上海某生态示范建筑遮阳及应用效果实测研究

罗明刚 李峥嵘

上海某生态示范建筑遮阳及应用效果实测研究

罗明刚1李峥嵘2

1中国建筑西南设计研究院有限公司
2同济大学机械与能源工程学院

本文作者通过对夏热冬冷地区某生态建筑有无建筑遮阳措施时墙体表面温度和室内照度进行实测研究，分析了外遮阳技术对建筑围护结构表面的降温效应和室内内遮阳对建筑自然采光的影响。

遮阳围护结构实测照度

0 引言

据有关研究表明，夏热冬冷地区建筑中采暖、通风、空调及生活热水这部分能耗中大约有35%由外围护结构传热所消耗[1]，因此建筑外围护结构特别是建筑外窗部分是节能关键部位。建筑遮阳作为建筑节能的一个重要技术手段，在改善建筑外窗热工性能，调节外窗及不透明围护结构表面上的太阳辐射，进而减少室内空调采暖能耗效果已经得到共识。目前在欧洲建筑遮阳已经很普遍，大多数居住建筑都设有遮阳措施[2～4]。在国内近年来建筑遮阳才逐渐被重视以及推广，以前在设计中相关遮阳装置通常只是作为一种艺术形象出现在建筑立面上。本文详细介绍了上海某生态示范建筑的遮阳体系，并对其进行实测，通过测试数据分析了不同遮阳技术对降温和采光两方面的影响。

1 工程概况介绍

1.1 上海地区气候特点

上海地区地处夏热冬冷地区，冬季寒冷，最冷月平均温度为3.4℃，夏季湿热，最热月平均气温为27.5℃，年极端最高温度达到37～39℃。年日照小时数为1985h，各月日照数在150h以上。太阳辐射以水平面上辐射强度最高，最大值在1kW/m2以上[5]。基于上海地区气候特点，该地区的建筑有遮阳的需求，但又不同于其他地方，在考虑建筑遮阳方案时必须兼顾夏季遮阳，冬季不影响太阳辐射。

1.2 建筑遮阳方案

目前市场上主要的遮阳技术主要分为四大类：植物遮阳、建筑构件及建筑互遮挡、本体遮阳以及遮阳制品。遮阳制品归结起来有软卷帘、硬卷帘、百叶帘、百叶翻板、推拉式百叶窗、天棚帘和遮阳蓬等[6]。

此次测试对象为上海市某低层生态住宅示范建筑，建筑周围无高大建筑，不存在建筑互遮挡，因此对现场测试无遮挡和反射影响。该生态住宅楼采用大量建筑节能技术，其中遮阳技术作为一种生态围护结构节能技术在该建筑中得到大量使用。测试之前对该建筑的遮阳措施进行详细调查，结果显示该建筑屋面设置有植物遮阳和相关遮阳制品（木制格栅、金属格栅和金属百叶翻板等），建筑立面设置有百叶帘和卷帘等；另外由于建筑外形作用也形成建筑构件自遮阳。

1）植物遮阳。该建筑采用到的植物遮阳种类有壁挂式绿化、模块拼装绿化以及少量吊兰等，其中模块拼装绿化和吊兰主要应用在建筑屋面，种植介质使用轻质营养土。壁挂式绿化设置在建筑南立面外墙上，南立面附近还种植了一些低矮灌木。屋顶及建筑立面采用绿化遮阳不仅可以改善室内热环境，节约能源消耗，还可以增加绿化面积，增进室内居住人员和大自然的和谐关系。

2）建筑构件遮阳。该建筑南立面阳台呈错落布置，形成的悬挑结构，类似于固定水平遮阳装置，起到阻碍南向太阳高度角较高的光线进入室内。由于此次测试研究主要是针对植物遮阳降温效果和遮阳制品对建筑的隔热和采光影响，因此建筑构件自遮阳并没有纳入此次的研究范围。

3）格栅遮阳。由于在水平面上的太阳辐射强度大，经过屋面传入室内的热量最多；因此该建筑在屋面不仅种植了绿化植物还在该建筑用到两种不同材质的格栅遮阳，木质格栅应用到的区域为屋顶北侧，金属格栅遮阳主要分布在屋顶南侧。

4）户外百叶翻板。屋顶中部安装了户外电动高反射率遮阳百叶翻板，在遮阳的同时可以将部分阳光反射进入室内，以补充室内照明。户外百叶翻板可以根据太阳位置实现智能控制，随着太阳高度角的变化而自动转变叶片角度。

5）百叶帘和卷帘。建筑南立面二层以上呼吸式幕墙中间设置电动百叶帘，叶片宽度为50mm且具有高反光性；建筑室内窗户采用内遮阳百叶帘，底层过道设置了电动软卷帘。百叶帘和卷帘也是可实现遮阳需求控制，且其控制调节还纳入智能楼宇控制系统中。

2 现场测试

2.1 测试目的

本次测试包含建筑外遮阳的降温效应测试和内遮阳装置对室内自然采光的影响测试分析。一是通过对比有无外遮阳处建筑表面温度差异从而评价外遮阳对降低建筑表面温度的效果；二是根据有无内遮阳装置建筑内部自然采光照度差异评价内遮阳对建筑室内自然采光的遮挡效果。

2.2 测试方案

对外遮阳的测试主要是该示范楼所使用的屋顶木质和金属格栅遮阳以及南向立面绿色植物壁挂遮阳进行建筑表面温度多点测量；采用的测温仪器Test830-T1，测量范围为-30~400℃，测试精度为±0.1℃。

对内遮阳的测试主要是选取典型内遮阳房间（一楼和三楼）进行有无内遮阳的室内照度典型点测量。采用的测试仪器为照度计，型号为Testo 426，测量范围为0.0～100000.0 Lux，精度为+/-1.0 Lux(0.0～32000.0 Lux)+/-10.0 Lux(0.0～100000.0 Lux)。

3 测试数据及分析

3.1 测试结果

1）外遮阳测试

建筑外遮阳测试时间为2010年11月12日，室外天气晴朗。室外气温17.9℃，湿度27.5%，测试结果见表1至表3所示。

表1 屋顶格栅遮阳测试结果（2∶30p.m）

表2 二楼墙体表面植物立面测试结果（2∶00p.m）

表3 三楼墙体表面植物立面测试结果（2∶37p.m）

2）内遮阳测试

建筑内遮阳测试时间为2010年9月10日，室外照度：3200～5700lux（2:55p.m），一楼测试点位于靠近外窗和靠近中庭处的位置，具体位置见图1，三楼测试点位于南向及北向窗户附近，具体参见图2。室内照度测试测试结果如表4所示。

图1 一楼测点布置图（图中圆圈所示之处）

图2 三楼测点布置位置（图中圆圈所示之处）

表4 室内照度测试结果

3.2 遮阳技术应用效果分析

1）外遮阳效果分析。从屋顶木质格栅和金属格栅的遮阳效果测试来看，金属格栅对太阳辐射遮挡较强，能够平均降低屋顶表面1.7℃，而木质格栅只能降低0.85℃，由此不难看出，金属格栅对太阳辐射的遮挡效果是木质格栅的两倍。但是直接暴晒处水泥屋面比木质屋面温度高6℃左右，说明在选择遮阳装置同时必须兼顾屋面材料的选择，才能有助于降低屋面表面温度减少进入室内的冷热负荷。对南墙立面植物遮阳效果测试数据可以看出，植物盆栽对降低外墙表面温度效果非常明显。被植物所遮挡的墙表面温度相比附近未被遮挡的砖墙温度平均低9.7℃，相对于白色抹灰墙平均降低5.4℃。二楼和三楼植物叶表面以及盆栽里面的沙土温度较低且比较恒定，这保证了它们所遮挡墙面有较低的温度。

2）内遮阳效果分析。对比一楼和三楼的照度测试结果，发现室内照度随室外照度不同迅速变化。一楼的测试结果表明，在靠近外窗处，稍厚的遮阳帘对照度的遮挡超过50%，而在中庭处由于中庭自然光补充，遮阳帘影响较小，约遮挡17%。三楼的轻质内遮阳帘对自然光的遮挡较一楼稍厚的遮阳帘效果较差，窗户附近遮挡率仅为38%。北向靠西墙窗户附近窗帘遮挡率为32%。内遮阳对室外自然光的遮挡率完全依赖于遮阳产品与室外天气状况，而室内所需照度则由用户自己或者房间功能决定。从内遮阳的功能上看，其一方面是出于用户私密性考虑，另一方面是避免直射光和较强的散射光，其并无降低室内冷热负荷之功效，只是可以延缓峰值负荷出现的时间。

4 结论

1）内遮阳装置由于材料的不同其遮光效果差距较大，因此在实际应用中需要合理选择遮阳装置的材料种类；另外该测试建筑中的中庭设计有利于补充室内自然采光，均匀室内各处照度。

2）尽管金属格栅对太阳辐射的遮挡作用相比木质格栅好很多，但是无遮阳装置下水泥地面温度比木质地面温度高出很多，说明不仅不同遮阳装置对建筑围护结构表面温度影响较大，而且屋面或是外墙材料类型对降温效果也很重要，因此在谈建筑节能的时候，并不是单纯依靠后加节能装置实现建筑节能，而是要注重建筑自身围护结构的节能优化设计；外墙测试结果亦是如此。

3）墙体立面绿化遮阳对降低墙体外表面温度有非常好的效果。在阳光直接照射的南墙上，被植物所遮挡的墙表面温度相对于附近未被遮挡的砖墙温度平均低9.7℃，相对于白色抹灰墙平均降低5.4℃。表明在实际应用中应该优先考虑植物遮阳。

本文所涉及测试时间并非在典型夏季和冬季工况，但是其相对数值还是能够说明遮阳技术具有降温的作用，具有一定的实际意义。

[1]《公共建筑节能改造技术规范》编制组.公共建筑节能改造技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2010

[2]涂逢祥.建筑节能50[M].北京:中国建筑工业出版社,2010

[3]刘宏成.建筑遮阳的历史与展趋势[J].南方建筑,2006,(9):18-20

[4]刘念雄.欧洲新建筑的遮阳[J].世界建筑,2002,(12):48-53

[5]张海东.长江流域居住建筑遮阳运行模式的应用研究[D].上海:同济大学,2008

[6]同济大学建筑节能评估研究室.上海市民用建筑遮阳适用技术应用研究中期报告[R]上海:同济大学,2010

Study on Suns ha de Effe c tive ne s s in a Ec ologic a l De m ons tra tion Building in Sha ngha i

LUO Ming-gang1,LI Zheng-rong2
1 China Southwest Architectural Design and Research Institute Co.,Ltd.
2 School of Mechannical Engineering,Tongji University

The author measured the surface temperature and indoor illumination of a ecological demonstration building in hot summer and cold winter region,then analyses the influence of external sunshade and inside sunshade on building envelope from cooling effect and natural light.

building shading,building envelope,measured illuminance

1003-0344（2014）04-061-3

2013-7-13

罗明刚（1987～），男，硕士，助工；中国建筑西南设计研究院有限公司（610041）；028-62551225；E-mail:nback001@163.com