合肥地区建筑遮阳适宜技术应用研究

张虎

（1.安徽建筑大学环境与能源工程学院，安徽 合肥 230601；2.建筑能效控制与评估教育部工程研究中心，安徽 合肥 230601）

0 前言

建筑遮阳已是绿色建筑的一种必要措施，在欧洲许多发达国家和地区早已广泛使用，根据欧洲遮阳组织于2005年12月发表的《欧盟25国遮阳系统节能及减排》研究报告，在欧洲采用遮阳可以节约空调用能约25%,节约采暖用能约10%[1]。从地理位置上，我国的夏天比欧洲要热很多，冬天要比欧洲寒冷得多，采用建筑遮阳的节能效果应比欧洲国家好。我国建筑业发展迅速，至2009年，我国已有房屋建筑面积约400亿㎡，但其中大部分为高能耗建筑[2]。随着城镇化进程加快，2011年至2016年新建房屋竣工面积已增加257.02亿㎡，其中住宅房屋竣工面积约占约70﹪[3]。我国建筑节能工作虽然快速推进，但大部分地区在建筑设计、节能改造中，没有把遮阳作为建筑节能的一个重要部分进行实施，导致建筑节能达不到要求。文章结合合肥地区具体情况探讨采取适宜的遮阳技术以推动本地区建筑节能深入发展。

1 建筑遮阳的作用

建筑遮阳主要作用是减少太阳对建筑物的紫外线、眩光和热量辐射，阻止太阳产生的热空气与建筑物的对流和传导。

建筑遮阳有内外遮阳，外遮阳与内遮阳相比，外遮阳能更好的改善室内热环境和光环境，可将60%-80%的太阳辐射直接反射出去或吸收，使辐射热散发在室外[4]，节能效果明显。使用内遮阳时，其遮阳装置反射部分阳光，吸收透过部分阳光，虽然吸收的太阳能留在室内，热量容易从遮阳装置的四周向室内扩散，但可改善室内热环境并具有一定的节能效果。建筑遮阳作为隔热通风的重要手段，改善室内热环境，实现建筑节能。

2 合肥地区的气候特点[5][6][7]

合肥市位于北纬31。52'东经117。14'。属于典型的亚热带湿润季风气候，春季温度多变，秋高气爽，雨量适中，梅雨显著，夏雨比较集中，降雨量近1000mm。冬季日照率36.0%，全年日照数为2100多个小时。2011年以来，合肥地区夏季最热月七月份月平均最高气温高达34℃，月最高气温达39℃，日均最高气温32℃；冬季最冷月1月份月平均最低气温低达-3℃，月最低气温达-9℃，日均最低温度-1℃。夏季（6月～8月）月平均最高气温在27℃～34℃之间，在13∶00～15∶00，室外气温有时高达38℃以上，室内空气温度有时达到35℃以上，只有采用空调设备制冷以维持室内舒适状态。冬季（12月，来年1、2月）室外月平均最低气温在0℃～-3℃之间，室内温度较低，采用供暖设备维持室内的热环境。

3 建筑遮阳基本形式综述

外遮阳基本形式，按安装方法划分为固定式外遮阳、活动式外遮阳、一体化外遮阳、绿化遮阳及建筑自遮阳。

①固定式外遮阳安装形式有：水平式外遮阳、垂直式外遮阳、综合式外遮阳和挡板式外遮阳。其材料主要有钢筋混凝土、PVC、织物和铝合金等。遮阳板形状有整板式、栅式和百叶式等。固定遮阳投资小，维护成本低，设置适当会产生良好的遮阳节能效果。

②活动式外遮阳活动方式有旋转式、卷起式、收放式、平移式、折叠式等。其操作方式一般为平动和电动控制操作。常见遮阳篷、遮阳百叶、遮阳软卷帘和户外天篷帘等。遮阳篷按伸展和收回方式不同分为以下结构：平推式曲臂、摆转式曲臂、斜伸式曲臂和折叠。遮阳篷材料一般选用遮阳系数为0.3-1.0的防水厚帆布织物作为遮阳主体篷布，采用卷取方式使篷布卷覆在金属卷管上。固定、活动外遮阳是目前建筑中两种主要的遮阳方式。

③绿化遮阳是指利用植物遮挡作用进行的遮阳方式。按其种植位置不同分为屋顶绿化、外墙绿化和庭院绿化。覆被型屋顶绿化主要利用低矮灌木或草坪等地被植物进行绿化或覆盖，也可选择植物叶面较大的枝藤蔓稠密攀援类植物进行棚架绿化。外墙绿化是泛指用攀缘植物装饰建筑物外墙的一种立体绿化方式，利用墙面栽植槽栽植植物攀爬或垂吊式墙面的绿化也是一种较好的绿化遮阳方式。

④建筑自遮阳是通过建筑自身体型凹凸形成阴影区，实现有效遮阳。将窗户和人们的活动区有意的设置在建筑自身形成的阴影区里。此类遮阳效果大都是作为建筑造型设计的附属结果。

⑤光电一体化建筑遮阳是将光伏发电与建筑遮阳结合起来，既接受太阳光热生产电能，又通过遮阳回避阳光暴晒之害，一举两得。

4 合肥地区建筑遮阳现状调查

本次合肥地区调查的区域：位于内环中心城区的庐阳区、南外环的包河区、西外环的蜀山区和北外环的新站区，具有一定的覆盖面。调研对象分为八层以下的多层、十三层的小高层、二十层和三十层以上的高层，几乎涵盖了建筑的各种类型，具有一定的参考价值。调研对象选取建造时间90年代至今的7个小区及部分公共建筑。

20 世纪90年代建造的建筑物，在设计时几乎没有采用遮阳构件，住宅楼由于阳台悬挑楼外，仅有阳台的外门窗利用上层固定的阳台板充当遮阳构件，其他外窗由用户自行安装的临时遮阳设施，如外遮阳篷、内遮光帘。公共建筑则采用内遮光帘。2000年～2005年。一些具有超前意识的建设方已经开始在很少的多层住宅建筑上设置固定水平遮阳板来提升住宅品质。2006年～2010年随着建筑节能的推进，定位高端的多层住宅设计已结合外窗顶部钢筋混凝土空调机座形成固定水平遮阳板对外窗进行外遮阳，以改善室内舒适度,此时已有少数公共建筑采用固定水平外遮阳板的方式改善室内热环境。

2010 年至今，建造的部分多层住宅建筑主要利用固定水平、垂直外遮阳板或综合外遮阳进行遮阳；少数高层建筑利用立面造型设计的垂直混凝土板充当垂直外遮阳设施；建筑密度的增大也导致建筑物之间产生相互遮阳。住宅内遮阳，只有少部分使用遮阳帘，大部分采用低成本的普通遮光帘。公共建筑少部分设置水平外遮阳板，大部分内设遮阳帘。2010年后随着高层建筑的兴起，阳台设计基本采用凹式，阳台外门利用建筑自遮阳进行遮阳。

合肥地区现有的部分建筑物特别是住宅建筑遮阳，尚不能满足夏、冬季的建筑节能要求。

5 合肥地区建筑遮阳节能措施

5.1 采用夏冬季节兼顾的中空玻璃外门窗

根据文献[8]外门窗对建筑节能贡献最大，其玻璃热工性能是关键。从全年能耗角度出发，合肥处于夏热冬冷地区，空调制冷能耗高，采暖能耗不容忽视。外门窗的玻璃选择既要降低玻璃的遮阳系数，又要适当提高玻璃传热系数。影响外门窗玻璃遮阳系数的主要因素是玻璃的镀膜类型及膜层所处位置。

合肥市甲类公共建筑围护结构热工性能限值中对东、南、西向单一立面外门窗夏季太阳得热系数（SHGC）进行规定[6]：0.50＜窗墙面积比≤0.60时SHGC≤0.35。在居住建筑7层及以上主动、被动建筑围护结构各部分传热系数限值表中对东、西向（南向）外门窗夏季综合遮阳系数（SCW）进行规定[9]：0.35＜窗墙面积比≤0.40时SCW≤0.40（0.45），同时又要求有较高的可见光透射比。为尽可能得到低的遮阳系数值的同时满足可见光透射比的要求，应选用Low-E膜。同时Low-E膜放置在室外侧，Low-E膜光谱需要在780nm附近保持一定的太阳光透射比，室内侧放置白片玻璃。合肥地区选择外门窗玻璃应为中空遮阳型（外）6mmLow-E+12A+6mm白片（内），其玻璃遮阳系数为0.41，可见光玻璃透射比为0.50[10]；当外门窗框料采用铝合金且无建筑外遮阳时，外门窗遮阳、得热与透射均能满足要求，同时工程造价适中利于推广。

5.2 内置百叶中空玻璃适合在高层建筑外门窗应用

内置遮阳中空玻璃窗是在中空玻璃中间层内安装遮阳装置，遮阳装置有手动和电动操作两种。内置可调遮阳的主体为金属百叶和织物面料。

内置百叶中空玻璃外门窗能兼顾其夏季遮阳隔热冬季保温等诸多性能。在夏季，将百叶片伸展并调整到关闭状态或百叶片调整到垂直阳光的角度时，可以遮挡阳光的直射，阻隔热空气的辐射，加之中空玻璃空气间层的隔热性能，可大幅度降低室内太阳得热，减少空调的制冷能耗；在冬季，将百叶收回或将百叶片调整到平行阳光的角度时，可使阳光直接照射，室内温度有所提高；在冬季夜晚或当遇到天气湿冷时，利用中空玻璃的保温性能，可大幅度降低室内热量的损失。由于其采用硅胶密封，与其它遮阳相比在抗风压、抗冲击、气密性等均体现出明显优点。

内置遮阳中空玻璃外门窗节能效果较好，在夏季当遮阳帘关闭，可遮挡太阳辐射60%以上，遮阳系数可调节到＜0.25；在冬季遮阳帘开启，其遮阳系数最大值可达到玻璃的遮阳系数[1](P146)。遮阳帘开启关闭控制方式有手动/遥控器控制、传感器自动控制和智能自动控制。

外门窗采用内置遮阳中空玻璃的做法较适合合肥地区高层建筑节能项目改造及新建项目建设。为降低建造成本，东、南、西向外门窗采用内置百叶中空玻璃，北向外门窗采用常规中空白玻璃。其遮阳帘控制方式：住宅建筑采用手动控制，公共建筑以遥控器控制为主传感器自动控制为辅。

5.3 提倡采用高反射率活动内遮阳设施

外窗户内侧设置带轨道软布窗帘的活动内遮阳方式在合肥地区住宅建筑中应用普遍，公共建筑活动内遮阳形式以百叶卷帘为主。在《绿色建筑评价标准》（GBT50378-2014）规定8.2.8“采取可调节遮阳措施，降低夏季太阳辐射热得热评价总分值……”，该条文解释中强调：“可调节遮阳设施包括活动外遮阳设施，固定外遮阳加内部高反射率可调节遮阳等措施……”。该条标准是2006年以来国家标准中首次肯定了活动内遮阳的作用。合肥地区外窗活动内遮阳主体材料应采用具有较高反射率的遮阳织物布帘、铝合金百叶。住宅外窗内遮阳织物首选斜纹面料，浅色面朝向室外可更好的反射热量，深色面朝向室内避免眩光更佳。

5.4 架空屋顶是降低顶层室内得热的有效途径

架空屋顶是在屋顶上设置一个实的屋顶或虚的格栅，形成架空层。其不仅起遮阳和导风作用，对于上人屋面还可提供屋面活动空间。架空屋顶能有效地遮挡太阳辐射，改善顶层房间室内热环境。合肥地区2010年前建造的住宅及公共建筑形式以多层平屋顶为主，屋顶保温隔热方式一般采取单层架空混凝土隔热板、铺设颗粒状保温材料、铝箔层等，屋顶保温隔热性能达不到要求。在平屋顶上架设坡屋面，形成坡屋顶，用保温隔热板材满铺，同时坡屋顶设置可以启闭百叶进、排风口，夏季打开通风口，利用空气的流动带走平屋顶与坡屋顶之间的热量；冬季关闭通风口，以利保温。采取增加设有通风坡屋顶的方式能有效减少顶层用户室内得热，同时美化城市。也可以采用低成本的屋顶遮阳格片，根据太阳在冬、夏季节的运动轨迹置于不同的角度进行遮阳，减少屋面的太阳辐射得热，也能提高室内热舒适性。

5.5 因地制宜采用绿化遮阳隔热技术

建筑立体绿化是一种新型遮阳隔热技术的应用，采取适宜的技术手段，对建筑进行绿化隔热处理。炎热的夏季，充分利用绿化植物的反射遮阳、被动蒸发等方式改善室内热环境。外侧墙面无绿化遮阳时墙面的最高温度比有绿化遮阳区域的墙面高出1.7oC[11]；绿化屋顶内表面热流的峰谷变化较普遍架空屋顶的滞后4～5h，且绿化屋顶的冷却率可达76%[12]。绿化遮阳降温隔热效果明显。

合肥地区既有多层建筑、小高层建筑的建筑面积占整个城市建筑总面积较大比重，选择墙面、屋顶绿化遮阳能有效降低建筑能耗。外墙绿化宜采用落叶植物，普遍的方式是沿墙角四周种植爬山虎、长春藤、金银花等攀爬类植物，利用墙面栽植槽栽植物的有软枝黄蝉、红皱藤、炮仗红等攀爬垂吊类植物。对于屋面自身具有较好的隔热性能，不再进行屋面植被；对于既有建筑屋面保温隔热性能较差且有护栏的屋面进行粗放型屋顶绿化，由于屋面承受荷载低，导致土层薄保水保温差，选择耐旱、抗寒性强的地被类植被，如佛甲草、垂盆草、大花马齿苋、画眉草、长春藤等植物。上人屋面宜建成花园式种植屋面，宜选择植物叶面大、枝叶藤蔓稠密的攀援类植物如葡萄、丝瓜、牵牛花、长春藤等。

已建的高层建筑屋面是否适宜绿化遮阳须在不影响建筑结构稳定与安全性能的前提下进行，所选择的植被生长不能对建筑物围护结构产生影响，绿化灌溉设施所处的位置应当具有较高的可达性。倾斜、没有护栏的屋顶因危险性较高不适用于高空绿化遮阳。

5.6 重视建筑立面与建筑构件遮阳一体化设计

建筑构件遮阳一般是固定装置，不能调节。结合合肥地区实际情况进行建筑立面与建筑构件遮阳一体化设计，设计良好的固定遮阳设施。

5 .6 .1 阳台自遮阳

根据合肥地区特定的地理位置，充分利用阳台自遮阳的方式。

①由于凸阳台只有上部盖顶具有遮阳效果，缺乏侧向遮阳板遮挡，对于东向和南向的阳台采用凸阳台遮阳方式。

②由于凹阳台的侧墙能有效地阻挡斜向日晒，对于西向的阳台采用凹阳台遮阳方式。此方式也能阻挡风雨对外墙的侵蚀，但阻碍室内采光。

③由于半凸半凹阳台的遮阳方式综合凸、凹阳台遮阳方式的特点，适用于建筑朝向非东西、南北向的建筑阳台遮阳。

5 .6 .2 水平构件、垂直构件遮阳

结合建筑立面及造型，与窗过梁设置连在一起的永久性钢筋混凝土水平遮阳构件能有效地遮挡夏季日光而不遮挡冬季日光进入室内。合肥地区南向外窗及南向外墙宜采用水平遮阳板。由于东北、西北向阳光高度角较小，多从外门窗侧面斜射，宜采用垂直遮阳方式。遮阳板面有三种处理措施，第一种是全部做成百叶；第二种是部分做成百叶；第三种是部分做成百叶（靠门窗）并在前面加上吸热玻璃挡板，该形式对隔热、通风、采光及防雨均较为有效。为减少遮阳构件对太阳辐射热的吸收，遮阳板外表面应采用有光泽的浅色，内表面应采用无光泽的暗色，以避免产生眩光。合肥地区居民夏季有开窗通风降温的习惯，结合本地区夏季主导风向等气候特点，合理设置遮阳构件以降低外遮阳对室内通风的不利影响，设计水平遮阳时在满足采光的要求下，遮阳板外挑系数在0.5～0.7，以加大建筑物进风口的风压，实现对建筑通风量的调节，达到自然通风降温的作用。

5.7 外窗活动外遮阳是改善室内热环境的有效手段

外窗采用活动式外遮阳百叶，总的建筑能耗下降了31.57%[13]，节能效果显著。外窗活动外遮阳效果优于固定外遮阳的关键，是可以根据遮阳或引入阳光的需要调节空间位置和角度。无论智能控制还是手动，都必须长期调节灵活，操作方便，可维护且具有安全性。若丧失调节功能，其遮阳效果不及活动内遮阳。活动外遮阳通常在建筑建成后由使用者安装，也有与建筑物建造同步安装。合肥既有、改造和新建的多层公共建筑、多层住宅外窗可采用活动外遮阳的方式，如采用遮阳篷、室外遮阳百叶帘和遮阳软卷帘。

5.8 光热一体化建筑遮阳

光热一体化建筑遮阳将太阳能热水供应与建筑遮阳结合起来，既能接受太阳光热取得太阳能产生热水，又能通过集热板遮阳减少夏季热量进入室内。将太阳能集热板安装在朝南外窗上方或屋顶上，并有一定的倾斜角度，对建筑内部都能起到改善热环境的作用。合肥地区近几年建造的住宅建筑将太阳能集热板布置在凹阳台围护板上，起到建筑遮阳和热水供应的作用，此方法遮阳及太阳能利用效果明显，值得大力推广。

6 结束语

遮阳设施作为建筑物外围护结构的一部分，不但能够降低建筑能源的消耗提高室内热舒适性，而且有助于建筑和人与自然环境的融入。随着人们对遮阳设施认识的不断提高，遮阳设施势必在建筑节能中发挥其应有的作用，产生一定的经济效应和社会效应。