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，大量的太陽直射光會透過外窗照進(jìn)室內(nèi)，導(dǎo)致室內(nèi)溫度升高、空調(diào)能耗增加。在冬季，陽光透過南向的透明外窗會加熱建筑內(nèi)部的墻體、地面，使室內(nèi)更加溫暖，降低供暖能耗。因此，利用遮陽來控制陽光的照射是建筑設(shè)計(jì)中重要的一個環(huán)節(jié)。
二、遮陽原理
遮陽可以通過自然景觀或建筑元素提供，具體設(shè)計(jì)取決于太陽方位和建筑的朝向。例如，南向外窗上方的挑檐能夠在正午太陽高度角非常高的時候有效的起到遮陽的作用。然而對于下午太陽下山時西向的外窗，這種橫向的遮陽裝置就無法起到遮陽的作用。
遮陽的意義：在夏季阻止太陽直射光并在冬季允許直射光進(jìn)入
三、遮陽的種類
遮陽的形式有很多，可以分為外遮陽、內(nèi)遮陽、中間遮陽、自遮陽、環(huán)境遮陽。
l 外遮陽主要包括固定外遮陽和活動外遮陽。固定外遮包括水平式遮陽、垂直式遮陽、擋板式遮陽、綜合式遮陽形式。活動外遮陽包括活動百葉遮陽、遮陽篷、遮陽卷簾等。一般來說，對于南向的外窗，橫向的固定或者活動遮陽裝置可以起到很好的效果。但對于東向和西向的外窗，由于其受陽光照時太陽高度角很低且方位的變化較快，橫向遮陽裝置無法遮擋太陽直射光。此時使用豎向遮陽裝置，而且最好是采用活動遮陽裝置才能達(dá)到良好的遮陽效果。
固定外遮陽（左為水平式、右為垂直式）
合肥銀泰中心活動豎向遮陽
商業(yè)店鋪門口的可拉伸遮陽蓬
l 內(nèi)遮陽裝置主要是在室內(nèi)安裝百葉窗簾、百葉窗、拉簾、卷簾等。主要用于防止眩光，提高視覺質(zhì)量，沒有明顯的隔熱效果。
室內(nèi)百葉窗
l 中間遮陽裝置是指在雙層或三層玻璃窗內(nèi)增加活動遮陽措施的裝置，例如中置百葉窗。在受外觀的限制下，中置遮陽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日開始，合肥市的住宅小區(qū)對東向、西向、南向外窗面積比較大的一些臥室和客廳在建造時就使用了這一類的外窗。
中置百葉窗
l 自遮陽主要指的是采用吸熱玻璃、熱反射玻璃、低輻射玻璃等遮陽系數(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)境遮陽包括周邊的樹木和建筑產(chǎn)生的遮陽效果。
利用一些喬木冬季落葉的特性進(jìn)行遮陽
周邊建筑產(chǎn)生的遮陽效果
四、安徽省適宜的建筑遮陽措施
安徽省位于我國的華東地區(qū)，介于東經(jīng)114°54′-119°37′，北緯29°41′-34°38′之間。以合肥市為例，從下面的太陽軌跡圖中可以看出，在夏至日，太陽從東北方升起，從西北方落下，正午太陽高度接近90度。在冬至日，太陽從東南方升起，西南方落下，正午太陽高度不到40度。因此，對于我省的建筑，東向、西向、南向的外窗需要采取遮陽措施。而且對于一些非正南正北朝向的建筑，由于夏季西曬的問題比較嚴(yán)重，其原本為北向的外窗也需要采取遮陽措施。
合肥市全年太陽軌跡圖
注：四周黑色字體標(biāo)注的是太陽方位角，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)太陽在不同日期、不同時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單的建筑模型進(jìn)行展示。以一個四面均設(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題比較嚴(yán)重的夏至日（6月21日），上午6點(diǎn)15分時，太陽已經(jīng)透過北側(cè)和東側(cè)的外窗進(jìn)入室內(nèi)。9點(diǎn)時陽光無法透過北向的外窗，室內(nèi)的光線主要從東側(cè)的外窗透過。9點(diǎn)半時陽光開始從南側(cè)的外窗射入。12點(diǎn)附近時，陽光僅從南側(cè)外窗射入。12點(diǎn)15分開始從西側(cè)外窗射入，下午3點(diǎn)30分附近開始從北側(cè)外窗射入，下午5點(diǎn)時從西側(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在夏至日這一天的軌跡，黃點(diǎn)表示太陽的位置。
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)置一個深23cm的擋板即可，且在冬季不影響陽光照進(jìn)室內(nèi)。
采用橫向遮陽措施后直射光被完全遮擋
在冬至日正午能讓全部陽光照進(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受到長時間的太陽直射光的影響。
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、西北四個立面均有開窗，但從日照軌跡的模擬結(jié)果來看，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區(qū)。因此，本辦公樓的遮陽設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于東南、西南和西北三個立面，為了解決這三個立面的遮陽問題，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，使夏至日正午時分整個東南立面的辦公房間均處在陰影范圍內(nèi)，不受太陽直射光的影響（下圖所示）。此外，通過合理的平面布局，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，利用花園的樓板對下一層辦公用房的外窗進(jìn)行遮陽。
南立面的水平外挑花池和“凹”字形平面
每層的空中花園對下一層的辦公用房產(chǎn)生遮陽效果
夏至日早上7點(diǎn)東側(cè)的待建建筑對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分開始橫向的挑板已無法完全遮住北側(cè)的外窗，陽光將照進(jìn)室內(nèi)。對此，設(shè)計(jì)師們在該立面設(shè)置了豎向固定外遮陽板作為主要手段，并設(shè)置垂直網(wǎng)架利用夏季爬藤植物的豎向生長進(jìn)一步增加遮陽效果。下面第二張圖闡述了花池加豎向遮陽板起到的遮陽效果。
經(jīng)過以上遮掩措施，可以確保辦公空間在夏季工作時間內(nèi)不受太陽直射光的影響，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分西北立面太陽直射光
原理示意：同一時間在加入水平外挑構(gòu)件與豎向遮陽后不再有直射光
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)，遮陽技術(shù)發(fā)展迅猛，除了以上介紹的遮陽設(shè)計(jì)，太陽能光伏與遮陽一體化設(shè)計(jì)、變色玻璃等技術(shù)為建筑設(shè)計(jì)帶來了新的理念。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)會更加為人們所熟知和應(yīng)用。
太陽能光伏電池板與橫向遮陽的結(jié)合
