建筑活动式外遮阳的适应性技术

建筑活动式外遮阳的适应性技术　陈　军　（京移通信设计院有限公司安徽分公司，安徽合肥　２３００３１）　摘要：建筑的活动式外遮阳代表了可持续性建筑的发展趋势。通过对活动式外遮阳的原理研究和分析，提出了其适应性技术和　设计方法，可应用于实际建筑设计当中。　关键词：活动式外遮阳；原理分析；适应性技术；设计方法　中图分类号：ＴＵ２２６　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—５７８１ｌ　２００６）０５—０４４７—０３　１建筑遮阳的重要性　建筑遮阳，是建筑的必要组成部分，在炎热的夏　季，它可以防止直射阳光的不利影响，改善室内的热　环境和光环境，为．人类正常的学习、工作和生活提供　阳百叶等形式。其优点是可以根据室外光线情况进　行相应地调节，遮阳效果好。其缺点是一定程度上影　响了视觉的和空气流通，价格相对固定式较高。　通过对各种遮阳方式的遮阳效果、视觉和通风影　响、经济性等因素的综合对比和考虑，活动式外遮阳　是一种较为理想的遮阳方式，是建筑节能的第一步，　是可持续性建筑设计的首选。　保障，这是遮阳最为主要的功用。　此外，建筑的遮阳，还切身关系到建筑使用功能　的众多方面，与建筑的热环境（保温、隔热、通风等）、　光环境（漫反射）、声环境（隔声）以及建筑艺术等有着　密切的关系　］。　３活动式外遮阳的原理分析及设计　３．１　原理分析　２建筑遮阳的分类及活动式外遮阳　（１）建筑的遮阳，按照其与建筑的相对位置，可　分为内置式遮阳和外置式遮阳。　内置式遮阳，常用卷帘、百叶帘、百叶窗等形式。　其优点是安装经济，使用灵活、方便和快捷；其缺点是　隔热性能差，热量已经进入了房间，在玻璃窗内易产　生温室效应。　遮阳并不是仅仅是为了遮挡太阳的直射辐射，而　是真正应该在保温、隔热、采光、通风、隔声等几项因　素之间找到一个最适宜于人的综合、折衷和平衡。　日照总量由三部分组成：直射辐射、漫射辐射和　反射辐射　在夏季，首先要阻挡强烈的太阳直射辐　射，其次还要阻挡天空的漫反射辐射，尤其是在气候　潮湿的地区。因此，以往固定式遮阳或简单的活动式　遮阳设施并不能有效地满足遮阳要求。　外置式遮阳，常用遮阳板、遮阳百叶等形式。其　优点是可以有效遮挡太阳直射和漫反射光线；缺点是　视线有一定程度地受限制，价格较高。　（２）夏热冬暖、夏热冬冷地区的建筑以及寒冷地　区中制冷负荷大的建筑宜设置外部遮阳Ｌ２］。外置式　遮阳又可以分为固定式和活动式。　固定式外遮阳，常采用挑檐、固定式遮阳板、固定　以４２。纬度处晴天传送的太阳能为例。在夏季　除了南向以外的其它朝向都会受到最大的太阳辐射。　这是由于夏季太阳高度角大，投射在南向窗的太阳光　线由于入射角较大，反射系数接近１，大部分辐射会　被玻璃反射掉，因此东、西向的得热较大，近乎南向窗　的３倍。在冬季，由于太阳角度低，太阳辐射虽较弱，　但南向窗却能够比其它朝向的窗口获得更多的太阳　辐射。　式遮阳百叶等形式。其优点是安装方便，价格较低；　缺点是不能灵活有效地进行遮阳。　活动式外遮阳，常采用活动式遮阳板、活动式遮　收稿日期：２００６—０７　１２；修改日期：２００６—０８—１８　由此，可以确定出遮阳的总体原则：夏季，东、西　向窗户比南向窗户具有更高的遮阳要求；冬季，要充　作者简介：陈军（１９７６一），男，江苏扬州人，京移通信设计院有限公司安徽分公司助理工程师　《工程与建设＇２００６年第２Ｏ卷第５期４４７　维普资讯 http://www.cqvip.com

分考虑到南向窗户的被动式太阳能的最大获取。同　时，由于夏季辐射严重，冬季辐射较小，东、西向的窗　户从采暖和降温上看几乎可以不考虑，因此最好不开　窗或少开窗、开小窗。　在遮阳设计之前，针对不同区域的不同的气候，　有必要强调其前提条件：①直射辐射＞漫射辐射。　②拥有正常的地面反射条件。③不考虑基地中其　它建筑立面的反射辐射。④与遮阳关系最为密切的　是热环境（隔热与吸热）和光环境（视线），其它如通　风、防噪等次要因素在此可先不做考虑。　３．２设计方法　３．２．１　南向活动式遮阳设计　通过气候资料，找到建筑物所在地的太阳位置数　据表，由此可知太阳在全年的高度角和方位角的具体　变化情况。　如图１所示　］，可清楚地了解到活动式遮阳百叶　的设计所涉及到的要素。　根据太阳高度角，可以计算出完全遮挡阳光时　（即遮阳临界角度）ｍ间距／深度比。这个值是最大限　值，设计角度应该比此值小。随着夏季至冬季的变　化，太阳高度角也逐渐减小，间距／深度比值也在逐渐　变小，即百叶的深度逐渐加大或间距逐渐减小。但　是，由于冬季不需要进行遮阳，反而应该全部打开以　获取阳光，所以间距／深度临界值应该出现在在夏季　与冬季之间的某时段。　在此之前为遮阳期，而此后为非遮阳期（即被动　采暖期）。因此，确定这个临界值是决定间距／深度比　值的关键。　图１活动式遮阳百叶　理论上讲，照射在建筑上的太阳光是年度时间　（即太阳高度）的函数，即在夏至６月２１日最大，对称　于此线逐步降低，直至冬至１２月２１日变为最小。实　４４８　《工程与建设＇２００６年第２Ｏ卷第５期　际中，太阳高度角和温度的作用并不是完全协调一致　的，因为，地球体积巨大，地面在春季升温缓慢，直到　夏至日后的一两个月，夏季温度才至最高点。冬季也　一样，要滞后到冬至日后的一两个月的时间，地球气　温才至最低点。　因此，确定这个间距／深度临界值的要素是全年　温度变化的函数，其位置应该在高温期与低温期间的　过渡期内。　因此，要确定临界值，首先通过气候资料，找到当　地的高温与低温期间的过渡期（确切地讲应该是夏季　转冬季的过渡期），找到其限值对应的太阳高度角，由　前述方法计算出间距／深度比值。此值即为遮阳临界　值，活动式遮阳百叶的设计值应至少小于此值。如假　定以小雪日（１１月２３日）为南京地区遮阳过渡期的　限日，遮阳遮蔽时间为９：００～１５：ＯＯ，此时的太阳　高度角可由文献［４］附表１查得为２２。１５　。根据间　距／深度一１／ｃｏｓＡ可算出临界值约为１．Ｏ８。　得到遮阳临界值后（即已完全遮挡了太阳直射），　就对漫射辐射（主要来自地面和天空）的遮挡进行分　析。光传播系数（ＤＴＦ）是指透过遮阳窗口的漫反射　光与透过未遮阳窗口的漫反射光的比值。其有这样　的规律：①光传播系数随着水平百叶角度的增大而　变小。②光传播系数随着间距／深度比的增大也变　大。由此可以做出估算调整，以确定对漫反射光线的　遮挡程度。若要准确地计算出遮阳后室内的采光系　数，则可以运用计算机专业软件程序或者文献［３］中　提供的方法进行计算。　综合上述，可以概括出南向活动式遮阳百叶设计　的两个步骤：①完全遮挡直射辐射。②部分遮挡漫　射辐射（遮挡程度根据当地当时情况来确定）。　在冬季时，遮阳百叶应全面打开，其角度的调整　可以根据太阳高度角的变化，定时给予定值。　３．２．２　东、西向活动式遮阳设计　对建筑东、西向的处理，是夏季减小建筑热负荷　的关键，最好的处理方式是不开窗。但是遇到必须开　窗，或是建筑的朝向为东西向时，必须要考虑其夏季　的遮阳问题。　东、西向的光线变化比较复杂，在每一天的不同　时段，太阳的位置变化较大。东、西向的窗户受到太　阳高度角的强烈变化的影响。因为在东向，清晨至中　午的时段，太阳的高度角由Ｏ。开始逐渐增大，由于入　射角较低，东向的窗户受到了大部分直射光辐射而玻　维普资讯 http://www.cqvip.com

璃的反射却很少，因此要靠竖直式遮阳才能完全抵御　直射；在西向，中午至傍晚的时段，太阳高度角由９Ｏ。　逐渐减小，西向的窗户也开始同样受到了太阳直射辐　射的影响，所不同的是，较之东向窗户，所受的辐射更　严重。　要想完全有效地遮挡阳光，必须采用竖直式遮阳　方式。在中午之前和中午之后的两个较小的时间段　内，太阳高度角为９Ｏ。的左和右，此时要靠水平式遮　阳才能遮挡住阳光。　因此，东、西向的有效遮阳设计，宜采用水平和竖　直的复合遮阳方式。由于东、西向的日照时间各是半　天，所以在未有太阳直射的时段，可以打开遮阳装置，　以满足视线的要求。　水平遮阳：方法如同南向遮阳，仍试取遮阳限日　为１１月２３日，遮阳遮蔽时间为９：００～１５：ＯＯ，查　表得到太阳高度角为２２。１５　。然后量出窗户的垂直　高度ｈ，则水平挑檐的出挑长度即为ｈ／ｔａｎ２２。１５　。水　平遮阳的设置宜选用活动式的遮阳雨棚或遮阳板，有　利于在未受太阳直射辐射的半天内打开，以获得良好　的视线。　竖直遮阳：由太阳位置数据表可以查到，东、西向　太阳方位角在夏至日是最大的，因此把夏至日做为东、　西向的遮阳限日。试取夏至日东、西向遮阳时段为　７：００￣１７　ｉ　００，查表可知其太阳方位角为１０３。２４　，由　此可得其遮阳线角度Ｄ为１０３。２４　一９０。一１３。２４　。然　后在东、西向窗户的平面上画出遮阳线，如图２所　示Ｌ】］。然后绘制两个偏北的斜向百叶板，使得前一个　百叶的端部和后一个百叶的尾部相交于已绘的遮阳　线。接下来同间距偏移复制其它百叶，直到满窗覆盖　为止（需要注意的是，这里的竖直百叶的深度、间距和　偏转角度是一个相关的函数，如图２、３所示［】］，在这　里应该兼顾百叶深度、间距、角度和视线等因素综合　考虑）。　这时求出的偏转角度Ａ是东、西向竖直百叶的　最大偏转角度限值。接下来，可以根据时间的变化逐　步调整竖直百叶的偏转角度，以获取范围更大的视线　曝光角，即早晨至在某点ｎ处的偏转角度由限值Ａ　逐步由变为０。，中间的时段不再变化，下午由ｎ点的　对称点ｂ开始由Ｏ。逐步变为限值Ａ。　对应数据表可以找到ｎ点大约为上午１Ｏ时，ｂ　点大约为下午１４时。在７　ｉ　００￣１０：００和１４　ｉ　ＯＯ～　１７　ｉ　００这两个时间段内，可以按数据照表给定的时　间，以１．Ｏ～Ｏ．５　ｈ为间隔求出各对应的偏转角度值，　随时地控制遮阳和视线的最佳角度；而在１０　ｉ　Ｏ０～　１４　ｉ　Ｏ０这个时间段内，竖直百叶应固定为垂直角度打　开，以保证最大的视线范围嘲。　图２遮阳线（１）　＂－－９　图３逼阳线（２　Ｊ　确保了对直射辐射的遮挡之后，接下来根据深色　竖直百叶窗的漫反射光传播系数表，可以参考上述的　南向水平百叶的漫反射光传播系数的设计方法，感性　或精确地控制漫反射强度　］。　４　结束语　通过具体的研究和分析，力求找到一种定性和定　量的活动式外遮阳设计的有效方法。其分析和设计　过程中所涉及的原理、方法和数据同样适合于固定式　遮阳板和固定式遮阳百叶的设计，其过程数据也可以　做为智能控制可调式百叶系统的预置气候和调节数　据，储存于智能控制软件系统中。　（参考文献］　［１］诺伯特・莱希纳．建筑师技术设计指南——采暖・降温・照明　［Ｍ］．李德英，周玉鹏译．北京：中国建筑工业出版社，２００４．　［２］ＧＢ５０１８９－－２００５，公共建筑节能设计标准［ｓ］．　［３］　阿尔温德・克里尚，尼克・贝克．建筑节能设计手册——气候与　建筑［Ｍ］．刘加平译．北京：中国建筑工业出版社，２００５．　［４］吉林省建筑设计院．建筑日照设计［Ｍ］．北京：中国建筑工业出　版社，１９７９．　［５］玛丽・古佐夫斯基．可持续建筑的自然光运用［Ｍ］．汪　芳译．　北京：中国建筑工业出版社，２００４．　［６］薛志峰．超低能耗建筑技术与应用［Ｍ］．北京：．中国建筑工业出　版社，２００５．　《工程与建设》２００６年第２Ｏ卷第５期４４９