姚立民，王偉芳，李小林，李超，翟波Yao Limin,Wang Weifang,Li Xiaolin,Li Chao,Zhai Bo

（渭南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南 714000）

0 引言

隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，能源過(guò)度消耗已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)問題。據(jù)估計(jì)，2014-2035年期間，全球能源需求將增長(zhǎng)34%，到2035年我國(guó)將占世界能源消耗總量的25%[1]。我國(guó)的能源消耗主要集中在建筑、交通運(yùn)輸和工業(yè)三個(gè)領(lǐng)域。其中，我國(guó)當(dāng)下的建筑能耗已接近社會(huì)總能耗的1/3[2]。隨著能源緊張逐步成為限制我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵障礙之一，以及世界范圍內(nèi)低碳經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，深入開展建筑節(jié)能研究，才能為積極應(yīng)對(duì)相關(guān)挑戰(zhàn)提供理論支持。

據(jù)有關(guān)部門測(cè)定，南方夏季下午兩點(diǎn)每平方米窗戶會(huì)導(dǎo)致房間溫度升高2℃甚至更高，如果一個(gè)房間的窗戶在10:00～14:00能夠避免直射陽(yáng)光照進(jìn)室內(nèi)，則此時(shí)段室內(nèi)氣溫平均可以降低2℃～5℃[3]。通過(guò)窗戶進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱量，一般可占建筑太陽(yáng)輻射總得熱的80%左右[4]。研究表明：與不采用遮陽(yáng)設(shè)施的建筑比較，采用遮陽(yáng)設(shè)施的建筑空調(diào)耗電量降低幅度為3.37%～11.04%[5]。

從上世紀(jì)四五十年代開始，建筑設(shè)計(jì)開始青睞大面積開窗，建筑窗戶面積和外墻面積的比例不斷提高，從15%～25%上升到35%以上，甚至接近100%。這在提升采光、通風(fēng)、景觀效果的同時(shí)，也帶來(lái)了制冷和采暖方面的問題[6]。在夏季炎熱地區(qū),由建筑外窗形成的太陽(yáng)輻射得熱是造成空調(diào)能耗大和室內(nèi)熱環(huán)境不良的主要因素[7]。要解決這一矛盾，建筑遮陽(yáng)技術(shù)的同步發(fā)展至關(guān)重要。

建筑遮陽(yáng)是建筑節(jié)能技術(shù)的組成部分之一，科學(xué)合理地運(yùn)用遮陽(yáng)技術(shù)，對(duì)防止夏季室內(nèi)過(guò)熱，降低空調(diào)使用能耗，以及維持室內(nèi)環(huán)境的舒適性等發(fā)揮著重要作用。由于太陽(yáng)輻射透過(guò)窗戶直接進(jìn)入室內(nèi)的熱量是造成室內(nèi)過(guò)熱以及空調(diào)制冷負(fù)荷增加的主要原因。因此，如何合理利用建筑遮陽(yáng)來(lái)降低進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱，改善建筑熱環(huán)境，便成為建筑節(jié)能研究中不可忽視的重要課題。

1 外窗遮陽(yáng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

1.1 根據(jù)安裝位置分類

根據(jù)遮陽(yáng)裝置的安裝位置，可將外窗遮陽(yáng)技術(shù)分為內(nèi)遮陽(yáng)、外遮陽(yáng)和玻璃自遮陽(yáng)三大裝置類型[8-9]。

1.1.1內(nèi)遮陽(yáng)

內(nèi)遮陽(yáng)裝置安裝在窗戶內(nèi)側(cè)，當(dāng)太陽(yáng)輻射透過(guò)玻璃進(jìn)入室內(nèi)后，才由遮陽(yáng)裝置進(jìn)行遮擋。這樣的安裝方式不可避免地會(huì)使部分太陽(yáng)輻射熱傳入室內(nèi)，引起室溫升高或空調(diào)負(fù)荷增加。因此，其遮陽(yáng)效果相對(duì)較差。內(nèi)遮陽(yáng)裝置一般均為活動(dòng)式，主要包括百葉簾和織物簾兩類。由于內(nèi)遮陽(yáng)不影響建筑外立面造型，不存在高空墜落風(fēng)險(xiǎn)，安裝維護(hù)比較方便，能夠適應(yīng)夏季遮陽(yáng)和冬季采光取暖要求的變化，所以目前應(yīng)用較多。

1.1.2 外遮陽(yáng)

外遮陽(yáng)裝置安裝在窗戶外側(cè)，能夠?qū)⑻?yáng)輻射熱阻擋在室外，遮陽(yáng)效果較好。根據(jù)其遮陽(yáng)形態(tài)是否可調(diào)，又分為固定式外遮陽(yáng)和活動(dòng)式外遮陽(yáng)兩大類[9-10]。固定式外遮陽(yáng)包括遮陽(yáng)挑檐、固定遮陽(yáng)板、固定遮陽(yáng)蓬、固定遮陽(yáng)百葉等；活動(dòng)式外遮陽(yáng)包括百葉窗扇、百葉簾、織物簾、活動(dòng)遮陽(yáng)篷等。其中，遮陽(yáng)板和遮陽(yáng)百葉根據(jù)其板條或百葉片的安裝方向不同，又可分為水平式、垂直式和復(fù)合式三種類型。

遮陽(yáng)板的材料通常為鋼筋混凝土，遮陽(yáng)百葉的材料包括不銹鋼、鋁合金、塑料、竹、木等，織物簾和遮陽(yáng)蓬的材料通常為各種纖維織物。

日本、美國(guó)、歐洲以及中國(guó)香港等國(guó)家和地區(qū)都把提高窗戶的熱工性能和遮陽(yáng)控制作為夏季防熱、降低建筑空調(diào)負(fù)荷的重點(diǎn)。這些國(guó)家和地區(qū)普遍在建筑的窗外安裝外遮陽(yáng)設(shè)施，將窗的遮陽(yáng)作為夏季建筑節(jié)能的一個(gè)重要措施來(lái)考慮。同時(shí)逐漸以百葉擋板等遮陽(yáng)方式，取代不透光的傳統(tǒng)擋板，以更好地解決遮陽(yáng)、通風(fēng)與觀景的矛盾[11]。相關(guān)研究表明，外遮陽(yáng)設(shè)施可以降低建筑表面80%的太陽(yáng)輻射得熱，是比內(nèi)遮陽(yáng)設(shè)施更為有效的降溫措施。例如，相同的布簾或軟百葉等遮陽(yáng)設(shè)施，內(nèi)遮陽(yáng)變更為外遮陽(yáng)后，傳入室內(nèi)的熱量將由60%降低為30%[12]，對(duì)使用空調(diào)的建筑來(lái)說(shuō)，外遮陽(yáng)更是節(jié)約電能的主要措施之一[13]。

由于外遮陽(yáng)裝置位于建筑外側(cè)，因此會(huì)影響建筑立面造型，還存在高空墜落的風(fēng)險(xiǎn)，在大風(fēng)中容易損壞和產(chǎn)生噪音，需考慮防雨、防風(fēng)措施，同時(shí)其對(duì)材料的要求也高，安裝、維護(hù)均不方便，所以在高層建筑和繁華市區(qū)一般限制使用。

1.1.3 玻璃自遮陽(yáng)

玻璃自遮陽(yáng)是指在窗戶上安裝具有遮陽(yáng)功能的玻璃，一般可分為低透射玻璃和中置百葉的雙層玻璃兩種。隨著技術(shù)更新，許多新型建筑玻璃品種本身就可具有很好的遮陽(yáng)隔熱性能，對(duì)不同頻譜的太陽(yáng)光波段能夠體現(xiàn)出選擇性吸收或透過(guò)的功能?，F(xiàn)在各種新型玻璃產(chǎn)品，如低輻射玻璃、多功能鍍膜玻璃、薄膜型熱反射材料貼膜玻璃、光致和電致變色玻璃等，都具有良好的遮陽(yáng)效果[9-10]。

與內(nèi)遮陽(yáng)及外遮陽(yáng)裝置相比，玻璃自遮陽(yáng)不用在窗戶內(nèi)側(cè)或外側(cè)安裝其他裝置，無(wú)突出部件，對(duì)于高層或超高層建筑比較適用。但是，由于自遮陽(yáng)窗戶一般呈關(guān)閉狀態(tài)，因而容易造成室內(nèi)通風(fēng)不良。此外，玻璃自遮陽(yáng)裝置的成本較高，并且很難兼顧早晚光照變化以及夏季遮陽(yáng)與冬季采光取暖之間的平衡。因此，玻璃自遮陽(yáng)技術(shù)的應(yīng)用受到一定的限制。

1.2 根據(jù)可調(diào)節(jié)性分類

根據(jù)遮陽(yáng)裝置的可調(diào)節(jié)程度，可將外窗遮陽(yáng)技術(shù)分為固定式、半固定式和可收縮式三種類型[8-10]。

1.2.1 固定式遮陽(yáng)

固定式遮陽(yáng)裝置的位置和角度固定不變，使用過(guò)程中不可調(diào)節(jié)改變。典型的固定遮陽(yáng)裝置有水平式遮陽(yáng)板、垂直式遮陽(yáng)板、格柵形遮陽(yáng)板等。固定式遮陽(yáng)的優(yōu)勢(shì)在于構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本較低、維護(hù)方便；缺點(diǎn)是不能遮擋所有時(shí)間段的太陽(yáng)光線，并且難以協(xié)調(diào)處理遮陽(yáng)、采光、通風(fēng)的綜合要求[14]。

1.2.2 半固定式遮陽(yáng)

半固定式遮陽(yáng)裝置部分可調(diào)，但是總體位置不可大幅度調(diào)整，因此其適應(yīng)性較差，實(shí)際應(yīng)用不多。百葉窗、百葉擋板、半固定式遮陽(yáng)板等，皆屬于半固定式遮陽(yáng)裝置。

1.2.3 可收縮式遮陽(yáng)

可收縮式遮陽(yáng)裝置可以被收縮到窗口的頂部或窗口一側(cè)，甚至完全撤掉，遮陽(yáng)比例可以自由調(diào)節(jié)。內(nèi)遮陽(yáng)的百葉簾和織物窗簾以及外遮陽(yáng)篷、軟百葉簾均屬于這一類型。這類遮陽(yáng)裝置能夠在較大范圍調(diào)節(jié)遮陽(yáng)形態(tài)，因此可以適應(yīng)早晚日照的變化和不同季節(jié)對(duì)遮陽(yáng)需求的變化，并且在遮陽(yáng)的同時(shí)可以兼顧室內(nèi)通風(fēng)的要求。另一方面，其缺點(diǎn)是當(dāng)用于外遮陽(yáng)時(shí)，存在安裝維護(hù)不便、高空墜落風(fēng)險(xiǎn)以及在大風(fēng)中容易損壞和產(chǎn)生噪音等問題。

2 現(xiàn)有技術(shù)的缺陷及改進(jìn)方向

2.1 技術(shù)缺陷

通過(guò)觀察分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的遮陽(yáng)技術(shù)尚不完善：內(nèi)遮陽(yáng)裝置的遮陽(yáng)效果較差，很難兼顧遮陽(yáng)與采光、通風(fēng)、散熱的需求；外遮陽(yáng)裝置位于建筑外側(cè)，影響建筑立面造型，而且存在高空墜落風(fēng)險(xiǎn)，需考慮防雨、防風(fēng)措施，對(duì)材料的要求也高，安裝、維護(hù)均不方便，在高層建筑和繁華市區(qū)的使用會(huì)受到限制；玻璃自遮陽(yáng)裝置的成本較高，且遮陽(yáng)窗戶一般呈關(guān)閉狀態(tài)，容易造成室內(nèi)通風(fēng)不良，同時(shí)由于遮陽(yáng)率固定，很難兼顧早晚光照變化以及夏季遮陽(yáng)與冬季采光取暖的需求；固定式和半固定式遮陽(yáng)裝置不能靈活調(diào)節(jié)，適應(yīng)性一般較差；可收縮式遮陽(yáng)由于活動(dòng)部件較多，抗風(fēng)雨能力較差，需要經(jīng)常維護(hù)，因此主要適用于內(nèi)遮陽(yáng)方式，難以適用于高層建筑外遮陽(yáng)。

目前，大部分研究者比較注重建筑遮陽(yáng)的熱工性能研究[15-16]，缺少對(duì)遮陽(yáng)與采光、通風(fēng)、建筑安全、建筑美學(xué)、人的生理和心理舒適性等因素之間關(guān)系的綜合性研究。理想的遮陽(yáng)設(shè)施應(yīng)該是遮陽(yáng)比例靈活可調(diào)，遮陽(yáng)與采光、通風(fēng)兼顧，夏季白天可用，早晚可收起，抗風(fēng)雨，無(wú)高空墜落風(fēng)險(xiǎn)，安裝維護(hù)方便，費(fèi)用經(jīng)濟(jì)可行。要達(dá)到這些要求，遮陽(yáng)設(shè)施的設(shè)計(jì)研究不應(yīng)局限于單獨(dú)的外遮陽(yáng)、內(nèi)遮陽(yáng)、固定遮陽(yáng)、活動(dòng)遮陽(yáng)，而應(yīng)積極開展具有創(chuàng)新性的、交叉融合的、復(fù)合類型的研究。

2.2 改進(jìn)方向

現(xiàn)有單一型式的遮陽(yáng)裝置，很難滿足綠色建筑、健康建筑、超低能耗建筑的建設(shè)要求。要進(jìn)一步改進(jìn)遮陽(yáng)技術(shù)，滿足低碳節(jié)能的建筑要求，就應(yīng)積極開展建筑遮陽(yáng)基礎(chǔ)理論研究，借助計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，運(yùn)用系統(tǒng)工程理論、空氣動(dòng)力學(xué)理論、熱工學(xué)理論、光學(xué)、聲學(xué)等理論，綜合協(xié)調(diào)處理好建筑遮陽(yáng)、采光、通風(fēng)、建筑安全、建筑美學(xué)等功能的需要。以基礎(chǔ)理論為指導(dǎo)，大力開展建筑遮陽(yáng)新材料研發(fā)活動(dòng)，借助新材料的支持，才能更好地滿足多種功能要求。此外，建筑遮陽(yáng)設(shè)施的設(shè)計(jì)，還必須考慮設(shè)施本身的安全性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性和耐久性等問題。只有綜合解決了以上問題，建筑遮陽(yáng)技術(shù)才能得到更好的發(fā)展。

今后，我們對(duì)建筑遮陽(yáng)技術(shù)的研究，可以從創(chuàng)新建筑遮陽(yáng)裝置的型式和材料入手，深入研究不同型式裝置和不同材料裝置的遮陽(yáng)效果、采光效果、綜合節(jié)能效果、熱傳輸機(jī)理、光傳輸機(jī)理、室內(nèi)舒適性指標(biāo)，以及遮陽(yáng)裝置的安全性、經(jīng)濟(jì)性、耐用性指標(biāo)等問題，從而提出遮陽(yáng)材料的技術(shù)要求和遮陽(yáng)裝置的改進(jìn)方向。

例如，為適應(yīng)現(xiàn)代高層建筑的遮陽(yáng)要求，可以將內(nèi)遮陽(yáng)卷簾和上懸窗通風(fēng)換氣設(shè)施結(jié)合使用，由內(nèi)遮陽(yáng)卷簾在窗戶內(nèi)側(cè)遮擋反射的太陽(yáng)輻射熱（包括直射輻射、大氣輻射和環(huán)境反射），可從上懸窗及時(shí)排出室外。以此對(duì)內(nèi)遮陽(yáng)卷簾與窗戶玻璃之間的氣流進(jìn)行合理調(diào)控，最大程度減小了太陽(yáng)輻射熱對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響。這樣的裝置既具有內(nèi)遮陽(yáng)卷簾在使用方面的便捷性、靈活性，又改善了其遮陽(yáng)效果，提升了散熱功能，同時(shí)還滿足了防雨和通風(fēng)換氣的要求。此外，在內(nèi)遮陽(yáng)卷簾材料的選擇上應(yīng)注重更好的反光性、隔熱性和更低的吸熱性等因素。同時(shí)為了充分利用自然光照明，遮陽(yáng)卷簾的材料應(yīng)具有適當(dāng)?shù)耐腹庑砸约巴腹饴士烧{(diào)的特點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著低碳經(jīng)濟(jì)、綠色建筑、健康建筑等理念的提出，建筑遮陽(yáng)技術(shù)作為建筑節(jié)能中的重要一環(huán)，也應(yīng)順應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求，不斷進(jìn)行深入的理論探索與實(shí)踐檢驗(yàn)。然而，目前的遮陽(yáng)技術(shù)還存在一定缺陷，有待改進(jìn)。要實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，就應(yīng)充分利用新材料、新技術(shù)、新理論，積極開展創(chuàng)新融合研究，綜合協(xié)調(diào)處理好建筑遮陽(yáng)、采光、通風(fēng)、建筑安全、建筑美學(xué)等功能需要，將建筑遮陽(yáng)技術(shù)朝著縱深化方向推進(jìn)，為舒適的人居環(huán)境和節(jié)能減排目標(biāo)服務(wù)。