摘要:佛山市地處南亞熱帶,屬典型的亞熱帶季風(fēng)海洋氣候，夏季漫長(zhǎng)，太陽輻射強(qiáng)烈，傳統(tǒng)建筑普遍采用遮陽、通風(fēng)等手段改善室內(nèi)熱環(huán)境。本文對(duì)建筑不同遮陽形式下的節(jié)能率分析，并提出了適用于夏熱冬暖地區(qū)地區(qū)的外遮陽設(shè)計(jì)方法，同時(shí)探討了與外遮陽相關(guān)的采光、通風(fēng)等問題。
　　關(guān)鍵詞:夏熱冬暖地區(qū)，外遮陽，建筑節(jié)能
　　0引言
　　佛山地區(qū)經(jīng)濟(jì)普遍發(fā)達(dá)，近年來人們對(duì)居住環(huán)境舒適性的要求又在逐漸提高，在漫長(zhǎng)的夏熱季節(jié)普遍使用空調(diào)降溫。然而近年來大量的民用建筑特別是住宅受到建筑簡(jiǎn)約主義思潮的影響，對(duì)于本來能夠發(fā)揮巨大節(jié)能潛力的建筑遮陽技術(shù)的應(yīng)用沖擊甚重，片面地追求建筑的通透藝術(shù)和室內(nèi)觀景功能需要，無遮陽的大玻璃窗建筑立面比比皆是，屋面受到強(qiáng)烈日照導(dǎo)致防熱防水保護(hù)層熱裂、滲漏的現(xiàn)象層出不窮，該地區(qū)的民用建筑特別是住宅夏季室內(nèi)溫室效應(yīng)加劇，熱環(huán)境質(zhì)量惡化，為降溫而投入的空調(diào)能耗巨大。研究表明，該地區(qū)居住建筑空調(diào)能耗約為7.9kW•h/m2，每年空調(diào)期從5～9月約150d，空調(diào)普及率按面積算約占70%，空調(diào)用電約占住戶用電的40%。外遮陽是建筑節(jié)能的有效途徑，國(guó)內(nèi)多位專家學(xué)者推崇在南方地區(qū)使用。良好的外遮陽設(shè)計(jì)既能節(jié)能，又能調(diào)節(jié)室內(nèi)光線分布，還可以豐富建筑立面；外遮陽是夏季隔熱最有效的措施，它反射和吸收了大部分的太陽熱能，避免太陽輻射熱直接進(jìn)入室內(nèi)空間，有利于防止室溫升高和波動(dòng)，達(dá)到節(jié)能目的。
　　我國(guó)頒布的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，提供了外遮陽的遮陽系數(shù)計(jì)算方法，該方法所用參數(shù)是通過多次能耗分析結(jié)果擬合而來，該方法可以通過輸入幾種常見外遮陽形式的外形尺寸便捷地計(jì)算得到外遮陽系數(shù)，但使用該方法只能計(jì)算固定遮陽，且遮陽形式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際工程需要。中國(guó)建筑科學(xué)研究院開發(fā)的建筑外遮陽設(shè)計(jì)分析軟件(ShadePlus)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集相配合(其選形界面見圖1所示)，實(shí)現(xiàn)了活動(dòng)外遮陽的動(dòng)態(tài)計(jì)算，并結(jié)合DOE-2進(jìn)行能耗分析，同時(shí)提供了大量的外遮陽形式，是建筑師進(jìn)行外遮陽的設(shè)計(jì)、節(jié)能分析的優(yōu)秀軟件工具。
　　1居住建筑外遮陽節(jié)能性能分析
　　選定一棟未采用外遮陽措施的佛山地區(qū)典型新建多層節(jié)能住宅建筑作為研究對(duì)象，對(duì)該建筑布置不同形式外遮陽并進(jìn)行能耗分析，從而得出外遮陽形式對(duì)節(jié)能率的影響。住宅只是用來分析采用不同外遮陽形式下的節(jié)能率大小，建筑能耗的絕對(duì)值并不代表佛山地區(qū)的典型住宅能耗值。經(jīng)過分析計(jì)算，該建筑滿足《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ75-2003)的要求，節(jié)能率為53.35%。
　　佛山地區(qū)住宅建筑能耗主要為空調(diào)制冷能耗，所以有必要了解圍護(hù)結(jié)構(gòu)全年冷負(fù)荷組成。使用ShadePlus的建筑負(fù)荷分析功能，可以方便地得到該建筑模型在沒有采用外遮陽設(shè)施下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷分布（見圖1）。分析結(jié)果表明，外窗熱輻射占圍護(hù)結(jié)構(gòu)全年冷負(fù)荷一半以上。
　　          
　　
　　圖1節(jié)能住宅建筑全年冷負(fù)荷構(gòu)成
　　分別對(duì)固定水平外遮陽、活動(dòng)水平外遮陽、固定百葉外遮陽和活動(dòng)百葉外遮陽進(jìn)行能耗分析，分析結(jié)果見表1。其中，固定水平外遮陽挑出長(zhǎng)度為0.6m，與墻體垂直�；顒�(dòng)水平外遮陽在1月、2月和12月收起。固定百葉外遮陽傾角45°，布滿外窗。智能百葉外遮陽在4～11月根據(jù)太陽高度角自動(dòng)調(diào)節(jié)，可以遮擋全部太陽直射輻射；其余月份讓全部太陽直射輻射進(jìn)入室內(nèi)，以滿足自然采光要求。表格中的南向表示僅在南向布置外遮陽。
　　                                        表1住宅建筑不同外遮陽形式下的能耗分析

                                   
　　分析結(jié)果表明，采用固定水平外遮陽，節(jié)能率最高可達(dá)58.82%，南向遮陽效果最佳，僅南向布置遮陽節(jié)能率為57.15%；采用活動(dòng)水平外遮陽，節(jié)能率最高可達(dá)59.20%，南向遮陽效果最佳，僅南向布置遮陽節(jié)能率為57.64%；采用固定百葉外遮陽，節(jié)能率最高可達(dá)66.40%，南向遮陽效果最佳，僅南向布置遮陽節(jié)能率為60.33%；采用活動(dòng)百葉外遮陽最為節(jié)能，節(jié)能率最高可達(dá)72.67%，南向遮陽效果最佳，僅南向布置遮陽節(jié)能率為63.34%，其次為北向，僅北向布置遮陽節(jié)能率為60.38%。
　　2辦公建筑外遮陽節(jié)能性能分析
　　選定一棟未采用外遮陽措施的小型新建辦公建筑作為研究對(duì)象，對(duì)該建筑布置不同形式外遮陽并進(jìn)行能耗分析，從而得出外遮陽形式對(duì)節(jié)能率的影響。辦公建筑只是用來分析采用不同外遮陽形式下的節(jié)能率大小，建筑能耗的絕對(duì)值并不代表佛山地區(qū)的典型辦公建筑能耗值。經(jīng)過分析計(jì)算，該建筑滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189-2005)的要求，節(jié)能率為51.66%。與住宅建筑相似，辦公建筑的主要能耗亦為空調(diào)制冷能耗。使用ShadePlus分析得到該建筑模型在沒有采用外遮陽設(shè)施下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷分布。分析結(jié)果表明，外窗輻射得熱占圍護(hù)結(jié)構(gòu)全年冷負(fù)荷60%以上。采用與上述住宅建筑相同的分析方法，得到不同外遮陽形式下的能耗分析結(jié)果(見表2)。外遮陽尺寸、活動(dòng)控制方式均同上述住宅建筑。
　                                                 　表2辦公建筑不同外遮陽形式下的能耗分析

                        
　　分析結(jié)果表明，采用固定水平外遮陽，節(jié)能率最高值為52.87%，南向遮陽效果最佳，僅南向布置遮陽節(jié)能率為52.49%；采用活動(dòng)水平外遮陽，節(jié)能率最高值為53.22%，南向遮陽效果最佳，僅南向布置遮陽節(jié)能率為52.58%；采用固定百葉外遮陽，節(jié)能率最高值為54.24%，南向遮陽效果最佳，僅南向布置遮陽節(jié)能率為52.85%；采用活動(dòng)百葉外遮陽最為節(jié)能，節(jié)能率最高可達(dá)57.26%，南向遮陽效果最佳，僅南向布置遮陽節(jié)能率為54.83%，其次為北向，僅北向布置遮陽節(jié)能率為53.38%。
　　3外遮陽設(shè)計(jì)方法
　　早期的建筑(20世紀(jì)50～80年代)分布比較普遍，建筑建設(shè)量和標(biāo)準(zhǔn)均比較低，但在設(shè)計(jì)和科研人員的共同努力下，仍然做出了很多適合佛山地區(qū)氣候特征的建筑窗口遮陽防熱設(shè)計(jì)的研究和應(yīng)用，如各種遮陽構(gòu)造、花格墻等遮陽手段，即有防雨防曬功能，又起到了一定的裝飾效果。20世紀(jì)80年代以后，華南地區(qū)大量的民用建筑特別是住宅受到歐洲和北美等國(guó)家建筑簡(jiǎn)約主義思潮的影響，幾乎全面取消了遮陽構(gòu)造和花格墻。隨著我國(guó)建筑節(jié)能事業(yè)的開展，佛山地區(qū)的遮陽設(shè)計(jì)重新得到建筑師的重視。新材料、新穎的外遮陽形式，與建筑造型完美地結(jié)合起來。利用陽臺(tái)、雨棚作為水平遮陽構(gòu)件是最常用的形式，結(jié)合百葉外遮陽、活動(dòng)遮陽等組成綜合遮陽系統(tǒng)，達(dá)到更好的節(jié)能效果，豐富建筑立面效果，如圖2所示。而計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為遮陽設(shè)計(jì)提供了更加科學(xué)的依據(jù)。ShadePlus采用了見圖3所示的設(shè)計(jì)步驟。該設(shè)計(jì)方法同樣適用于佛山地區(qū)。
　　
　　                                         圖2建筑外遮陽實(shí)拍圖
　　        

           
　　　　                           圖3建筑外遮陽設(shè)計(jì)步驟
　　
　　4外遮陽設(shè)計(jì)相關(guān)問題探討
　　建筑外遮陽對(duì)于天然采光有兩方面的影響：一方面，外遮陽措施會(huì)減低室內(nèi)照度水平；另一方面，外遮陽可以阻擋直射陽光進(jìn)入，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為比較柔和的漫射光，避免眩光直射工作面，從而滿足人們對(duì)照明質(zhì)量的要求，減少日間人工照明的能耗。因此，如何趨利避害是外遮陽設(shè)計(jì)要考慮的重要問題。通常，外遮陽對(duì)自然通風(fēng)有一定的阻擋作用，如果設(shè)置不當(dāng)，會(huì)使室內(nèi)風(fēng)速減弱22%～47%。而設(shè)計(jì)良好的外遮陽會(huì)對(duì)建筑通風(fēng)起到一定的引導(dǎo)作用。外遮陽可能對(duì)視線造成遮擋，因此，一般來說應(yīng)慎用單純的擋板式遮陽。在外遮陽設(shè)計(jì)中考慮其對(duì)視線的遮擋，還需分析建筑物的功能要求、居住者的生活習(xí)慣等，以恰當(dāng)?shù)厥褂猛庹陉柤夹g(shù)。
　　5結(jié)論
　　(1)對(duì)原節(jié)能率為53.35%的多層居住建筑，采用固定水平外遮陽節(jié)能率為58.82%；采用活動(dòng)水平外遮陽節(jié)能率為59.20%；采用固定百葉外遮陽節(jié)能率為66.40%；采用活動(dòng)百葉外遮陽最為節(jié)能，節(jié)能率可達(dá)72.67%。南向采用外遮陽效果最佳。
　　(2)對(duì)原節(jié)能率為51.66%的小型辦公建筑，采用固定水平外遮陽節(jié)能率為52.87%；采用活動(dòng)水平外遮陽節(jié)能率為53.22%；采用固定百葉外遮陽節(jié)能率為54.24%；采用活動(dòng)百葉外遮陽節(jié)能率可達(dá)57.26%。南向采用外遮陽效果最佳。
　　(3)外遮陽設(shè)計(jì)應(yīng)該綜合考慮節(jié)能、采光、通風(fēng)、視線等因素。