安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司 沈言章 王東紅
一、引言：
為了獲得良好的日照和采光，建筑使用了大量的透明玻璃外窗。在夏季，大量的太陽(yáng)直射光會(huì)透過(guò)外窗照進(jìn)室內(nèi)，導(dǎo)致室內(nèi)溫度升高、空調(diào)能耗增加。在冬季，陽(yáng)光透過(guò)南向的透明外窗會(huì)加熱建筑內(nèi)部的墻體、地面，使室內(nèi)更加溫暖，降低供暖能耗。因此，利用遮陽(yáng)來(lái)控制陽(yáng)光的照射是建筑設(shè)計(jì)中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
二、遮陽(yáng)原理
遮陽(yáng)可以通過(guò)自然景觀或建筑元素提供，具體設(shè)計(jì)取決于太陽(yáng)方位和建筑的朝向。例如，南向外窗上方的挑檐能夠在正午太陽(yáng)高度角非常高的時(shí)候有效的起到遮陽(yáng)的作用。然而對(duì)于下午太陽(yáng)下山時(shí)西向的外窗，這種橫向的遮陽(yáng)裝置就無(wú)法起到遮陽(yáng)的作用。
遮陽(yáng)的意義：在夏季阻止太陽(yáng)直射光并在冬季允許直射光進(jìn)入
三、遮陽(yáng)的種類
遮陽(yáng)的形式有很多，可以分為外遮陽(yáng)、內(nèi)遮陽(yáng)、中間遮陽(yáng)、自遮陽(yáng)、環(huán)境遮陽(yáng)。
l 外遮陽(yáng)主要包括固定外遮陽(yáng)和活動(dòng)外遮陽(yáng)。固定外遮包括水平式遮陽(yáng)、垂直式遮陽(yáng)、擋板式遮陽(yáng)、綜合式遮陽(yáng)形式。活動(dòng)外遮陽(yáng)包括活動(dòng)百葉遮陽(yáng)、遮陽(yáng)篷、遮陽(yáng)卷簾等。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于南向的外窗，橫向的固定或者活動(dòng)遮陽(yáng)裝置可以起到很好的效果。但對(duì)于東向和西向的外窗，由于其受陽(yáng)光照時(shí)太陽(yáng)高度角很低且方位的變化較快，橫向遮陽(yáng)裝置無(wú)法遮擋太陽(yáng)直射光。此時(shí)使用豎向遮陽(yáng)裝置，而且最好是采用活動(dòng)遮陽(yáng)裝置才能達(dá)到良好的遮陽(yáng)效果。
固定外遮陽(yáng)（左為水平式、右為垂直式）
合肥銀泰中心活動(dòng)豎向遮陽(yáng)
商業(yè)店鋪門口的可拉伸遮陽(yáng)蓬
l 內(nèi)遮陽(yáng)裝置主要是在室內(nèi)安裝百葉窗簾、百葉窗、拉簾、卷簾等。主要用于防止眩光，提高視覺(jué)質(zhì)量，沒(méi)有明顯的隔熱效果。
室內(nèi)百葉窗
l 中間遮陽(yáng)裝置是指在雙層或三層玻璃窗內(nèi)增加活動(dòng)遮陽(yáng)措施的裝置，例如中置百葉窗。在受外觀的限制下，中置遮陽(yáng)是一種很好的兼顧立面造型和隔熱效果的措施。從2017年1月1日開(kāi)始，合肥市的住宅小區(qū)對(duì)東向、西向、南向外窗面積比較大的一些臥室和客廳在建造時(shí)就使用了這一類的外窗。
中置百葉窗
l 自遮陽(yáng)主要指的是采用吸熱玻璃、熱反射玻璃、低輻射玻璃等遮陽(yáng)系數(shù)小、性能好的玻璃。目前已經(jīng)在各類建筑中廣泛使用。
低輻射玻璃外窗
l 環(huán)境遮陽(yáng)包括周邊的樹(shù)木和建筑產(chǎn)生的遮陽(yáng)效果。
利用一些喬木冬季落葉的特性進(jìn)行遮陽(yáng)
周邊建筑產(chǎn)生的遮陽(yáng)效果
四、安徽省適宜的建筑遮陽(yáng)措施
安徽省位于我國(guó)的華東地區(qū)，介于東經(jīng)114°54′-119°37′，北緯29°41′-34°38′之間。以合肥市為例，從下面的太陽(yáng)軌跡圖中可以看出，在夏至日，太陽(yáng)從東北方升起，從西北方落下，正午太陽(yáng)高度接近90度。在冬至日，太陽(yáng)從東南方升起，西南方落下，正午太陽(yáng)高度不到40度。因此，對(duì)于我省的建筑，東向、西向、南向的外窗需要采取遮陽(yáng)措施。而且對(duì)于一些非正南正北朝向的建筑，由于夏季西曬的問(wèn)題比較嚴(yán)重，其原本為北向的外窗也需要采取遮陽(yáng)措施。
合肥市全年太陽(yáng)軌跡圖
注：四周黑色字體標(biāo)注的是太陽(yáng)方位角，正上方為正北方向，為0o，正東方向?yàn)?/span>90 o。中間的灰色虛線表示的是太陽(yáng)高度角，中心為90 o，最邊緣為0o。藍(lán)色線條表示的是合肥地區(qū)太陽(yáng)在不同日期、不同時(shí)間所處的方位和高度。
為便于直觀理解，下面利用電腦軟件和簡(jiǎn)單的建筑模型進(jìn)行展示。以一個(gè)四面均設(shè)外窗的小房間為例，采用合肥市的經(jīng)緯度。在空調(diào)能耗較高而且西曬問(wèn)題比較嚴(yán)重的夏至日（6月21日），上午6點(diǎn)15分時(shí)，太陽(yáng)已經(jīng)透過(guò)北側(cè)和東側(cè)的外窗進(jìn)入室內(nèi)。9點(diǎn)時(shí)陽(yáng)光無(wú)法透過(guò)北向的外窗，室內(nèi)的光線主要從東側(cè)的外窗透過(guò)。9點(diǎn)半時(shí)陽(yáng)光開(kāi)始從南側(cè)的外窗射入。12點(diǎn)附近時(shí)，陽(yáng)光僅從南側(cè)外窗射入。12點(diǎn)15分開(kāi)始從西側(cè)外窗射入，下午3點(diǎn)30分附近開(kāi)始從北側(cè)外窗射入，下午5點(diǎn)時(shí)從西側(cè)外窗直射到地板上的面積達(dá)到最大。
模型展示
注：房間長(zhǎng)5米，寬3米，高3米，四面均設(shè)外窗的小房間，黃色圓弧所示為太陽(yáng)在夏至日這一天的軌跡，黃點(diǎn)表示太陽(yáng)的位置。
6點(diǎn)15分（東北視角）
9點(diǎn)（東視角）
12點(diǎn)（東北視角）
下午5點(diǎn)（西北視角）
以南向外窗為例，下面兩張圖所示，若想在夏季完全擋住直射光，僅需在外窗上方設(shè)置一個(gè)深23cm的擋板即可，且在冬季不影響陽(yáng)光照進(jìn)室內(nèi)。
采用橫向遮陽(yáng)措施后直射光被完全遮擋
在冬至日正午能讓全部陽(yáng)光照進(jìn)室內(nèi)
由于我們的城市規(guī)劃要求沿路的建筑立面需要與道路流線相協(xié)調(diào)來(lái)保證城市的美觀。因此平日里我們遇到的建筑，并不全都是正南正北的朝向，會(huì)隨著道路的走向，有一定的偏轉(zhuǎn)。以合肥市繁華大道與宿松路交叉口為例，道路的通行方向迫使周邊的建筑以南偏東或偏西的形式設(shè)計(jì)和建造。這些建筑的北立面在夏季的下午將會(huì)受到長(zhǎng)時(shí)間的太陽(yáng)直射光的影響。
繁華大道與宿松路交叉口衛(wèi)星圖
注：圖片正上方為正北方向
以上圖左圈內(nèi)的安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司總部大樓（辦公建筑）為例。如下面的總圖所示，該建筑整體為南偏東29度，建筑的東北立面、東南立面、西南立面、西北四個(gè)立面均有開(kāi)窗，但從日照軌跡的模擬結(jié)果來(lái)看，由于東北立面的東側(cè)存在待建的高層建筑，且辦公樓在東側(cè)和西側(cè)空中花園的樓板對(duì)下方的辦公用房形成了遮擋，使本辦公樓的東北立面產(chǎn)生了一片天然的遮陽(yáng)區(qū)。因此，本辦公樓的遮陽(yáng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于東南、西南和西北三個(gè)立面，為了解決這三個(gè)立面的遮陽(yáng)問(wèn)題，設(shè)計(jì)師們采取了一系列措施。
建筑總平面彩圖
首先在每一個(gè)樓層的外窗上方均設(shè)計(jì)了挑出的花池，一方面可以種植花草，另一方面可以起到橫向遮陽(yáng)的作用。其次，建筑整體呈“凹”字形，主要的辦公區(qū)設(shè)置在凹槽內(nèi)部，利用頂部未凹進(jìn)去的樓層進(jìn)行自我遮擋，使夏至日正午時(shí)分整個(gè)東南立面的辦公房間均處在陰影范圍內(nèi)，不受太陽(yáng)直射光的影響（下圖所示）。此外，通過(guò)合理的平面布局，把不需要進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的房間放在東側(cè)和西側(cè)，例如衛(wèi)生間、消防通道、電梯廳等。在每層架空設(shè)置空中花園，利用花園的樓板對(duì)下一層辦公用房的外窗進(jìn)行遮陽(yáng)。
南立面的水平外挑花池和“凹”字形平面
每層的空中花園對(duì)下一層的辦公用房產(chǎn)生遮陽(yáng)效果
夏至日早上7點(diǎn)東側(cè)的待建建筑對(duì)本辦公樓起到了遮擋的效果
根據(jù)日照模擬的結(jié)果，夏至日下午2點(diǎn)30分開(kāi)始橫向的挑板已無(wú)法完全遮住北側(cè)的外窗，陽(yáng)光將照進(jìn)室內(nèi)。對(duì)此，設(shè)計(jì)師們?cè)谠摿⒚嬖O(shè)置了豎向固定外遮陽(yáng)板作為主要手段，并設(shè)置垂直網(wǎng)架利用夏季爬藤植物的豎向生長(zhǎng)進(jìn)一步增加遮陽(yáng)效果。下面第二張圖闡述了花池加豎向遮陽(yáng)板起到的遮陽(yáng)效果。
經(jīng)過(guò)以上遮掩措施，可以確保辦公空間在夏季工作時(shí)間內(nèi)不受太陽(yáng)直射光的影響，提高室內(nèi)舒適度，降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗。
夏至日下午2點(diǎn)30分西北立面太陽(yáng)直射光
原理示意：同一時(shí)間在加入水平外挑構(gòu)件與豎向遮陽(yáng)后不再有直射光
大樓西北立面實(shí)景圖
五、其他有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)
隨著可持續(xù)發(fā)展理念的貫徹落實(shí)，遮陽(yáng)技術(shù)發(fā)展迅猛，除了以上介紹的遮陽(yáng)設(shè)計(jì)，太陽(yáng)能光伏與遮陽(yáng)一體化設(shè)計(jì)、變色玻璃等技術(shù)為建筑設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的理念。相信今后我省經(jīng)濟(jì)實(shí)力增強(qiáng)，相關(guān)的前沿設(shè)計(jì)會(huì)更加為人們所熟知和應(yīng)用。
太陽(yáng)能光伏電池板與橫向遮陽(yáng)的結(jié)合
