探析建筑外遮阳对室内物理环境的影响

曹 稳，王 辉，马雪童，马 辉

（1.安徽科技学院建筑学院，安徽 蚌埠 233100；2.蚌埠市建筑设计研究院集团有限公司，安徽 蚌埠 233100）

0 引言

目前我国建筑行业仍处于发展阶段[1]，在建筑发展的过程中，建筑全生命周期所产生的能耗对环境污染存在很大问题。因此，很多建筑学家对绿色建筑[2]开展里研究，为绿色环保做出贡献。近些年来，近零能耗[3]建筑也是热点之一。从天友零舍开始人们在追求建筑舒适的同时也更加得注重绿色建筑了。建筑遮阳也是绿色建筑中节能方式之一。

建筑外遮阳主要是利用物理原理进行隔热，阻碍太阳辐射热与光线进入室内。热量的传递方式大致分为3大类，分别是热辐射、热对流与热传导[4]。通过改变不同外遮阳类型可以影响室内物理环境的变化，同时使室内环境达到最佳舒适度，减少被动能源的消耗[5]，达到节能减排的效果[6]。热辐射是太阳辐射的主要能量传递形式，且大致分为三种波段：可见光、红外线以及紫外线[7]，其中紫外线热量占比最小仅有3%，其次为可见光热量占比44%，红外线则为53%。建筑材料的制造、建筑建造时的施工消耗与建筑物在使用全过程中的所有能耗，三者统称为建筑能耗。建筑耗能的主要耗能部分是建筑在运作过程中消耗的能源，是我们在日常生活中的能源消耗，在此之中空调的能耗便占比一半，而空调提供的能源一半是通过门窗洞口进行流失，因此对建筑门窗洞口进行遮阳处理的意义十分巨大。建筑外遮阳设施通过遮挡阳光减少进入室内的热量，不仅仅与建筑外遮阳的形式有关，还和遮阳设施的材料、施工地点等各种因素之间也存在着非常紧密的关联。外窗综合遮阳系数是指在太阳光照时段内，透进有遮阳窗的阳光辐照度，和透进没有遮阳窗的阳光辐照度之间的比率。外窗综合遮阳系数可作为各类遮阳装置遮阳效果的重要衡量标准。遮阳系数越小，表明通过玻璃窗的太阳辐射能量愈小，防热作用就越好[8]。由外窗遮阳对建筑能耗的影响模拟可知，当外遮阳系数由90%降低到30%时，该建筑主动能耗可以下降30%左右，大大提升了被动能耗的利用。由此可知，在夏季室内炎热的主要因素是由于通过窗口的太阳辐射热若造成，因此阻碍太阳辐射热进入窗口也是降低室内温度对室内温度的改善起到很大作用（图1），从而降低空调能耗实现绿色建筑。在夏热地区，利用建筑外遮阳对降低建筑能耗，提高室内居住舒适性有显著的效果。

图1 外遮阳阻挡热量方式

1 外遮阳类型

外遮阳可以阻碍外界太阳辐射与紫外线进入室内并一直保持室内较为舒适稳定的温度。建筑外遮阳板的4种基本形式，外遮阳板是按其位置与造型以及遮阳效果来进行区分，可分为水平方向遮阳、垂直方向遮阳、综合形式遮阳、挡板形式遮阳这4大类型（图2），以及现代化的产物，即智能化外遮阳。

图2 建筑外遮阳基本形式

1.1 建筑外遮阳常见类型

水平式遮阳。可以有效的抵挡高出照射出的阳光，从窗口上方向下照射的高度角较大的阳光类型。因此使得水平形式的外遮阳更适合南向遮阳以及海拔较低地区的北向遮阳，以便形成理想的阴影区域；垂直式遮阳。可以有效抵挡、高度角较小与侧面光照，却无法抵挡高度角较大以及日出与日落时的光照。故垂直式遮阳相对于水平式外遮阳更加适合包括东北以及西北方向的北向遮阳；综合式遮阳（栅格式遮阳）。综合式外遮阳是水平式外遮阳和垂直式外遮阳的综合运用，它结合了两种外遮阳方式的优点，可以有效抵挡角度较高或中以及从窗前斜射下的光照。因此综合式遮阳主要应用于东南以及西南侧窗口，但是由于构建密度较大，在一定程度上影响阻碍通风和视线；挡板式遮阳。可有效抵挡高度较小以及正射入窗口的光照。因此挡板式遮阳主要应用于东西向窗口，同综合式外遮阳（栅格式外遮阳）一样对室内的采光和通风有着一定的阻碍影响，且若挡板式外遮阳围护构件离采光口过近时，构件吸热会对室内环境产生一定的影响；智能化遮阳。是通过电子设备与外遮阳相结合达到可以人为操控来进行遮阳的类型。目前各大城市主要流行的便是遮阳百叶与电机相融合的类型。同样光伏杆件与遮阳相组合的类型在我国存在，但由于技术不够成熟尚未全面普及。尽管在标准[9-10]中建筑外遮阳设计已被列入，但并没有对其实施强制性规定。

1.2 外遮阳的特点

固定式遮阳主要存在以下特点，夏季来临之时，太阳处于较高位置在南向窗户上增加水平遮阳可以很有的抵挡阳光的照射。由于早晨和下午太阳的高度角较小，所以东向及西向窗户的遮阳有一定困难。最好的解决方法是尽可能地避免开设东向，尤其是西向的窗户。活动遮阳装置，尽管效果不错，仍然会在一天的某些时段限制了视野。固定式遮阳方式简单造型单一，施工方便有着构造简单造价低维修少等特点。但在一些方面上也存在一些短板。活动式外遮阳相对于固定式可以更加灵活，而且可以应对天气而做出相应地变化。活动式的外遮阳灵活在于，每年仅需进行两次调节便可以满足绿色节能的需求。活动式遮阳可以更加灵活高效的进行节能工作，在需要的时候可以自动或人为手动的开启进行遮阳避暑工作，创造荫凉的灰空间。当然在需要阳光的时候也可以自动或人为手动关闭进行采暖，以达到取暖保温的效果。活动式建筑外遮阳由于它既可以调节角度，又能调节升降高度的特点，大多应用于住宅或写字楼等类型的公共建筑。

2 外遮阳对室内物理环境的影响

当今对外遮阳的研究课题主要分为两大类，分别是外遮阳对室内物理环境的影响及外遮阳对建筑外立面造型的影响。其中对建筑外立面的影响便是对建筑美观的影响，同时随着人们审美的提升，人们对建筑外形的要求也是增加，优秀的建筑外遮阳不仅在室内热环境中能够起的非凡效果，还有一部分便是建筑外遮阳的立面效果，通过外遮阳让建筑变得更加美观，为建筑外立面带来创意与丰富的艺术效果。建筑外遮阳融入建筑之中，在功能齐全的情况下使得建筑更加美观，更加艺术化。随着人们审美的不断变，建筑外遮阳的造型多变丰富以及容易塑形等方面因素也为其增加优势。而外遮阳对室内物理环境的影响研究更加深入，也通过外遮阳对室内物理环境的影像进行绿色分析。在改变了外遮阳类型、材质等方面后对室内通风、采光、热舒适也产生着影响。

2.1 建筑外遮阳影响采光

建筑外遮阳用于遮挡阳光从而使室内环境更加接近于人体所舒适的环境，但这种遮挡是不可控制的，而且建筑外遮阳与室内接受外界天然采光存在着一定的矛盾。建筑遮阳具有挡光的作用，可降低室内天然光度，这种方式在阴天会使室内潮湿阴冷，不利于人体环境。一般会使室内照度降低约50%~75%，外遮阳设施有可能对视线造成遮挡，尺寸越小的遮阳设施对视线产生的遮挡效应越大，但同时其遮阳效果越好，因此在设计时应综合考虑遮阳与视线遮挡、存在的矛盾，需要根据不同地区需求设计不同外遮阳使得利益最大化。

活动式外遮阳在采光方面更加高效。在夏季可以这样避暑，抵挡一定阳光进入室内，避免室内温度太高，减少被动能源的消耗，从而使得室内环境更加舒适建筑更加节能；在冬季，可以通过主动收起或关闭活动式遮阳来避免对阳光照射的影响，使其可以直接照射进入室内，来保证室内被动采暖，达到减少内耗环保的目的。

2.2 外遮阳影响通风

通过安装建筑外遮阳可以阻碍自然通风，同时不同类型的外遮阳可以改变风向使风向不同区域吹去也起着一定的引导性作用。通过对风的引导可以用于净化室内空气保存通风透气，同时也可以做到阻碍空气的进入使室内保存舒适感。在不同地区进行针对性设计安装可以达到节能环保的效果。

建筑外维护结构遮阳会使外界对室内的室内通风速率降低20%~45%，在选用不恰当的活动式建筑遮阳设施或设置不当时，对正常的通风对流有阻碍作用，会大大降低自然通风效果，从而使外遮阳产生一些负面影响，甚至阻碍室外风进入室内，严重阻断室内自然通风，使得室内空气死循环。设置不当也会改变自然通风的流向。有时会使下层住户所排出的废气导入室内，造成室内空气品质恶化。

2.3 建筑外遮阳影响热舒适

建筑外遮阳设施主要从物理方面影响着室内热舒适，在炎热的夏天和寒冷的冬天，传统居民习惯为夏天遮阳与过渡季节自然通风，冬天采用被动式取暖，这种生活方式对于环境压力会造成很大压力，因此绿色建筑也成为行业主流。在炎热的夏季，建筑外遮阳通过物理遮挡将部分太阳辐射阻挡在屋外，降低了屋内温度使人们即使不开空调也可以十分凉爽，大大减少了被动能源的消耗。在春季和秋季这种过度季节，建筑外遮阳能通过控制调节进入室内的太阳辐射以及自然通风，从而可以使室内的热舒适度能维持在较为合适的水平，可以减少空调的使用。这样的建筑外遮阳可以算是有效的建筑外遮阳。在寒冷的冬季，建筑外遮阳可以通过主动或被动人为收放避免阻碍阳光进入室内，室内温度升高，让室温更加接近人体舒适温度，同样减少被动能源消耗，达成节能减排目的。

3 结语

建筑外遮阳具有绿色环保、美化建筑等优点。合理安装建筑外遮阳可以降低建筑能耗，并且提高舒适度让人生活在自然中，生活得更加舒适更加惬意。在满足使用者需求的前提下，为保证其在建筑物内更加高效、舒适，可以通过改变外遮阳类型、安装位置等因素改变室内环境从而使其达到这种目的。建筑外遮阳既能够满足较低的能源消耗，又能够在一定程度上提高室内的光环境舒适度以及对外窗通透程度，满足使用者的需求，保证其能在舒适的环境下提高工作和学习的效率，从而增加空间本身的价值，并且防止建筑交付使用后会因不适宜而进行改造措施，这样可以保证建筑长久且有效地被使用。

建筑外遮阳还存在一定的缺陷，如缺乏政府职能部门对遮阳设施安装的指导措施，普通百姓由于缺乏对建筑物理知识的认识，所以导致安装的遮阳设施达不到预期的效果。例如在他们建筑的北向窗户上方安装水平外遮阳，而实际夏季太阳照射到北向立面时，太阳高度角已经很低了，水平外遮阳已经失去了效果。建筑外遮阳材料与构造措施使用单一，造型呆板，缺乏层次感与尺寸感，破坏了建筑外立面的整体效果，大大降低了建筑的艺术性，很少有技术与艺术相结合的精品。希望这些问题在建筑外遮阳的未来发展中可以得到有效改善。