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摘要：建筑设计工作中的遮阳设计是必不可少的一种形式，采用建筑遮阳设施很大程度上降低了建筑能耗、减少空气污染，需要设计师们加强重视。本文就夏热冬冷地区建筑遮阳优化设计进行分析，具有一定的借鉴。
关键词：夏热冬冷地区;建筑遮阳设计
1 建筑遮阳设计依据
建筑外窗遮阳设计主要依据是国家和行业规范、标准等，如 GB 50176—1993《民用建筑热工设计规范》、GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》、JGJ 237—2011《建筑遮阳工程技术规范》、JGJ 134—2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》等。
2 建筑遮阳设计
2.1 遮阳设计部位
夏热冬冷地区位于北回归线以北，虽然太阳辐射高度角和方位角随时发生变化，但太阳主要照射在建筑物的屋顶、南面、西面、东面、西南面和东南面，因此，建筑遮阳隔热主要针对屋顶（有透明部分）、南向、西向、东向、西南向和东南向外窗进行设计。
2.2 遮阳设计
对于一个单体建筑，应按该建筑在建筑小区或周围建筑群中的平面位置及建筑高度，结合当地主导风向，在有利于自然通风的前提下，对建筑遮阳进行设计。对建筑外窗可选用内遮阳、中间遮阳、外遮阳、植物绿化遮阳、建筑阴影遮阳或其他形式的遮阳。
采用内遮阳和中间遮阳时，遮阳设施面向室外侧宜采用能反射太阳辐射的材料，并可根据太阳辐射情况调节其角度和位置，以控制室内光环境和热环境。
建筑遮阳宜优先考虑采用外遮阳，建筑外遮阳的类型可按下列原则选用：
1）南向或接近南向的外窗宜设置水平遮阳或可以遮住窗户正面的活动外遮阳;
2）西偏北 30°至西偏南 60°、东偏北 30°至东偏南 60°范围内的外窗应设置挡板式遮阳或可以遮住窗户正面的活动外遮阳。
在高层建筑群中，根据太阳夏季的运行规律，确定太阳阴影移动范围，精心设计建筑平面布置，可以充分发挥建筑阴影对建筑物的遮阳作用，建筑阴影遮阳是一种无需任何费用但常被人们忽视的遮阳措施。
3 建筑遮阳优化设计
一般的建筑遮阳设计通常只关注遮阳隔热和节能效果，而建筑遮阳优化设计，除了关注遮阳隔热和节能效果外，还强调进一步提高建筑的舒适性和美化建筑外观，有些优化设计还包括一体化设计和智能控制优化设计等。
3.1 舒适性优化设计
建筑的舒适性主要取决于光环境、热环境、自然通风和隔音效果等，因此舒适性设计主要考虑的是光环境、热环境、自然通风和隔音的设计。
对于光环境设计，主要考虑的是室内不仅要有足够的照度，而且应避免阳光直射室内，消除室内眩光，使室内具有均匀的光环境，百叶遮阳对室内光环境的调节十分有效，设计使用百叶遮阳设施后，光被切割成条状、块状、点状或其他形状，使室内的照度趋于均匀，光线显得柔和，减少了眩光给视觉带来的伤害，从而有效地改善室内的光环境，而且，随着百叶活动或太阳运动，室内可演绎出动态的光影效果，增加了室内的艺术感受。
对于热环境设计，主要考虑的是减少夏季空调制冷能耗，使室内具有适宜的温度，设计使用遮阳设施，能大幅度地减少夏季空调制冷能耗，据相关研究结果，相同的布帘或软百叶帘等遮阳设施，内遮阳设施变更为外遮阳设施后，传入室内的热量将由60%降低为30%。采用外遮阳时，可将60%～80%的太阳辐射直接反射出去或吸收，使太阳辐射热散发到室外，减少了室内的太阳得热，并使室内温度下降 3～6℃，从而有效地改善室内的热环境。
对于通风性设计，主要考虑的是充分利用自然通风，通风具有极好的散热效果，无论是外遮阳还是内遮阳，在遮阳隔热的同时，遮阳设施本身都会吸收太阳辐射热，这部分热量会以长波辐射的方式向室内传播，如果有良好的自然通风，这部分热量就会在室外散失，使室内的温度降低，减少夏季空调能耗。
通风性设计涉及到当地主导风向、建筑群平面和立面布置、单体建筑的平面布置、建筑遮阳设计等内容。为有效改善自然通风，可通过建筑布局、造型设计等手段，让建筑的向阳面和背阳面形成风压差，利用风压差，使建筑获得一定的穿堂风。
建筑遮阳设施本身的通风性设计包含遮阳设施选型、尺寸匹配、可活动性、回风和空气对流通道等内容。
对于隔音性设计，主要考虑的是减少室外噪音对室内的影响，目前，许多建筑外窗都是采用遮阳设施和中空玻璃节能窗联合应用的形式，中空玻璃节能窗具有很好的隔音效果，内置遮阳百叶中空玻璃节能窗具有更好的隔音效果，在内置遮阳百叶和中空玻璃节能窗均关闭状态下，能显著降低室内噪音。测试表明，有的内置遮阳百叶中空玻璃节能窗可以使室内噪音比室外噪音降低 36dB以上。
3.2 艺术性优化设计
建筑遮阳设施不仅仅是只要求其具有遮阳隔热、调光通风、隔音降噪等作用，它还可以作为建筑元素进行艺术性设计，建筑遮阳的艺术设计包括光影美学、线条韵律、色彩配匹、层次感、尺度感、节奏感、虚实对比与动态变化等。建筑师或遮阳专家在进行建筑遮阳艺术设计时，精心构思，创作出许多富有艺术性的遮阳建筑。例如：人们熟悉的“夏氏遮阳”（图 1），其特点是综合使用水平和垂直遮阳板，充分展示了线条韵律、层次感、尺度感和节奏感。再如，遮阳专家通过对活动外遮阳的智能控制，使建筑立面上的遮阳设施出现整齐划一的排列或某种几何图形的组合变化，从而使建筑具有动态表情。
图1
3.3 一体化设计
目前，很多遮阳设施都是采用单独设计，再装配到建筑外窗上，在安装遮阳设施时，难免会对建筑外观造成局部破坏，若设计选用的是外遮阳，其结构安全常令人怀疑。新建建筑遮阳优化设计通常都采用一体化设计，这种设计有利于做到“同步设计、同步施工、同步验收”，有利于保证遮阳设施与建筑较好结合。 4 遮阳优化设计实例
无论是新建、改建、扩建建筑，还是节能改造建筑，建筑节能都必须符合国家规范标准及其他有关技术标准的规定。在夏热冬冷地区，建筑遮阳对建筑节能和美化建筑外观起着非常重要的作用，因此，不能满足于一般的遮阳设计，而应对建筑遮阳进行优化设计。下面以某办公楼节能改造项目为例，阐述办公楼的遮阳优化设计。
办公楼建筑面积约为 7600m2，主楼六层，辅楼五层，砖混结构，基础为钢筋混凝土独立基础，设有地下室和电梯间，二至五层为标准层、内有东西向内走廊，六层设有电梯配电房和二间公共用房。辅楼建筑高度为 23.5m，屋面为平屋面，东侧第六层层高 4.6m，平屋面，屋面采用刚性防水，并做了保温隔热处理。
该楼辅楼南北面每间办公室开有高1.8m，宽1.8～1m 的外窗，东面外墙开有高1.8m，宽1.8～2.1m 的外窗，西面楼梯间外墙开有高1.8m，3m 的外窗，主楼南面会议室外窗高2.7m，宽约8.6m。目前，所有外窗均采用铝合金推拉窗，窗户所用玻璃均为单层 3 mm 厚白色透明玻璃。
该楼北面窗户因无阳光照射，因此北面窗户仅用具有私密性保护作用的内遮阳帘即可，无需进行专业的遮阳设计。屋面、南面及东、西面外窗受太阳照射，其窗户是办公室或内走廊太阳得热的主要途径。结合办公楼所处地理位置和方位，该楼遮阳设计（见图 2）采用如下方案：
图2 办公楼遮阳设计效果图
南面窗户遮阳设计，辅楼底层南面外窗采用具有防盗功能的铝合金通风透光硬质卷帘窗;辅楼二层外窗采用电动 ESS 铝合金百叶帘，辅楼三至五层外窗采用斜伸式遮阳篷，主楼二至五层会议室外窗采用 19～38 A内置铝合金百叶玻璃窗，六层会议室外窗采用60A内置铝合金百叶玻璃窗。将来，如果汽车停车位不够的话，可考虑对室外的樟树进行移植，以便多出10多个停车位，解决停车位紧张问题。东、西面窗户遮阳设计，东面三层楼面以下均有临街店铺遮挡，所以东面底层和二层窗不需要进行阳设计;西面四层楼面以下的外窗，有西边建筑遮挡，不需要进行遮阳设计。其余东、西向外窗遮阳均采用19A内置铝合金百叶玻璃窗。
综上所述遮阳设计，主要用到铝合金通风透光硬质卷帘窗、电动ESS铝合金百叶帘、内置铝合金、百叶中空玻璃窗、电动斜伸式遮阳篷4种遮阳形式，这 4 种遮阳除了具有遮阳隔热效果，可完全满足建筑节能要求外，还分别具有各自的优点，铝合金通风透光硬质卷帘窗防盗功能较好，电动ESS铝合金百叶帘和内置铝合金百叶中空玻璃窗及电动斜伸式遮阳篷调光性能较好，内置铝合金百叶玻璃窗还具有很好的隔音效果。
通过建筑遮阳优化设计，在办公楼底层外窗遮阳采用铝合金通风透光硬质卷帘窗，这种窗除了具有遮阳隔热等作用外，还具有防盗作用，因此，可以拆除原底层外窗加装的防盗窗。办公楼其他外窗遮阳分别采用内置铝合金百叶中空玻璃窗、电动 ESS 铝合金百叶帘和电动斜伸式遮阳篷，可大幅提高室内的舒适度，而且丰富了建筑表情，美化了建筑外观（图 2），对地区建筑遮阳具有很好的示范作用，可为地区乃至全省的建筑遮阳优化设计提供参考。
5 结束语
夏热冬冷地区建筑遮阳设计应根据建筑所处地域的纬度和气候特点，结合建筑在周围建筑群中的位置和高度关系，并结合建筑造型、功能与遮阳部位等因素，对建筑遮阳进行设计。建筑遮阳设计，应把建筑节能放在首要考虑位置，建筑遮阳设施应具有明显的节能效果，其次是考虑遮阳设施还应具有调光、隔音等其他功能，从而满足人们对建筑舒适度的要求。
关键词：夏热冬冷地区;建筑遮阳设计
1 建筑遮阳设计依据
建筑外窗遮阳设计主要依据是国家和行业规范、标准等，如 GB 50176—1993《民用建筑热工设计规范》、GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》、JGJ 237—2011《建筑遮阳工程技术规范》、JGJ 134—2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》等。
2 建筑遮阳设计
2.1 遮阳设计部位
夏热冬冷地区位于北回归线以北，虽然太阳辐射高度角和方位角随时发生变化，但太阳主要照射在建筑物的屋顶、南面、西面、东面、西南面和东南面，因此，建筑遮阳隔热主要针对屋顶（有透明部分）、南向、西向、东向、西南向和东南向外窗进行设计。
2.2 遮阳设计
对于一个单体建筑，应按该建筑在建筑小区或周围建筑群中的平面位置及建筑高度，结合当地主导风向，在有利于自然通风的前提下，对建筑遮阳进行设计。对建筑外窗可选用内遮阳、中间遮阳、外遮阳、植物绿化遮阳、建筑阴影遮阳或其他形式的遮阳。
采用内遮阳和中间遮阳时，遮阳设施面向室外侧宜采用能反射太阳辐射的材料，并可根据太阳辐射情况调节其角度和位置，以控制室内光环境和热环境。
建筑遮阳宜优先考虑采用外遮阳，建筑外遮阳的类型可按下列原则选用：
1）南向或接近南向的外窗宜设置水平遮阳或可以遮住窗户正面的活动外遮阳;
2）西偏北 30°至西偏南 60°、东偏北 30°至东偏南 60°范围内的外窗应设置挡板式遮阳或可以遮住窗户正面的活动外遮阳。
在高层建筑群中，根据太阳夏季的运行规律，确定太阳阴影移动范围，精心设计建筑平面布置，可以充分发挥建筑阴影对建筑物的遮阳作用，建筑阴影遮阳是一种无需任何费用但常被人们忽视的遮阳措施。
3 建筑遮阳优化设计
一般的建筑遮阳设计通常只关注遮阳隔热和节能效果，而建筑遮阳优化设计，除了关注遮阳隔热和节能效果外，还强调进一步提高建筑的舒适性和美化建筑外观，有些优化设计还包括一体化设计和智能控制优化设计等。
3.1 舒适性优化设计
建筑的舒适性主要取决于光环境、热环境、自然通风和隔音效果等，因此舒适性设计主要考虑的是光环境、热环境、自然通风和隔音的设计。
对于光环境设计，主要考虑的是室内不仅要有足够的照度，而且应避免阳光直射室内，消除室内眩光，使室内具有均匀的光环境，百叶遮阳对室内光环境的调节十分有效，设计使用百叶遮阳设施后，光被切割成条状、块状、点状或其他形状，使室内的照度趋于均匀，光线显得柔和，减少了眩光给视觉带来的伤害，从而有效地改善室内的光环境，而且，随着百叶活动或太阳运动，室内可演绎出动态的光影效果，增加了室内的艺术感受。
对于热环境设计，主要考虑的是减少夏季空调制冷能耗，使室内具有适宜的温度，设计使用遮阳设施，能大幅度地减少夏季空调制冷能耗，据相关研究结果，相同的布帘或软百叶帘等遮阳设施，内遮阳设施变更为外遮阳设施后，传入室内的热量将由60%降低为30%。采用外遮阳时，可将60%～80%的太阳辐射直接反射出去或吸收，使太阳辐射热散发到室外，减少了室内的太阳得热，并使室内温度下降 3～6℃，从而有效地改善室内的热环境。
对于通风性设计，主要考虑的是充分利用自然通风，通风具有极好的散热效果，无论是外遮阳还是内遮阳，在遮阳隔热的同时，遮阳设施本身都会吸收太阳辐射热，这部分热量会以长波辐射的方式向室内传播，如果有良好的自然通风，这部分热量就会在室外散失，使室内的温度降低，减少夏季空调能耗。
通风性设计涉及到当地主导风向、建筑群平面和立面布置、单体建筑的平面布置、建筑遮阳设计等内容。为有效改善自然通风，可通过建筑布局、造型设计等手段，让建筑的向阳面和背阳面形成风压差，利用风压差，使建筑获得一定的穿堂风。
建筑遮阳设施本身的通风性设计包含遮阳设施选型、尺寸匹配、可活动性、回风和空气对流通道等内容。
对于隔音性设计，主要考虑的是减少室外噪音对室内的影响，目前，许多建筑外窗都是采用遮阳设施和中空玻璃节能窗联合应用的形式，中空玻璃节能窗具有很好的隔音效果，内置遮阳百叶中空玻璃节能窗具有更好的隔音效果，在内置遮阳百叶和中空玻璃节能窗均关闭状态下，能显著降低室内噪音。测试表明，有的内置遮阳百叶中空玻璃节能窗可以使室内噪音比室外噪音降低 36dB以上。
3.2 艺术性优化设计
建筑遮阳设施不仅仅是只要求其具有遮阳隔热、调光通风、隔音降噪等作用，它还可以作为建筑元素进行艺术性设计，建筑遮阳的艺术设计包括光影美学、线条韵律、色彩配匹、层次感、尺度感、节奏感、虚实对比与动态变化等。建筑师或遮阳专家在进行建筑遮阳艺术设计时，精心构思，创作出许多富有艺术性的遮阳建筑。例如：人们熟悉的“夏氏遮阳”（图 1），其特点是综合使用水平和垂直遮阳板，充分展示了线条韵律、层次感、尺度感和节奏感。再如，遮阳专家通过对活动外遮阳的智能控制，使建筑立面上的遮阳设施出现整齐划一的排列或某种几何图形的组合变化，从而使建筑具有动态表情。
图1
3.3 一体化设计
目前，很多遮阳设施都是采用单独设计，再装配到建筑外窗上，在安装遮阳设施时，难免会对建筑外观造成局部破坏，若设计选用的是外遮阳，其结构安全常令人怀疑。新建建筑遮阳优化设计通常都采用一体化设计，这种设计有利于做到“同步设计、同步施工、同步验收”，有利于保证遮阳设施与建筑较好结合。 4 遮阳优化设计实例
无论是新建、改建、扩建建筑，还是节能改造建筑，建筑节能都必须符合国家规范标准及其他有关技术标准的规定。在夏热冬冷地区，建筑遮阳对建筑节能和美化建筑外观起着非常重要的作用，因此，不能满足于一般的遮阳设计，而应对建筑遮阳进行优化设计。下面以某办公楼节能改造项目为例，阐述办公楼的遮阳优化设计。
办公楼建筑面积约为 7600m2，主楼六层，辅楼五层，砖混结构，基础为钢筋混凝土独立基础，设有地下室和电梯间，二至五层为标准层、内有东西向内走廊，六层设有电梯配电房和二间公共用房。辅楼建筑高度为 23.5m，屋面为平屋面，东侧第六层层高 4.6m，平屋面，屋面采用刚性防水，并做了保温隔热处理。
该楼辅楼南北面每间办公室开有高1.8m，宽1.8～1m 的外窗，东面外墙开有高1.8m，宽1.8～2.1m 的外窗，西面楼梯间外墙开有高1.8m，3m 的外窗，主楼南面会议室外窗高2.7m，宽约8.6m。目前，所有外窗均采用铝合金推拉窗，窗户所用玻璃均为单层 3 mm 厚白色透明玻璃。
该楼北面窗户因无阳光照射，因此北面窗户仅用具有私密性保护作用的内遮阳帘即可，无需进行专业的遮阳设计。屋面、南面及东、西面外窗受太阳照射，其窗户是办公室或内走廊太阳得热的主要途径。结合办公楼所处地理位置和方位，该楼遮阳设计（见图 2）采用如下方案：
图2 办公楼遮阳设计效果图
南面窗户遮阳设计，辅楼底层南面外窗采用具有防盗功能的铝合金通风透光硬质卷帘窗;辅楼二层外窗采用电动 ESS 铝合金百叶帘，辅楼三至五层外窗采用斜伸式遮阳篷，主楼二至五层会议室外窗采用 19～38 A内置铝合金百叶玻璃窗，六层会议室外窗采用60A内置铝合金百叶玻璃窗。将来，如果汽车停车位不够的话，可考虑对室外的樟树进行移植，以便多出10多个停车位，解决停车位紧张问题。东、西面窗户遮阳设计，东面三层楼面以下均有临街店铺遮挡，所以东面底层和二层窗不需要进行阳设计;西面四层楼面以下的外窗，有西边建筑遮挡，不需要进行遮阳设计。其余东、西向外窗遮阳均采用19A内置铝合金百叶玻璃窗。
综上所述遮阳设计，主要用到铝合金通风透光硬质卷帘窗、电动ESS铝合金百叶帘、内置铝合金、百叶中空玻璃窗、电动斜伸式遮阳篷4种遮阳形式，这 4 种遮阳除了具有遮阳隔热效果，可完全满足建筑节能要求外，还分别具有各自的优点，铝合金通风透光硬质卷帘窗防盗功能较好，电动ESS铝合金百叶帘和内置铝合金百叶中空玻璃窗及电动斜伸式遮阳篷调光性能较好，内置铝合金百叶玻璃窗还具有很好的隔音效果。
通过建筑遮阳优化设计，在办公楼底层外窗遮阳采用铝合金通风透光硬质卷帘窗，这种窗除了具有遮阳隔热等作用外，还具有防盗作用，因此，可以拆除原底层外窗加装的防盗窗。办公楼其他外窗遮阳分别采用内置铝合金百叶中空玻璃窗、电动 ESS 铝合金百叶帘和电动斜伸式遮阳篷，可大幅提高室内的舒适度，而且丰富了建筑表情，美化了建筑外观（图 2），对地区建筑遮阳具有很好的示范作用，可为地区乃至全省的建筑遮阳优化设计提供参考。
5 结束语
夏热冬冷地区建筑遮阳设计应根据建筑所处地域的纬度和气候特点，结合建筑在周围建筑群中的位置和高度关系，并结合建筑造型、功能与遮阳部位等因素，对建筑遮阳进行设计。建筑遮阳设计，应把建筑节能放在首要考虑位置，建筑遮阳设施应具有明显的节能效果，其次是考虑遮阳设施还应具有调光、隔音等其他功能，从而满足人们对建筑舒适度的要求。