重庆地区建筑外遮阳设计思考

熊海,王永超

（中机中联工程有限公司，重庆 400039）

重庆地区建筑外遮阳设计思考

熊海,王永超

（中机中联工程有限公司，重庆 400039）

重庆地区与同纬度地区的城市在气候、地形等特点上有着明显的区别，重庆夏季闷热，冬季相对温暖，日照时间短，地形地貌较为复杂。因此重庆的建筑外遮阳设计应与其它同纬度地区的遮阳设计有所不同。

重庆；外遮阳；太阳散射辐射；固定外遮阳

1 重庆市太阳辐射特点分析

重庆为夏热冬冷地区，夏季炎热，冬季对比于同纬度地区气候较为温暖，如图1所示。在日照方面，重庆市年日照时数1000～1400h，日照百分率仅为25%～35%，为全国年日照最少的地区之一，但重庆市夏季的太阳辐射量与同纬度地区相当，空调负荷大。如图2所示。

图1 与重庆同纬度城市冬季最冷月平均温度

图2 与重庆同纬度城市最热月太阳辐射量

重庆市位于北纬29.58°，太阳高度角较高，《民用建筑热工设计规划》GB-50176-93[1]中附录三给出了重庆地区各朝向的太阳辐射情况，可见东西向太阳辐射是南北向太阳辐射的2倍。根据周期非稳态导热传热时间延迟的现象，室内的最高负荷出现在中午过后。因此重庆地区遮阳的设计应优先考虑屋顶及西向的遮阳。

如图3所示为与重庆同纬度地区典型城市太阳散射辐射占总太阳辐射的百分比。由图3可知，重庆夏季和冬季太阳散射辐射占总辐射的百分比均比其它城市高。

图3 与重庆同纬度城市夏季与冬季散射辐射量占总太阳辐射量的百分比

2 活动外遮阳与固定外遮阳的选择

活动遮阳装置对比固定遮阳装置来说无疑是更优越的遮阳方式。在需要阳光时，可以调节遮阳，减少遮阳装置对阳光的遮挡，在天气热的时候则打开遮阳遮挡阳光进入。但是活动外遮阳造价较高，且其耐久性、维护、管理都较为麻烦，因此如何选择遮阳形式需综合考虑。

下面针对夏热冬冷地区同纬度的5个典型城市重庆、武汉、合肥、南京、上海，分析其在无遮阳、有固定遮阳和有活动外遮阳的情况下分别能达到的节能贡献率。

本文采用以Energyplus能耗软件作为分析工具。建立一个长10m、宽5m、高3.5m的房间模型，模型南向设置外窗，尺寸为长8m、宽2m。外墙采用无机保温砂浆40mm+200mm蒸压加气混凝土砌块，传热系数1W/（m2·k），屋面传热系数0.76W/（m2·k），外窗采用隔热金属型材6中透光Low-E+12A+6外窗，传热系数2.61W/（m2·k），遮阳系数0.574。采用分体式热泵机组，COP值为3.0。建筑运行时间表、温度、室内人员、照明、设备等的设置参考 《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005附录B办公类建筑。

模拟分析中固定遮阳设置为挑出1m的水平外遮阳。活动外遮阳的设置为分冬夏两级调节的简单活动外遮阳方式，夏季与固定外遮阳设置相同，为挑出1m的水平外遮阳，冬季外遮阳完全收起，即处于无遮阳状态，如图4所示。

图4 简单活动外遮阳示意图

计算结果如图5所示，可见上海，合肥，南京，武汉采用活动外遮阳后的空调节能率均对比固定外遮阳装置有较大提升。其中上海地区空调节能率对比固定外遮阳情况下节能率提高了5%，南京从节能率1.8%提高到了6.1%，除重庆以外武汉节能率提高量最低为2.7%，而重庆地区活动外遮阳装置对比固定外遮阳装置，节能率仅提高了1.2%。由此可见重庆地区采用活动外遮阳装置对比采用固定外遮阳装置节能效果并不显著。

图5 同纬度不同城市遮阳节能率提高量

由上可见，活动外遮阳在重庆地区效果有限。其原因在于重庆地区冬季相对平均温度较高，日照较差，冬季散射辐射量占总太阳辐射的80%多，遮阳对冬季的负面影响较小，而活动外遮阳最大的一个优势就是可以减少遮阳对冬季日照的影响，降低遮阳导致冬季采暖能耗的上升。

3 太阳散射辐射的遮挡

重庆地区常年为高温高湿天气，阴天较多，天空云量大，如图3所示，重庆夏季太阳散射辐射量占总辐射的59%，而冬季太阳散射辐射占总辐射的百分比更是达到了83%。

根据文献[3]中的设计计算分析，在考虑和不考虑散射辐射遮挡这两种情况下，透过外窗的总体太阳辐射量有较大的差别，二者最高可差1.2倍以上。而对于重庆散射辐射量比重较大的地区，宜考虑遮阳对散射辐射的遮挡的影响，以进一步提高遮阳效率。

散射辐射由于其多向的辐射角度而较难控制。若要提高遮阳对太阳散射辐射的遮挡，可考虑化整为零的方式。如图6所示，将水平外遮阳换成百叶外遮阳，将竖向挡板遮阳，换成竖向机翼遮阳等方式，或者采用卷帘外遮阳或卷闸外遮阳。此外调整建筑遮阳的位置亦可提高对散射辐射的遮挡，将水平外遮阳尽量靠近外窗上沿，可提高对太阳散射辐射的遮挡。常用的控制散射辐射的方法还有附加室内的遮阳设施或采用内遮阳的方法来控制散射辐射。

图6 百叶遮阳可以提高对太阳散射辐射的遮挡，但是对采光和视野有一定影响

4 周边环境对建筑遮阳设计的影响

重庆城市建设用地地形高差大，对场地所接收的太阳辐射量有一定影响，大的地形高差遮挡了建筑所接受的太阳辐射，这其实对大部分地区来说并不是一个好的遮阳方式，应该避免这样的情况。因为当把建筑选址在由地形造成的阴影下时，由于太阳高度角在夏季高，冬季低，会导致在需要遮阳的夏季，地形对建筑的遮挡效果欠佳，而在冬季则会非常不利于日照。但对重庆这样冬季日照较差的地区日照要求并不高，利用地形来进行遮挡也是可取的，当然这需要评估被遮挡区域对日照的需求。

最可取的方式是建筑尽量选在坡的东面，这样建筑既能接收到一定的太阳辐射，而当在夏季正午过后的室内高温时段，由于受地形的影响又可以较多地遮挡西晒达到遮阳的目的。当把建筑设在西向坡的时候，则情况就相反了。因此当我们不得不把建筑设置在西向坡时，则必须要注意西晒问题，考虑西向的遮阳设计，而设置在东向坡时则可以不考虑遮阳。

对于建筑在北坡，建筑间的相互遮挡非常严重，这对于一些低矮的建筑，可能会终年处于阴影之中，这未必是好事，但这对减少夏季冷负荷却贡献很大。因此需结合日照采光等进行权衡考虑。而在坡的南面，冬季建筑间的遮挡较小，日照条件较好，而夏季太阳辐射得热量并无明显增加，南向考虑采用水平遮阳可显著提高建筑节能率。

重庆建筑整体规划密度较大。当周边存在大量高大建筑时，建筑即使在夏季太阳高度角最高的时候也有可能受到周边建筑的遮挡。因此在建筑密度较大的情况下需要分析建筑是否受到周边建筑的遮挡，部分建筑的底层区域就常年受到周边建筑的遮挡，对于这样的区域是不必要考虑遮阳的。

图7 重庆某项目受周边建筑遮挡的情况

图8 重庆某项目各朝向立面太阳辐射量分布

图7是重庆某项目在8月份正午过后的阴影情况。可见即使在太阳高度角较高的8月，建筑裙房部份依然受到了周边建筑的遮挡。

对此情况，利用ecotect软件计算了该项目东南西北各朝向建筑立面夏季累计太阳辐射分布情况，如图8所示，建筑立面接受到的太阳辐射量随高度不同，辐射量的变化比较明显，辐射量最高处与最低处可差2倍以上。北向太阳辐射量随高度变化情况最为明显，东西向次之。

由上分析可知，在建筑密集的区域，周边建筑对设计建筑的遮挡较为明显，遮阳设计时，宜考虑周边建筑对设计建筑的遮档情况后，再针对性地进行遮阳设计，避免不必要的投资。

5 不同建筑类型的遮阳设计

遮阳的设计实际上既需要考虑气候及周边环境的情况也要考虑建筑本身的类型，从气候影响建筑的角度出发，体量较小体形系数较大的建筑，由于内部发热量小暴露在外部气候环境中的表皮较多，室内温度受气候环境的影响较大，称为外围护结构主导型建筑。另一种建筑类型则相反，体形系数较小，内部设备、人员等发热量较大，室内温度受气候环境的影响相对较小，称为内部空间主导型建筑[2]。

一般来说内部空间主导型建筑其采暖制冷的温度对比外围护结构主导型建筑要低5℃左右，例如，当外围护结构主导型建筑在室外温度为15℃需要采暖，那么内部空间主导型的建筑则在10℃才需要采暖。而在夏季当室外温度为32℃时，外围护结构主导型建筑需要制冷，而内部空间主导型的建筑在室外温度为27℃时即需要制冷[3]。这样的结果就导致了在同一个地区，外围护结构主导型建筑的采暖期较长，制冷期较短，而内部空间主导型建筑则相反，因此内部空间主导型建筑需要遮阳的时间是大于外围护结构主导型建筑的，遮阳设计的尺寸要求也应该是大于外围护结构主导型建筑的。

图9 外围护结构主导型建筑逐时空调负荷

如图9所示为第2节所设模型进行全年能耗模拟计算所得全年内部负荷分布情况。图中纵轴为负荷量单位kw，蓝色曲线为制冷负荷，横轴为时间，从左到右分别为1～12月。图9为外围护结构主导型建筑，内部设备及照明负荷总计为19W/m2，图10为内部空间主导型建筑，内部设备及照明负荷总计为43W/m2，且建筑只有南侧与室外空气接触，其余各面均与空气调节房间相连。

因此，内部空间主导型建筑空调负荷远大于外部空间主导型建筑。如果将最高制冷负荷超过60W/m2时定义为制冷期，则内部空间主导型建筑制冷期为4月10日至11月14日，外围护结构主导型建筑制冷期为5月10日至9月27日。可见外部空间主导型建筑制冷期比内部空间主导型建筑的制冷期少了近3个月。

建筑的遮阳设计需综合考虑整个制冷期太阳日轨图的变化来进行遮阳尺寸设计。内部空间主导型建筑制冷期的太阳高度角要远低于外围护结构主导型建筑，因此对于内部空间主导型建筑的遮阳设计尺寸要大于外围护结构主导型建筑。具体的遮阳尺寸，应结合太阳日轨来进行设计计算[4]。

6 结语

（1）重庆地区在大多数情况下，宜优先选用固定外遮阳的遮阳方式，因为在重庆地区活动外遮阳节能效果有限，且造价高昂。

（2）重庆地区的遮阳设计可适当考虑对太阳散射辐射的遮挡，如采用百叶遮阳或卷闸外遮阳可以有效提高对太阳散射辐射的遮挡，采用水平外遮阳时宜设置在尽量靠近窗户的位置以提高对太阳散射辐射的遮挡。

（3）场地地形及周边环境均可能不同程度地对建筑形成遮阳，因此遮阳设计宜考虑地形及周边环境的影响。必要时应进行太阳遮挡的模拟分析。

（4）遮阳设计宜按外围护结构主导型建筑和内部空间主导型建筑进行分别设计。内部空间主导型建筑的空调季较长，其遮阳构件尺寸应大于外围护结构主导型建筑，构件尺寸的设计应在分析制冷期的基础上，根据制冷期的太阳日轨变化进行设计。

[1]中国建筑科学研究院.GB-50176-93民用建筑热工设计规划[S].北京：中国计划出版社，1993.

[2]张磊，孟庆林.百叶外遮阳太阳散射辐射计算模型及程序实现[J].土木建筑与环境工程，2009（6）.

[3]诺伯特.莱希纳（美）.建筑师技术设计指南——采暖.降温.照明：第二版[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[4]李峥嵘.建筑遮阳与节能[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

On Exteriorshading design for Buildings in Chongqing

The climate and landforms in Chongqing is obviously different from other cities at the same latitude.In Chongqing,it is hot and humid in summerwhile comparativelywarm inw interw ith shortsunshineduration and complex geographic conditions.Therefore,theexterior shading design for buildings in Chongqing should differ from that forother placesat the same latitude.

Chongqing；exterior shading design；diffusesolar radiation；fixed shading

TU 86

A

1671-9107（2014）06-0074-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2014.06.074

2014-05-09

熊海（1983-），男，四川遂宁人，本科，工程师，主要从事绿色建筑咨询与研究工作。

孙苏，李红