上海地区公共建筑外遮阳设计探析

郝睿敏

(上海中森建筑与工程设计顾问有限公司，上海 200120)

党的十七大把节能减排作为今后长期的重要任务，建筑节能被提到了前所未有的高度。上海地处长江下游，属夏热冬冷地区，该地区节能设计要求为:必须满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温。因建筑能耗以空调能耗为主，而通过窗户进入室内的太阳辐射热是空调负荷的主要因素，所以对窗户、幕墙的遮阳要求比较高。公共建筑能耗已占全市建筑总能耗的65%，节能优化问题亟待解决[1]。建筑外遮阳与内遮阳、中置遮阳相比，普遍指室外翻板、百叶帘、遮阳篷、卷闸(帘)等构件[2]，其节能效果好，且理论计算依据明确。建筑周边绿化和某些建筑使用构件都有一定的遮阳作用，因其使用本意不是遮阳，与外遮阳范畴有一定区别。

1 外遮阳设计的理论支撑

遮阳设计就是使遮阳形式和构造设计与地区气候条件、房间使用要求和窗户朝向相适应。《公共建筑节能设计标准》《民用建筑热工设计规范》《采暖通风与空气调节设计规范》等提及外遮阳，多以“宜”“或”并对遮阳系数提出要求;上海市《公共建筑节能设计标准》对外窗、天窗及透明玻璃幕墙的综合遮阳系数提出限值要求;《上海市建交委关于进一步加强本市民用建筑节能设计技术管理的通知》中，当窗墙比大于0.4时，遮阳系数不得大于0.5，也是对遮阳系数提出关联性要求。上述国家和地方规范及标准对外遮阳均有一定要求，但少有强制性条文，再查对节能要求较高的《绿色建筑评价标准》，其中可采用可调节外遮阳，改善室内热环境也属于一般项，并非控制项。一般认为，当同时满足室内(外)气温达到29℃以及太阳辐射强度不小于240 W/m2时，建筑应采取遮阳措施。上海地区围护结构夏季室外计算温度平均值31.2℃;夏季太阳辐射照度南向、东西向、水平面在10点～18点基本在240 W/m2以上[3]，符合以上设置条件。

2 外遮阳设计的计算分析

现阶段实现建筑节能的途径大致有五种:1)提高建筑本身围护结构性能;2)提高设备用能效率;3)利用可再生能源;4)能源的梯级利用，低品相能源开发;5)加强科学合理的运行管理以及改善使用者的行为模式[4]。从设计的角度看，第4)，5)种并不能完全为设计者所控制，1)，2)，3)种便成为节能设计的重点。相关资料显示:通过对节能率为65%的公共建筑进行能耗分析，前三种途径的节能贡献率大约是50% ∶10% ∶5%，在第一种途径中，对外遮阳的作用分析如图1所示。

从图1可以看出:在窗墙比事先设定的情况下，遮阳系数与传热系数成为外窗、幕墙节能的控制因素，综合遮阳系数由玻璃自身遮阳系数与外遮阳遮阳系数共同决定。通过对一栋地上玻璃幕墙形式的10层办公建筑(体形系数0.11、总建筑面积2万m2)按水平固定金属外遮阳板进行围护结构能耗模拟计算(见表1)。

表1 围护结构能耗模拟计算

表1计算表明:在上海地区，空调能耗比重大于采暖能耗，固定外遮阳对建筑总能耗的降低是通过空调能耗的减量大于采暖能耗的增量来实现的，以上方式大约可减少总能耗2%。活动外遮阳理论上可以减少甚至消除采暖能耗的增量部分。

建筑外遮阳的遮阳效果与阳光入射角度有密切关系，不同时间不同纬度的入射角度均不一样，上海地处北纬31°，若考虑遮阳板对窗户全遮挡，其南向水平遮阳深度比值P及东西向垂直遮阳角度a可按表2查询[5]。

表2 南向深度比值P与东西向角度值a

3 外遮阳设计

1)从建筑技术角度出发，建筑外遮阳设计不可避免的涉及如下因素。从节能角度考虑，活动外遮阳优于固定外遮阳，手动优于电动;从遮阳形式的耐久性考虑，室外翻板、百叶帘优于遮阳篷、卷闸帘，金属优于木材、纤维、帆布等;从使用位置考虑，室外翻板、百叶帘适合于大面遮阳，遮阳篷适合多低层近人尺度部位，卷闸(帘)适合于单个门窗，高层建筑外遮阳形式还应充分考虑风压的影响，应与主体结构有可靠的连接方式。2)从建筑艺术角度出发，公共建筑一般尺度较大、造型或讲究体块穿插、或追求整齐划一。上海地区在北回归线以北，其北侧不是阳光直射面，当不设置外遮阳时还需考虑不同立面的整体协调问题。3)外遮阳一体化设计。既然外遮阳以遮蔽阳光为目的，可以将其与光电装置合并设计，同时将太阳能转化为其他能源。为保证光电装置合理的日照时间，外遮阳一般置于建筑南侧或屋面。目前光电装置使用年限相对较短，还应充分考虑其维修和更替方便。

将外遮阳与建筑立面照明设计结合，两者均是以点、线、面的形式存在于建筑立面，若能将照明灯具附着在外遮阳构件上，结合外遮阳的走势和韵律形成动感，可以赋予建筑夜间以别样的立面表情。

4 实例分析

1)上海太平桥地区某甲级超高层办公楼。外遮阳设计概念来源于中国传统的屏风，立面设置550 mm竖向和150 mm横向遮阳板。其中竖向遮阳板厚度100 mm，截面微曲，减少风压作用。根据不同的阳光入射角度，相应在0°，30°，60°和90°四种角度中变化，减少大面玻璃的亮度和反射，提供外墙以厚度和体积感。在北立面，竖向遮阳都以90°的位置减少玻璃面。遮阳构件为淡古铜色，与裙房外墙石材颜色相呼应。

2)上海张江某多层办公楼。围护结构以单元式玻璃幕墙为主，采用横向固定铝合金遮阳板，间距与层高均以500 mm为模数，由南向东西两侧呈现出疏密渐变的效果。遮阳板截面为梯形，前、后端厚度为50 mm和80 mm，截面深度350 mm，后端至幕墙玻璃面250 mm。遮阳板排水坡度向前，下设滴水檐，保证遮阳板顶面和底面的清洁，颜色为企业Logo标志色。

5 结语

就目前上海地区公共建筑外遮阳的应用现状来看，其应用并不广泛。这其中固然有地域特点、习惯做法上的原因，在技术层面上，规范中的非强制性条文、节能模拟软件中相互制约、此消彼涨的参数是其应用不广的深层原因。通过对公共建筑外遮阳设计的理论和典型计算，外遮阳对于降低总体能耗有一定作用，但并非达到某一节能目标的必要性手段。将外遮阳与立面设计紧密联系，使其作为建筑艺术的有机组成部分，实现建筑技术与艺术的完美结合，才能使外遮阳在公共建筑领域得到更加广泛的应用。

[1]市政协关于上海建筑节能的现状和对策的报告[R].2006.

[2]顾端青.建筑遮阳产品应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社，2010.

[3]民用建筑热工设计规范[M].北京:中国建筑工业出版社，1993.

[4]林海燕，郎四维.我国的建筑节能设计标准[J].建筑节能，2009(4):49.

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