建筑内遮阳理论及存在问题发展研究

沈长亮 （重庆师范大学，重庆 401331）

0 前言

在夏季，遮阳既可以降低空调能耗，又可以调节室内光环境，节约照明能耗。此外，遮阳还有提高室内热舒适、视觉舒适感和促进自然通风的作用，合理的遮阳措施（如遮阳卷帘）还可作为冬季降低采暖能耗的有效手段。在欧洲遮阳组织发表的《欧洲25国遮阳系统节能及二氧化碳排放研究报告》中指出，采用建筑遮阳装置的建筑，能实现的总体平均节能指标为：节约空调能耗为25%，节能采暖能耗约为10%[1]。

图1 内遮阳设施对太阳辐射的影响

当前，关于建筑遮阳的研究和应用主要在外遮阳方面。而内遮阳可以将进入室内的太阳光漫反射，降低太阳光辐射强度，有效改善室内环境质量，避免眩光。由于避免了太阳光直接辐射，建筑材料及构造的耐久性要求也相应较低，而且内遮阳造价低、便于操作和维修，由于内遮阳具有设置便捷、功能多样、美观大方等优点而得到大量应用，尤其是在蔬菜种植和智能温室方面得到更加广泛的应用。加强建筑内遮阳、外遮阳与建筑一体化的研究，对于提高室内热舒适性、降低建筑能耗具有重要的意义。

1 内遮阳对室内热环境方面的研究

内遮阳装置在改善室内热环境方面具有重要作用，良好的遮阳措施能够有效减少太阳直射，降低室内温度，提高室内热舒适性。丁勇等通过实验得出，内遮阳房间的内墙内表面温度比没有设置内遮阳的房间平均低0.6℃～1℃，但其自然采光照度下降了81%，内遮阳可以有效削减太阳辐射热，内遮阳房间的空调节能率达到了17.24%左右[2]。窦枚等选取重庆、上海、武汉3个城市，通过模拟得出温度在28℃以下的房间受遮阳影响最大，采用外窗遮阳后室内舒适温度时数能提高40%～68%[3]。任艳芳等研究了不同内遮阳材料对室内的降温效果，在试验所选的材料中铝箔的降温效果最为明显[4]。

Tzempelikos等采用Gagge两节点热舒适模型，分析了卷帘遮阳结合不同遮阳系数玻璃窗对室内热舒适的影响，结果显示遮阳能有效降低室内辐射温度不对称性，改善室内热舒适度[5]。Palmero等人利用TRNSYS分析百叶遮阳在欧洲的节能效果，研究了不同季节透过遮阳系统的太阳能辐射量和对室内温度的影响[6]。

2 内遮阳对室内光环境方面的研究

由于内遮阳设施可以阻挡太阳直射辐射，因此对室内光环境的影响较大。天津大学张立超利用Daysim软件对办公室采光进行模拟，通过数据分析得出，采光系数不能准确反映地域性及室内采光环境，而动态评价指标DA、UDI等则具有较高的准确性和适用性[7]。东南大学的赵忠超研究了办公室内有无遮阳对UDI的影响，结果表明，采用动态窗帘可以使进深1～5m区域的UDI达80%[8]。

在国外，Lim Y W等将工作面照度（WPI）在300～500lx之间视为最佳水平[9]。K.W.Mui等对香港办公室光照可接受度进行调研发现，有41%的人不能接受300lx以下照度，22%的人不能忍受照度大于1000lx[10]。Tzempelikos A将UDI分为三部分，其中500-1000lx在模拟中被认为是较为理想的范围[11]。

3 内遮阳对能耗方面的研究

遮阳设施对建筑能耗的影响一直是国内外学者研究的重点，但这些研究都集中在玻璃自遮阳、固定外遮阳方面，有关内遮阳方面的研究较少。实际上，通过对内遮阳装置进行改造，如镀铝窗帘，其遮阳效果并不比一般外遮阳效果差。

李岳等对纤维织物遮阳材料设置在窗口与窗外进行了对比测试得出，在窗口内设置纤维织物作为遮阳材料可削减60%以上的太阳辐射热，在窗口外设置则可削减约75%的太阳辐射热[12]。杨燕萍使用PBECA软件模拟计算得出使用软卷帘遮阳进行改造，夏季空调耗电量将会减少17%左右，单位面积能耗减少4.11kwh[13]。王欢等模拟计算结果表明:所有采用的遮阳措施中效果最明显的是内悬挂浅色窗帘及双层玻璃并以0.4m水平探出的遮阳板[14]。

Ylenia Cascone等用MATLAB软件进行编程，详细分析了在不同复杂条件下建筑模型遮阳情况及对建筑能耗的影响[15]。Littlefair等采用D0E-2软件研究了英国某公共建筑在采取不同遮阳方式（内遮阳，固定遮阳、外遮阳）下的节能性、经济性和碳减排量[16]。

4 内遮阳控制策略的研究

与固定遮阳相比，使用智能水平较高的遮阳设施对降低夏季空调能耗的贡献更大。我国的东方明珠观光塔、法国的winterthur大厦等都已采用了智能内遮阳帘。目前遮阳的控制策略主要有时间控制、室内温度控制、太阳辐射强度控制、太阳照度控制等。

在兼顾隔热和采光性能前提下，根据室外光热环境对百叶进行合理控制时，室内制冷和照明综合能耗将会更小，节能率高达40%[17-18]。天津大学的姚健将遮阳状态分为遮挡窗户面积的0%，20%，40%，60%，80%和100%，以此研究遮阳随机调节行为对室内光热环境的影响，指出遮阳的调节行为对建筑节能和室内光热环境有着重要影响[19]。

Geoffrey介绍了三种遮阳控制方法：室内温度控制、太阳辐射控制和结合室内温度和太阳辐射的综合控制，通过分析对室内舒适性和的空调能耗影响，指出不同的遮阳控制模式对室内舒适性和空调能耗有较大影响[20]。Steinar Grynnin等通过控制室内温度、眩光和室内是否制冷等提出了6种遮阳控制策略，指出南向房间采取合适遮阳策略可降低9%左右能耗[21]。

5 当前内遮阳存在的主要问题及发展方向

①在静态采光评价指标中，采光系数是应用最为广泛的，但它仅规定了采光的最小值，难以用来评价采光质量的优劣；而动态评价指标“有效全自然采光时间百分比（UDI）”则是以一年为周期，不能表示瞬时采光情况，目前研究中缺少评价采光优劣的瞬时指标。

②遮阳设施不仅能够调节室内光环境，还可用于调节室内温度进而改善光热环境和通风情况。但国内这方面的实验研究较少，缺少有针对性的光、热和通风实验对比，导致遮阳在研究过程中缺乏有效的理论支持。

③建筑遮阳会影响建筑得热、室内采光和通风，尤其是利用玻璃自遮阳产品，会给室内自然通风造成一定影响。因此，只有将建筑内、外遮阳和玻璃综合搭配起来，并与建筑一体化有机结合，才能在最大限度地降低能耗的同时，提高室内人员的舒适性。而国内外，在这方面的研究更少，需要更多的努力。

④遮阳的理论推导上，目前主要着眼于太阳直射辐射得热量等变量的影响，很少考虑考虑太阳散射辐射得热量的影响，当然这也与太阳辐射理论基础方面研究的不足有关。所以需要对此作进一步的研究。

⑤尽管国内外已经开始了遮阳调控策略的研究，但这些策略绝大多数为完全开启和完全关闭两种状态，而大部分建筑内遮阳设施所处的状态是部分开启的，这与实际情况并不相符。同时，国外的气象条件及遮阳标准并不适用于我国。因此，需要研究针对我国不同地区气候特点、不同控制措施相结合的综合遮阳控制策略。

⑥随着建筑节能观念的深入人心，建筑遮阳越来越受建筑师的关心。但当前遮阳设施还相对比较固定，新的遮阳设施产品不多，需要将更多的研究成果转化成实际应用。

6 小结

遮阳系统的作用对于建筑节能是极其重要的，但由于现代遮阳技术在我国的发展才刚刚起步，研究水平和使用状况都相对滞后，需要大家不断努力，推动遮阳技术在我国的健康蓬勃发展，为进一步降低建筑能耗、提高室内人员舒适性做出更大贡献。

[1]丁艳.建筑遮阳进行时[J].中国住宅设施,2012,(8):6-7.

[2]丁勇,连大旗,李百战,姚润明.外窗内遮阳对室内环境影响的测试分析[J].土 木建筑与环境工程,2011(5):108-113.

[3]窦枚,唐鸣放.夏热冬冷地区外窗遮阳对室内温度的影响[J].建筑科学,2011(10):79-82.

[4]任艳芳,何俊瑜,李亚灵,温祥珍.温室内遮阳材料降温效果研究[J].北方园艺,2009(12):143-145

[5]A.Tzempelikos;M.Bessoudo;A.K.Athienitis;R.Zmeureanu.Indoor thermal environmental conditions near glazed facades with shading devices-Part II:Thermal comfort simulation and impact of glazing and shading properties[J].Building and Environment,2010,11:2517-2525.

[6]Palmero-Marrero AI,Oliveira AC.Effect of louver shading devices on building energy requirements[J].Applied Energy,2009(6):2040-2049.

[7]张立超.基于动态采光评价的办公空间侧向采光研究[D].天津大学,2013.

[8]赵忠超.室内设计视角下办公空间的照明节能研究[D].东南大学,2014.

[9]Lim Y W,Ahmad M H,Ossen D R.Internal shading for efficient tropical daylighting in Malaysian contemporary high-rise open plan office[J].Indoor and Built Environment,2013,22(6):932-951.

[10]Mui K W,Wong L T.Acceptable illumination levels for office occupants[J].Architectural Science Review,2006,49(2):116-119.

[11]Tzempelikos A,Shen H.Comparative control strategies for roller shades with respect to daylighting and energy performance[J].Building and Environment,2013,67:179-192.

[12]李岳,孟庆林,张磊,等.纤维织物遮阳材料的内、外遮阳性能差异实测研究[J].建筑科学,2011,27(2):66-70

[13]杨燕萍.建筑外遮阳软卷帘的节能效果分析[J].建设科技,2012,(23):67-69

[14]王欢,曹馨雅,陈婷,等.内外遮阳及建筑外窗对空调负荷的影响[J].建筑节能,2009,39(12):27-30

[15]Ylenia Cascone,Vincenzo Corrado,Valentina Serra.Calculation procedure of the shading factor under complex boundary conditions.Solar Energy,2011,85:2524–2539.

[16]Littlefair P,Ortiz J,Bhaumik CD.A simulation of solar shading control on UK office energy use[J],Building Research&Information,2010,38(6):638-646.

[17]李峥嵘,潘欣钰,诸英霞.基于隔热采光性能的建筑百叶综合节能效果研究[J].建筑热能通风空调,2012,31(2):8-14

[18]李峥嵘,陶求华,蒋福建,等.建筑外百叶最佳固定倾角与动态百叶节能潜力[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2012,44(6):767-772

[19]姚健.遮阳随机调节模式及对室内光热环境影响[D],天津大学,2013.

[20]Geoffrey Van Moeseke,Isabelle Bruyere,Andre De Herde.Impact of control rules on the efficiency of shading devices and free cooling for office buildings[J].Building and Environment 42(2007)784-793.

[21]Steinar Grynning;Berit Timeb;Barbara Matusiakc.Solar shading control strategies in cold climates–Heating,cooling demand and daylight availability in office spaces[J].Solar Energy,2014,107:182-194.