节能的重要措施，不仅可以遮挡直射阳光透过玻璃进入室内，防止光线过分照射和加热建筑外围护构建，从而营造舒适的室内热环境，降低夏季空调耗能，而且能够防止室内强烈的眩光，使室内照度均匀分布，提高使用者的视觉舒适度。

1　 安徽地区遮阳现状和存在的问题分析

1.1安徽地区气候环境特征

安徽地处中纬度地区，在东经114°54′～19°37′，北纬129°41′～34°38′之间，属长江、淮河中下游，长江三角洲腹地，属于暖温带与亚热带气候过渡区。在淮河以北是暖温带半湿润季风气候，在淮河以南是亚热带湿润季风气候。在中国建筑气候区划图中横跨夏热冬冷和寒冷两个地区，南北气候较大，地势成南高北低的走向（如图1）。全年平均气温为14～17 ℃，但夏冬季节温差较大，1月份平均气温为-1～4℃，7月平均气温为28～29 ℃。针对安徽的气候和地势特征，划分为江南（长江以南）、江淮（长江与淮河之间）、淮北（淮河以北）地区，这三个地区的典型气候代表城市为黄山市、合肥市、亳州市，其主要气象指标如表1所示。在建筑遮阳的具体设计上可以依据地区的不同进行相应的节能设计。

1.2有关节能设计标准对安徽地区建筑遮阳的规定

根据《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93）对于严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区的划分，安徽省绝大部分处于夏热冬冷地区，只有一小部分皖北地区属于寒冷地区，其对划分的依据与设计的要求如表2所示。在节能设计上，必须既要满足夏季防热，又要满足冬季保温的双重要求。[1]

图1　中国建筑气候区划图（图片来源：建筑气候区划标准GB50178－93）

表1　安徽地区3个代表城市气象参数

《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）中第3.2.5中规定，夏热冬冷地区建筑各朝向外窗（包括透光幕墙）均应采取遮阳措施；寒冷地区的建筑宜采取遮阳措施。当设置外遮阳应符合下列规定：东西向宜设置活动外遮阳，南向设置水平外遮阳；建筑外遮阳设施应兼顾通风和冬季日照。

表2　建筑热工设计分区及设计要求

《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2010）中第4.0.7规定，东偏北30 °至东偏南60 °、西偏北30 °至西偏南60 °范围内的外窗应当设置挡板式遮阳或可遮住窗户正面的活动外遮阳，南向的外窗宜设水平遮阳或可遮住窗户正面的活动外遮阳。

《安徽省公共建筑节能设计标准》（DB34/1467-2011）中第4.4.2中规定，公共建筑的东、南、西向外门窗（含透明幕墙）宜设外遮阳。需兼顾冬季日照取暖时，应当优先采用活动遮阳，且满足以下要求：东、西向的外门窗宜设挡板式遮阳或可遮住窗户正面的活动遮阳；南向外门窗宜设水平遮阳或活动外遮阳；当单一开间的外门窗的窗墙面积比大于0.45时，应当设置建筑外遮阳；屋顶天窗（含中庭采光），应设外遮阳。

《安徽省居住建筑节能设计标准》（DB34/1466-2011）中第4.3.2规定，居住建筑东、南、西向外门窗宜设置外遮阳，且符合以下规定：东、西向的外门窗（东或西偏北30 °至偏东60 °范围）宜设挡板式遮阳或者可遮住窗户正面的活动外遮阳；南向外门窗宜设水平遮阳或活动外遮阳；当单一开间的外门窗的窗墙面积比大于0.45时，应当设置建筑外遮阳。

另外，在以上设计标准中都对外窗的综合遮阳系数都做了明确的限制规定。但是现行的规范对遮阳的规定都过于笼统，“概念性”大于“修建性”，未如同建筑保温那样做了详细的技术规定条款，也没有纳入建筑节能计算的强制指标内，使得在实际的遮阳设计上指导意义不大。

1.3安徽地区建筑遮阳存在的现状与分析

早期的建筑主要以单层、多层为主，在建筑遮阳上利用屋顶挑檐、外走廊以及窗洞自身的厚度来自遮阳，如皖南现存的明清古民居，利用高深的天井挑檐来阻挡夏季直射的阳光进入内院。随着现代建筑的兴起，专为建筑遮阳的设计却很少甚至很多建筑根本就没有设置遮阳设施，即使部分有，也多为防雨、防水而设，遮阳并非其本意。

建筑造型缺乏整体考虑，艺术与技术结合度低。在方案设计上没有把遮阳构件作为艺术造型的表现手法，缺乏整体性考虑，导致遮阳为建筑完工后的附加部分，为遮阳而遮阳，不能发挥其在建筑细部上的艺术表现力。另外在后期遮阳产品的安装过程中给主体结构、外部空间的安全性带来隐患。

对建筑遮阳的重视度不够。无论是建筑师、政府规划管理部门还是房地产开发商、业主都没有把遮阳作为节能设计的重要措施加以重视，导致在新建的项目上，基本没有考虑遮阳设计，有些遮阳雨篷的设置更多的是由于防雨的要求。正是由于经济的发展，科技的进步，使得人们对室外的温度敏感度降低，大量使用科技手段如室内空调等来调节气温，营造舒适的室内环境，从而漠视了遮阳的作用，而这恰恰是建筑高耗能的源头之一。[3]

缺少与能源利用的结合，忽视太阳能的作用。对资源利用的意识薄弱，极少把太阳能的利用与建筑遮阳结合起来设计，遮阳仅仅为了遮阳，遮住的阳光又白白的流走了，未能有效的把遮阳部件作为太阳能的集热器加以利用，进行太阳能一体化设计，如光伏遮阳百叶、光热遮阳百叶等。

建筑遮阳构件对室内的通风、采光及视线产生不利影响。遮阳设施在遮挡阳光辐射的同时，也减低了室内的照度，尤其在阴雨天影响更大。不合理的遮阳方式阻碍空气流动，阻挡室内自然通风的流向，另外还会在窗口位置遮挡视线。所以在遮阳设计时，要统筹兼顾，在保证遮阳效果的同时，能够协调好与通风、采光和视线阻挡的矛盾。[4]

现有的遮阳材料单一，无构造节点设计。通过调研现有的安徽地区建筑遮阳使用的材料和构造节点设计多单调乏味，主要有混凝土遮阳板、雨篷遮阳、玻璃遮阳等，极小采用金属百叶遮阳，走的是低技术路线，总体上缺少创新和多样化，且不利于环境保护。而国外在材料使用上，多采用环保材料，结合建筑本身进行构造设计，遮阳效率高，与建筑造型和谐统一，成为建筑细部的表达方式，体现建筑的地域性、文化性。

2　建筑遮阳的分类及适用位置

建筑遮阳的分类方式众多，各个学科和专业从不同的角度出发，有不同的分发，通常有以下几种分法：

2.1以遮阳构件在建筑中所处的位置可分为：

内遮阳、中间遮阳、外遮阳内遮阳是指安装在建筑物室内侧的遮阳设施，既能够减少透过门窗玻璃的太阳辐射对室内的光、热环境的直接影响，提高建筑使用舒适度，又能隔断室内外视线，保障室内空间的私密性，另外还能起到装饰和美化环境的作用。

中间遮阳是位于两层透明玻璃之间的遮阳设施，可以吸收和遮挡太能辐射。

外遮阳是安装在建筑物室外侧的遮阳设施，也是遮阳效果最好的方式，据的研究成果，外遮阳装置可以阻隔80%的太阳能辐射热进入室内，同时还表明在使用同一种遮阳设施时，内遮阳转变为外遮阳后传入室内的热量将大幅减少，如图2。[5]

2.2按照外遮阳的形式可分为：水平式、垂直式、综合式、挡板式

水平式遮阳，可以有效遮挡太阳高度角较大的，从窗口上方投射过来的光线，适用于南向的外窗，是最常见的遮阳设施。

图2　内、外遮阳设施对太阳辐射的影响（资料来源：建筑遮阳与节能[M]）

垂直式遮阳，能够有效遮挡太阳高度角较小的，从窗口两侧投射过来的光线，适用于东北向、西北向的外窗。

综合式遮阳，由水平式和垂直式遮阳组合而成，可以有效遮挡太阳高度角中等的，从窗口前方斜射过来的光线，遮挡效果较均匀，适用于东南向、西南向的外窗。

挡板式遮阳，能够有效遮挡太阳高度角较小的，从窗口正向投射过来的光线，适用于东向、西向的外窗（图3所示）。[6]

图3　外遮阳的基本形式（资料来源：生态视角下的建筑遮阳系统初探[J]）

2.3按遮阳构件的可控性分为：固定遮阳、活动遮阳

固定遮阳是指固定在建筑物上，不可调节尺寸、形状或者遮光状态的设施，如常见的雨篷、混凝土遮阳板等，使用的灵活性受限，不能根据环境的改变而变化，会对采光、通风及视线有一定的影响，但其经济投入低、维护方便，目前是使用量最大的一类建筑遮阳。在设计和施工时，应根据当地气候条件和建筑使用功能的要求进行外形、尺寸、构造等正确设计，发挥其遮阳的最大作用。

活动遮阳是指固定在建筑物上，可以调节尺寸、形状或者遮光状态的设施，也称为可调节式遮阳。与固定式遮阳相比，其遮阳的灵活性、针对性更好，在使用中可以根据气候变化和对采光、通风及视线的要求自行调节，但日常维护较复杂，经济成本投入也相对较高。活动遮阳依据可调节的方式，又可分为手动、自动两者形式。手动式是由人工调节遮阳状态，而自动是以电动控制系统或自动控制系统根据气候条件的变化而自行进行相应的调整。

另外还可以按遮阳的位置分为门窗（幕墙）遮阳、屋顶遮阳，外墙遮阳等，根据形态特征又可分为百叶式、卷帘式、网幕式、棚式等。

3　国内外建筑遮阳的典型案例分析与启示

国内外对建筑遮阳的成功实践的典型案例较多，下面选择两个做详细分析，学习其设计的手法，为安徽地区建筑遮阳提供方法参考。

3.1深圳万科中心大楼

深圳万科中心大楼是由美国建筑师史蒂芬•霍尔（Steven Holl）设计，建筑为了获得充足的日照阳光采用了大面积的玻璃，同时，为了避免在夏季室内产生过多的太阳辐射热，以及在冬季引起的眩光，除了在设计上采用了低辐射、高透光的玻璃材质以外，还配备了创新式的，可自动调节的外遮阳系统。这种系统能够依据室内的照度、太阳高度角的大小，自行在0-90 °开启范围内调节水平遮阳板，得到较为理想的遮阳效果，并通过精确的孔隙率计算，使得在遮阳的同时不会对窗外的视线产生干扰，很好的解决了遮阳、采光、通风之间的矛盾。另外结合太阳能的利用，设计了太阳能热水和光伏电系统。

图4　 深圳万科中心 （图片来源：www.baidu.com）

3.2美国能源部大厦

美国能源部办公大楼，是获得LEED铂金认证的零能耗建筑，其出色的遮阳设施功不可没。在建筑的南立面上精心设计了高科技的遮阳产品，窗户也由三段组成，最上端设置了经由电脑模拟计算而设计的多条“V”型截面的遮阳片，太阳光照射在这一精确设计的遮阳片上，可以反射到室内的天花板上，为房间内提供自然照明。窗户的中部设计了倒“U”型遮阳罩，防止光线直射，产生眩光。窗户的下端最为可开启的窗扇，用于自然采光、通风（如图3）。[7]

这种组合式外窗遮阳的设计，即防止了过多的太阳辐射进入室内，又可以保证室内的照度，并与建筑外立面造型一体化设计，体现了技术与艺术的完美结合。

图3　美国能源部大楼外窗（图片来源：www.telaijz.com）

4　安徽地区建筑遮阳发展的趋势和方向

通过以上的调研和分析，笔者认为安徽地区建筑遮阳的发展趋势应该加强对现有技术的改进，加强对国内外先进、成熟、高效的的遮阳设计的学习和借鉴，但其发展的原则应该符合经济、生态、高效、美观的原则。在低层、多层建筑中可使用可调节式的手动外遮阳设施，高层可考虑使用固定的金属遮阳板、遮阳百叶等，并结合建筑立面的美观性，与建筑一体化设计。另外在重点、大型的公共建筑中应考虑使用智能化可调节的遮阳设施，减少建筑能耗。

安徽地区建筑遮阳的发展方向可归纳为以下几点：

4.1建筑遮阳的地域化

在设计建筑遮阳的同时要注意分析和利用当地的自然条件，选择最适宜该地区的遮阳方式，体现建筑遮阳地域化的趋势。地域化是建筑遮阳充分发挥其节能效果的有效途径，在结合当地自然条件的同时，需要更多的融入当地的传统和人文特征，利用现代化的技术使建筑遮阳设计体现文化性、民族性、地方性。遮阳不仅是建筑节能的一同途径，更要表现出文化的传承。

4.1.1建筑遮阳的地域化需要与地形、地貌以及气候特征等相融合

自然环境中的地形、地貌和气候特征是影响建筑遮阳地域化发展的基础因素。安徽地形、地貌复杂多样，山地、丘陵与平原南北相间排列，是一个多丘陵、山地的内陆省份，地势为西南高，东北低，北连淮北平原，东迤江淮丘陵，西卧大别山脉，南枕皖南群峰。全省地处中纬度，是季风气候最为明显的区域之一，四季分明，日照充足。在遮阳的设计上需要因地制宜，区别对待各地区的地貌、气候等特征，整合各地区自然环境要素进行遮阳设计。

4.1.2结合建筑遮阳的要求使用当地的材料和相关先进技术

遮阳的材料选择可以充分展示其地域特征，既能保持历史中朴实的印迹，又能融合当代科技发展的成果，展现多元、开放的建筑风貌。以安徽当地盛产的材料作为遮阳构件的主要材料，依据美学和力学结构的原理加以设计，同时大力扶持当地企业的遮阳产品研发和先进生产技术的引进力度，协调地区的经济技术水平、资源、生态环境等需求，以易于操作的方法和较低的成本来造福一方百姓，把因材而制、因地制宜的原则来思考和研究建筑遮阳的发展思路。如由FOA建筑事务所设计的位于马德里郊区的 Carabanchel区一个政府公租房项目，在建筑外围安装了一层用当地盛产的竹子做的遮阳板，使竹子成为这一建筑的“主题”。

4.1.3在建筑风格和遮阳构件的形式上吸收当地建筑文化成就

“土生土长是所有真正艺术和文化的必要的领域。”建筑作为人类文化传递的重要载体，反映了一定社会的习俗和社会发展水平，传达着当地人们的重要精神信息。遮阳构件由于其位于建筑的外立面上，更应该注重结合地方的文化特征加以设计。如让•努维尔设计的阿拉伯世界研究中心，利用建筑立面的“光圈”遮阳，设计漏窗与阿利伯图案结合的表皮已经成为了其文化研究中心的标识。

4.2遮阳设施与建筑的一体化设计

所谓的一体化设计，指的是在建筑方案设计开始，即以整体的思维将遮阳设施作为建筑本身不可或缺的元素，用合理的构造和技术，使之有机结合。遮阳设施不再是建筑的附加部分，而是成为建筑艺术造型的表现形式。一体化设计中需要解决好当地气候环境对建筑遮阳的影响因素，在开始阶段就要运用适应环境的遮阳构件，另外还要求与建筑室内通风、采光以及保温隔热、安全性等共同设计，从而达到整体性的统一。将遮阳设计与建筑其他方面同时考虑，加以复合设计，构成整体，实现多功能的统一，是今后发展的必然趋势。

4.3遮阳产品的智能化、人性化

用科技的手段智能化方控制和使用建筑遮阳，以达到遮阳产品的人性化，是现代智能建筑发展不可或缺的一部分。智能化的发展，加强了人与建筑的交流，重塑了建筑形象，赋予了建筑生命特征。建筑遮阳系统的智能化，是利用计算机的集成控制技术控制遮阳系统，根据不同时间、地点、太阳光线的照射方向和强度，智能化调整遮阳设施的角度，从而更好的体现出遮阳效果。现在使用和发展的有时间电机控制系统和气候电机控制系统。[8]

4.4遮阳方式的创新化

新技术、新材料的出现必然促使建筑遮阳方式向创新化方向发展，出现了很多具有独特优越性的新型遮阳系统。虽然目前还处于探索和研究的阶段，没有被广泛的应用，但经过实践检验后成功的新型遮阳产品将会逐渐被人们所接受，最后发展为必然的趋势。

4.5遮阳产品的专业化、规范化

要提高遮阳设计的科学性、合理性以及舒适性，实现遮阳效果的高效性，必须走专业化设计的道路，各种类型的遮阳构件在尺寸、格式要统一标准，实现工厂批量定制生产，建立高效的规范化协同合作机制。当前国家已发布了《建筑遮阳工程技术规范》来保障整个行业向健康稳健的方向发展。但目前的状况是遮阳设计与产品脱节，建筑师未能跟踪遮阳产品的始末，与生产商缺乏有效的沟通。

5　结论

建筑遮阳是建筑节能的重要手段，目前尚未引起足够的重视，通过安徽地区建筑遮阳的现状分析，指出其发展的方向应为设计一体化，产品专业化，风格地域化，使用智能化和遮阳方式创新化。

[1]李谟彬,郭德平.夏热冬冷地区建筑遮阳设计优化[J].建筑科学,2014,30(12):93-97.

[2]中国气象局气象信息中心气象资料室,清华大学建筑技术科学系.中国建筑热环境分析专用气象数据集[M].北京:中国建筑工业出版社,2005．

[3]何颖东,李念平,刘望保.长沙地区建筑遮阳现状与分析[J].建筑节能,2014,42(3):60-62.

[4]黄海静,王雅静.复合化的建筑遮阳设计策略[J].华中建筑,2014(12):32-36．

[5]陈勇明.夏热冬暖地区建筑遮阳设计原则初探[J].安徽建筑,2014(2):7-8.

[6]钟歆.生态视角下的建筑遮阳系统初探[J].建材与装饰,2015(8):17-18.

[7]董覃.长沙地区居住建筑外遮阳节能设计研究与探讨[D].长沙:湖南大学,2012．

[8]李峥嵘,赵群,展磊.建筑遮阳与节能[M].北京:中国建筑工业出版社,2010．

[9]肖先波,曹毅然,李德荣,等.夏热冬冷地区水平遮阳板深度与建筑能耗之间的关系[J].工业建筑,2014(4):25-28.

[10]李峥嵘,潘欣钰,赵群.夏季遮阳对建筑制冷照明能耗的影响[J].同济大学学报:自然科学版,2014,42(2):305-309.

[11]王娇,李莉萍,刘启春.建筑西立面外遮阳效果实测与分析[J].建筑技术,2014,45(11):1013-1014.

[12]宋德萱,朱丹,史洁,等.高密度城区建筑光伏遮阳设计应用研究[J].新建筑,2015(1):100-102.

[13]刘哲,傅秀章,岳文昆.长三角地区不同遮阳形式效果对比研究[J].新建筑,2014(4):128-131.

Analysis of Building Sunshade in Anhui Area

ZHANG Cheng
(Department of Architectural Engineering, Hefei University, Hefei 230601, China)

Building shading is one of the most important ways in designing an energy-saving building. By analyzing the climate features and existing problems in building shading in Anhui Province, the requirements of shading design for this area are summarized. Moreover, the trend of future development in building shading is also pointed out, providing a reference for the design of sun shading.

Anhui area; energy-saving building; building shading

TU226

A

2095-8382(2016)05-61-06

10.11921/j.issn.2095-8382.20160511

2016-01-05

安徽省高等学校自然科学研究重点项目（KJ2016A607）

张程（1979—），男，讲师，硕士，主要研究方向为建筑设计及其理论、建筑节能设计。