遮陽

圖2 法赫德國王圖書館

對綠色建筑來說，良好的遮陽是建筑重要的設(shè)計構(gòu)件，目的是為建筑物抵御強烈的直射陽光，從而盡可能減少用于制冷的能源消耗和預(yù)期的制冷荷載。

遮陽措施需要根據(jù)外墻玻璃的布置方式和種類而定，并可以通過固定或活動的構(gòu)件而加以控制。除了考慮具體地理位置太陽的角度，對于設(shè)置在建筑外部的活動遮陽裝置而言，我們在方案設(shè)計階段還需要考慮風(fēng)穩(wěn)定性。外墻玻璃和遮陽措施對房間自然采光量的影響，與房間制冷所需能源和人工照明之間存在直接的比例關(guān)系。

遮陽措施的需求很大程度上與其使用位置和使用類型無關(guān)。當(dāng)然，對不同氣候帶和設(shè)計意圖來說，也有不同的方法進(jìn)行遮陽。不過，無論采用什么方法，都需要滿足同樣的有效遮陽要求。圖1反映了幕墻的有效總能源滲透率級別的遮陽目標(biāo)值。有效總能源滲透率級別由外墻窗戶區(qū)域的比例（室內(nèi)比例）和玻璃與遮陽設(shè)施相加時的總能源滲透率級別構(gòu)成。

圖1 在考慮功能用房外墻窗戶面積比例f的情形下，總能源滲透率參數(shù)gtot（總能源滲透率由建筑物的玻璃和遮陽裝置的特征決定，再乘以窗戶面積比例則可計算出功能用房的能耗參數(shù)。該參數(shù)在很大程度上決定了制冷的能耗及夏季室內(nèi)的舒適度）

較小的窗戶區(qū)域應(yīng)采用遮陽效果較低的措施，例如透明遮光簾。較大的窗戶區(qū)域則需在建筑外部設(shè)置更有效的遮陽裝置。建筑內(nèi)部的遮陽裝置受熱后，對制冷的能源消耗以及幕墻附近的局部作用溫度會造成負(fù)面影響。

在選擇適當(dāng)?shù)恼陉栂到y(tǒng)時，特別是采取建筑內(nèi)部遮陽措施時，結(jié)合相應(yīng)的玻璃類型來計算總能源滲透率尤為重要。目前，許多生產(chǎn)廠家提供的數(shù)值是針對建筑外部遮陽系統(tǒng)的。

氣候炎熱地區(qū)通常位于太陽迅速升高到天空的緯度區(qū)。在這些地區(qū)，推薦采用固定的遮陽裝置，因為在大多數(shù)情況下全年都需要遮陽。圖2所示是沙特阿拉伯法赫德國王國家圖書館的帆狀遮陽裝置。通過三維模擬計算，帆狀的幾何形狀最能夠獲得太陽能增益最佳遮陽效果，同時能保證視野（圖3）。除了直接陽光輻射，通過幕墻或帆狀結(jié)構(gòu)反射的散射太陽光也需予以考慮。

圖3 計算入射太陽光的模擬模型（取決于帆狀結(jié)構(gòu)的幾何形狀和太陽的位置）；注：德國建筑的首層叫首層，1層指的是中國的二層，2層指的是中國的三層，以此類推。

在強風(fēng)地區(qū)，通常有三種方式可實現(xiàn)充足的夏季隔熱效果：第一種是建筑外部的固定遮陽裝置，通常采用屋面凸出的形式。不過這種方式只能為南方太陽高照的國家提供充分的遮陽，且只有在陽光直射的情況下才可發(fā)揮作用。在中歐地區(qū)，還需在南向設(shè)置額外的遮陽措施。第二種是安裝懸挑玻璃結(jié)構(gòu)，作為防風(fēng)遮陽擋板，以雙層幕墻為典型代表。第三種是采用活動的防風(fēng)裝置。這些裝置可采用多種材料，如木制、鋁質(zhì)甚至彩釉玻璃。

如需要在遮陽玻璃后的室內(nèi)安裝遮陽板，在中歐地區(qū)，通常會導(dǎo)致過高的有效總能源滲透率級別，除非外墻玻璃區(qū)域比例非常低，僅有30%-40%。不過，這又會大幅降低日光照射率，除了產(chǎn)生不好的心理影響外，還會增加人工照明所需要的能源消耗。只有在北歐的一些地區(qū)，溫暖而日照充分的日子比較少，從節(jié)約能源的角度，可以采用較大的玻璃幕墻，同時在建筑內(nèi)部安裝遮陽系統(tǒng)。

在翻新和改造列入文物保護的建筑物外墻時，通常在處理夏季隔熱的問題上會遇到建筑設(shè)計和能源消耗之前的沖突。出于美觀考慮，加裝外部遮陽裝置通常不可行。然而，改建后的室內(nèi)環(huán)境又必須保持舒適的溫度。與新建寫字樓不同，老舊的辦公樓通常蓄熱蓄冷能力很低（倒如吊頂?shù)暮穸炔坏?5cm）。因此，制冷能源消耗飆升。圖4反映了漢堡Kaiserhof寫字樓的情況：屬于文物保護的建筑外墻當(dāng)時幾乎要整個重建，但最后還是只在底部進(jìn)行了唯一一處加建。

圖4 漢堡Kaiserhof寫字樓

活板窗之后一定距離的位置，安裝了推拉玻璃窗，用戶可在任何時候推拉窗戶。冬季，活板窗上部打開，形成自然通風(fēng)；夏季，兩邊活板窗都打開。室內(nèi)可推拉的玻璃窗則仍然由用戶根據(jù)戶外氣候（風(fēng)、太陽、溫度）自主開關(guān)。夏季可打開活板窗，一直保持遮陽裝置的自然通風(fēng)，這意味著室內(nèi)制冷荷載始終保持較低水平。晚上，活板窗也可以提供很好的夜間通風(fēng)（圖5）。

圖5 kaiserhof寫字樓的外墻和通風(fēng)概念設(shè)計

當(dāng)然，遮陽裝置也是幕墻和建筑的設(shè)計元素。在大部分中歐地區(qū)只需要在夏季進(jìn)行遮陽；但在歐洲南部國家，則全年都需要。因此，遮陽保護裝置也是建筑外部造型的一個重要因素。

綠色建筑的判定標(biāo)準(zhǔn)不僅是設(shè)計，還必須證明其節(jié)能；但在另一方面，建筑也需要銷售和租賃出去，因此設(shè)計的美觀性毋庸置疑是需要考慮的因素。

圖6反映了另一種遮陽保護設(shè)計方案。建筑外部的活動百葉窗采用獨立鋁條板構(gòu)成；在夏季太陽高掛時，百葉窗升高，在建筑南側(cè)提供良好的遮陽效果；當(dāng)太陽位置較低時，活動百葉窗自動降下。鋁條板的間距和傾斜角度通過模擬技術(shù)，根據(jù)能源和采光量以及建筑朝向預(yù)先設(shè)定。

圖6 慕尼黑Campeon寫字樓的折疊式百葉

能夠折射自然光的遮陽裝置。室外百葉是效率最高的遮陽裝置之一，能夠滿足節(jié)能、采光量、可見和靈活性的所有要求。如果采用標(biāo)準(zhǔn)的室外百葉，只需稍作改動，就能達(dá)到高度防風(fēng)、通透、自然采光和遮陽的效果。凹形打孔豎式百葉制成的百葉窗便是一個很好的例子，能實現(xiàn)極好的自然采光和朝外的視野。

另一種形式的室外百葉是將室外百中的百葉上部折疊，與下部形成不同的角度。這種形式既經(jīng)濟又能保證良好的自然采光。還有一種更好的自然采光形式，即結(jié)合幕墻上部區(qū)域的采光系統(tǒng)和幕墻其他部位的室外百葉進(jìn)行采光。不過，如果采用這種形式，則需要確定采光控制裝置能在夏季實現(xiàn)良好的防眩光效果。