夏热冬冷地区住宅建筑窗户遮阳设计探讨

■ 詹 林 Zhan Lin

0 引言

夏热冬冷地区是根据我国建筑热工设计分区而划定的一个区域，大致属于长江中下游一带，涉及西南地区东部和长江中下游流域的16个省、自治区、直辖市，是中国人口最密集、经济发展速度最快的地区。建筑设计的主要矛盾是如何应付夏季漫长的高温酷暑与冬季的适当保暖。为此该区域住宅建筑外遮阳设计，对建筑的节能有着重要的意义。

1 住宅窗户的朝向、开窗面积及玻璃的遮阳效果

在夏季，遮阳是提高热舒适的有效办法。由于当前建筑设计中大面积玻璃的使用，太阳辐射使房间里的热量大为增加。为了减少热负荷，应当考虑建筑本身的外遮阳问题，尤其是窗户的遮阳。

首先，需要分析一下太阳辐射热的变化规律。由于太阳高度角的变化，使它对建筑的太阳辐射能也在不断的变化。图1所示为在纬度35度处，在晴朗天气下，不同季节在一天中对各朝向窗户中所得到的太阳辐射热量变化。从图中可以看出，南向窗户夏季得热不多，而冬季比其他朝向能汇集更多的太阳辐射，因此是最合适开窗的。天窗（水平面）对建筑热环境最不利，因为他们在夏天汇集的太阳辐射约为南窗的4倍，而冬天则采暖效果很小，应尽量少用。

1.1 控制开窗面积

在建筑外窗(包括透明幕墙)、墙体、屋面三大围护部件中，窗的热工性能最差，是影响室内热环境和建筑能耗最主要的因素之一。就我国一般的公共建筑围护结构而言，窗的能耗约占建筑围护结构总能耗的40%~50%。因此，控制窗户的面积是节能的重要措施之一。《公共建筑节能设计标准》中第4.2.4有一条强制性规定，建筑每个朝向的窗墙面积比均不应大于0.70，这是很有道理的。

1.2 玻璃的遮阳

1.2.1 目前住宅建筑采用的几种玻璃

（1）普通玻璃能让90%以上的入射太阳辐射进入室内，如是有色普通玻璃，则能吸收一部分入射太阳辐射，但其中大部分又再次辐射到室内。

（2）热反射玻璃通过在玻璃上增加一层金属反射薄膜，可以在保证实现透光的同时充分减少太阳辐射进入室内；需要注意的是热反射玻璃和有色玻璃都会过滤掉人们需要的可见光。

（3）低辐射玻璃是具有光谱选择性的玻璃，通过涂在它表面的一层薄膜，可以透过较多的可见光而有效地阻挡红外辐射。

随着科学技术的进步，可随着光、电、热的强度变化而改变性能的敏感性玻璃系统即将问世。例如，在强烈阳光下变黑的太阳镜玻璃就是其中之一。

1.2.2 夏热冬冷地区住宅建筑窗户玻璃选择原则

（1）需要视觉和太阳热的场合（例如南向）选用透明玻璃。

（2）要限制太阳热并且无法使用外遮阳时（例如东、西向），选用反射玻璃。

（3）要限制太阳热又需要日光，同时又不适合使用外遮阳时（如台风地区），可选用低辐射光谱玻璃。

（4）尽量少用蓝、绿等有色玻璃。

2 住宅外遮阳构造考虑

住宅外遮阳既要考虑不影响冬季利用太阳能，还要考虑不影响采光。因此，遮阳构件的挑出宽度十分重要，它必须满足大部分高温期遮阳的需要。设计固定遮阳时，应根据高温结束时太阳的高度角来确定“充分遮阳线”，因为所有延伸至这条线的遮阳板在高温期内可以完全遮住进入窗户的太阳直射线。图2显示了南向窗户遮阳设计的充分日照线。

2.1 固定遮阳

住宅建筑南向窗户，既需要在冬季摄取阳光的辐射，又需要在夏季遮阳。但是在夏热冬冷地区，高温延续的时间要比北方长2～3倍，遮阳对降低全年能耗有显著作用。因为夏季的太阳位置较高，所以南向窗户上的水平挑檐非常有效。

住宅建筑东、西向窗户的遮阳问题比较难解决，因为太阳高度角一直在变，而且早晨和下午太阳高度角很小，最好是不设东、西向的窗户。若为了采光必须开设东、西向窗户时，有一种可行的办法是设置垂直的斜置遮阳板，把缝隙开向南方或北方，图3给出了常用的两种固定式遮阳。

2.2 活动式遮阳

在夏热冬冷地区，高温季节人们需要遮阳，但寒冷季节要摄取较多的太阳能。活动遮阳装置能够较好地满足上述要求。最简单的活动遮阳装置是旋转平板式遮阳，每年只需按此调节两次,天热前放平,天冷前向上转为垂直，靠墙安置。

通常这种装置可以用手操作。室外卷帘，由钢条制成，十分牢固，白天可以遮阳，夜间还可作庇护(安全防盗)。对东、西方向的窗户，也比较适用，可以半天放下卷帘，半天打开卷帘。目前专业厂家使用别的材料和技术，已经可以提供活动自如的自动卷帘式遮阳装置而很少需要维护（图4）。

值得一提的是，最好的遮阳应该说还有落叶乔木。大多数乔木是随气温的升高而生长，随气温的下降而凋落，自然而然地对遮阳做出贡献。落叶乔木还有美化环境、减少眩光、降低气温、吸收二氧化碳的能力。通常建筑物东、西面种植落叶乔木是最佳选择。

3 几点建议

（1）选用外遮阳时，应考虑气候特点和房间的使用要求以及窗口的朝向。遮阳效果除取决于遮阳形式外，还与遮阳设施的构造处理、安装位置、材料与颜色等因素有关。

（2）在夏热冬冷地区采用活动式遮阳有一定的优越性，它可按一天中太阳位置的变化和天空的阴暗情况任意调节遮阳板的角度。在寒冷季节，为了获得阳光，可以拆除各种金属或塑料百叶等，外卷帘或外百页式的活动遮阳产品可以收到良好效果。

（3）遮阳措施也包括可以采用热反射玻璃（其遮阳系数小）和镀膜玻璃（阳光控制膜与低辐射率膜玻璃等），也可以收到良好效果，但造价偏高。

4 结语

应该把外遮阳作为夏热冬冷地区住宅外窗和透明幕墙遮阳的主要手段来考虑。外遮阳的实施可以放宽对玻璃遮阳的要求，这对于冬季需要太阳辐射、夏季需要遮阳的夏热冬冷地区是更为有效的。

当外窗和透明幕墙有活动外遮阳装置时，可以在冬季收起外遮阳设施，得到尽可能多的太阳辐射热，降低冬季的采暖能耗。另外，国家标准对外窗(包括透明幕墙)遮阳的有比较高的要求，要满足该项要求，在大多数情况下，外窗必须采用低辐射率的镀膜玻璃，可见光透光率也会随着遮阳系数的下降而下降。因此，外遮阳措施有很多好处，应充分利用。