上海地區(qū)公共建筑外遮陽設(shè)計探析

郝睿敏

(上海中森建筑與工程設(shè)計顧問有限公司，上海 200120)

黨的十七大把節(jié)能減排作為今后長期的重要任務(wù)，建筑節(jié)能被提到了前所未有的高度。上海地處長江下游，屬夏熱冬冷地區(qū)，該地區(qū)節(jié)能設(shè)計要求為:必須滿足夏季防熱要求，適當兼顧冬季保溫。因建筑能耗以空調(diào)能耗為主，而通過窗戶進入室內(nèi)的太陽輻射熱是空調(diào)負荷的主要因素，所以對窗戶、幕墻的遮陽要求比較高。公共建筑能耗已占全市建筑總能耗的65%，節(jié)能優(yōu)化問題亟待解決[1]。建筑外遮陽與內(nèi)遮陽、中置遮陽相比，普遍指室外翻板、百葉簾、遮陽篷、卷閘(簾)等構(gòu)件[2]，其節(jié)能效果好，且理論計算依據(jù)明確。建筑周邊綠化和某些建筑使用構(gòu)件都有一定的遮陽作用，因其使用本意不是遮陽，與外遮陽范疇有一定區(qū)別。

1 外遮陽設(shè)計的理論支撐

遮陽設(shè)計就是使遮陽形式和構(gòu)造設(shè)計與地區(qū)氣候條件、房間使用要求和窗戶朝向相適應(yīng)?！豆步ㄖ?jié)能設(shè)計標準》《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》等提及外遮陽，多以“宜”“或”并對遮陽系數(shù)提出要求;上海市《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》對外窗、天窗及透明玻璃幕墻的綜合遮陽系數(shù)提出限值要求;《上海市建交委關(guān)于進一步加強本市民用建筑節(jié)能設(shè)計技術(shù)管理的通知》中，當窗墻比大于0.4時，遮陽系數(shù)不得大于0.5，也是對遮陽系數(shù)提出關(guān)聯(lián)性要求。上述國家和地方規(guī)范及標準對外遮陽均有一定要求，但少有強制性條文，再查對節(jié)能要求較高的《綠色建筑評價標準》，其中可采用可調(diào)節(jié)外遮陽，改善室內(nèi)熱環(huán)境也屬于一般項，并非控制項。一般認為，當同時滿足室內(nèi)(外)氣溫達到29℃以及太陽輻射強度不小于240 W/m2時，建筑應(yīng)采取遮陽措施。上海地區(qū)圍護結(jié)構(gòu)夏季室外計算溫度平均值31.2℃;夏季太陽輻射照度南向、東西向、水平面在10點～18點基本在240 W/m2以上[3]，符合以上設(shè)置條件。

2 外遮陽設(shè)計的計算分析

現(xiàn)階段實現(xiàn)建筑節(jié)能的途徑大致有五種:1)提高建筑本身圍護結(jié)構(gòu)性能;2)提高設(shè)備用能效率;3)利用可再生能源;4)能源的梯級利用，低品相能源開發(fā);5)加強科學(xué)合理的運行管理以及改善使用者的行為模式[4]。從設(shè)計的角度看，第4)，5)種并不能完全為設(shè)計者所控制，1)，2)，3)種便成為節(jié)能設(shè)計的重點。相關(guān)資料顯示:通過對節(jié)能率為65%的公共建筑進行能耗分析，前三種途徑的節(jié)能貢獻率大約是50% ∶10% ∶5%，在第一種途徑中，對外遮陽的作用分析如圖1所示。

從圖1可以看出:在窗墻比事先設(shè)定的情況下，遮陽系數(shù)與傳熱系數(shù)成為外窗、幕墻節(jié)能的控制因素，綜合遮陽系數(shù)由玻璃自身遮陽系數(shù)與外遮陽遮陽系數(shù)共同決定。通過對一棟地上玻璃幕墻形式的10層辦公建筑(體形系數(shù)0.11、總建筑面積2萬m2)按水平固定金屬外遮陽板進行圍護結(jié)構(gòu)能耗模擬計算(見表1)。

表1 圍護結(jié)構(gòu)能耗模擬計算

表1計算表明:在上海地區(qū)，空調(diào)能耗比重大于采暖能耗，固定外遮陽對建筑總能耗的降低是通過空調(diào)能耗的減量大于采暖能耗的增量來實現(xiàn)的，以上方式大約可減少總能耗2%?；顒油庹陉柪碚撋峡梢詼p少甚至消除采暖能耗的增量部分。

建筑外遮陽的遮陽效果與陽光入射角度有密切關(guān)系，不同時間不同緯度的入射角度均不一樣，上海地處北緯31°，若考慮遮陽板對窗戶全遮擋，其南向水平遮陽深度比值P及東西向垂直遮陽角度a可按表2查詢[5]。

表2 南向深度比值P與東西向角度值a

3 外遮陽設(shè)計

1)從建筑技術(shù)角度出發(fā)，建筑外遮陽設(shè)計不可避免的涉及如下因素。從節(jié)能角度考慮，活動外遮陽優(yōu)于固定外遮陽，手動優(yōu)于電動;從遮陽形式的耐久性考慮，室外翻板、百葉簾優(yōu)于遮陽篷、卷閘簾，金屬優(yōu)于木材、纖維、帆布等;從使用位置考慮，室外翻板、百葉簾適合于大面遮陽，遮陽篷適合多低層近人尺度部位，卷閘(簾)適合于單個門窗，高層建筑外遮陽形式還應(yīng)充分考慮風壓的影響，應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)有可靠的連接方式。2)從建筑藝術(shù)角度出發(fā)，公共建筑一般尺度較大、造型或講究體塊穿插、或追求整齊劃一。上海地區(qū)在北回歸線以北，其北側(cè)不是陽光直射面，當不設(shè)置外遮陽時還需考慮不同立面的整體協(xié)調(diào)問題。3)外遮陽一體化設(shè)計。既然外遮陽以遮蔽陽光為目的，可以將其與光電裝置合并設(shè)計，同時將太陽能轉(zhuǎn)化為其他能源。為保證光電裝置合理的日照時間，外遮陽一般置于建筑南側(cè)或屋面。目前光電裝置使用年限相對較短，還應(yīng)充分考慮其維修和更替方便。

將外遮陽與建筑立面照明設(shè)計結(jié)合，兩者均是以點、線、面的形式存在于建筑立面，若能將照明燈具附著在外遮陽構(gòu)件上，結(jié)合外遮陽的走勢和韻律形成動感，可以賦予建筑夜間以別樣的立面表情。

4 實例分析

1)上海太平橋地區(qū)某甲級超高層辦公樓。外遮陽設(shè)計概念來源于中國傳統(tǒng)的屏風，立面設(shè)置550 mm豎向和150 mm橫向遮陽板。其中豎向遮陽板厚度100 mm，截面微曲，減少風壓作用。根據(jù)不同的陽光入射角度，相應(yīng)在0°，30°，60°和90°四種角度中變化，減少大面玻璃的亮度和反射，提供外墻以厚度和體積感。在北立面，豎向遮陽都以90°的位置減少玻璃面。遮陽構(gòu)件為淡古銅色，與裙房外墻石材顏色相呼應(yīng)。

2)上海張江某多層辦公樓。圍護結(jié)構(gòu)以單元式玻璃幕墻為主，采用橫向固定鋁合金遮陽板，間距與層高均以500 mm為模數(shù)，由南向東西兩側(cè)呈現(xiàn)出疏密漸變的效果。遮陽板截面為梯形，前、后端厚度為50 mm和80 mm，截面深度350 mm，后端至幕墻玻璃面250 mm。遮陽板排水坡度向前，下設(shè)滴水檐，保證遮陽板頂面和底面的清潔，顏色為企業(yè)Logo標志色。

5 結(jié)語

就目前上海地區(qū)公共建筑外遮陽的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，其應(yīng)用并不廣泛。這其中固然有地域特點、習(xí)慣做法上的原因，在技術(shù)層面上，規(guī)范中的非強制性條文、節(jié)能模擬軟件中相互制約、此消彼漲的參數(shù)是其應(yīng)用不廣的深層原因。通過對公共建筑外遮陽設(shè)計的理論和典型計算，外遮陽對于降低總體能耗有一定作用，但并非達到某一節(jié)能目標的必要性手段。將外遮陽與立面設(shè)計緊密聯(lián)系，使其作為建筑藝術(shù)的有機組成部分，實現(xiàn)建筑技術(shù)與藝術(shù)的完美結(jié)合，才能使外遮陽在公共建筑領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。

[1]市政協(xié)關(guān)于上海建筑節(jié)能的現(xiàn)狀和對策的報告[R].2006.

[2]顧端青.建筑遮陽產(chǎn)品應(yīng)用手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1993.

[4]林海燕，郎四維.我國的建筑節(jié)能設(shè)計標準[J].建筑節(jié)能，2009(4):49.

[5]Brown，G.Z.，Mark Dekay.Sun，Wind，＆ Light:Architectural Design Strategies.John Wiely ＆ Son Inc，2001.