夏热冬冷地区可调节式外遮阳与建筑的一体化设计

夏热冬冷地区可调节式外遮阳与建筑的一体化设计

常俊1张晓春2

常俊1张晓春2

1.东海救助局；2.中国十七冶集团工程设计公司

摘要：实现可调节式外遮阳的有效利用开发，在建筑方案时期就必须参与考虑，在建筑施工图中做好与一体化的建筑设计，将外遮阳系统变成为建筑的有机组成部分之一，即保证其自身高效运转效率、且常规能源节约的同时，又能满足建筑艺术美和建筑的使用功能的要求，以此促进外遮阳设计在国内普通建筑中的应用和推广。

关键词：可调节；外遮阳；一体化；推广

前言

可调节式外遮阳作为建筑节能的重要方面之一，要实现其有效地利用开发，在建筑方案时期就必须参与考虑，在建筑施工图中做好与一体化的建筑设计，将外遮阳系统变成为建筑的有机组成部分之一，既要保证其自身高效运转效率、且常规能源节约的同时，又能满足建筑艺术美和建筑的使用功能的要求。

本论文以实际工程及建筑师为着眼点，针对现实中夏热冬冷地区气候特点的问题，深入剖析了适应冬冷夏热地区的可调节式外遮阳的若干类型，探索性地提出了一些实施细则、应用建议及设计方法，以此促进外遮阳设计在国内普通建筑中的应用和推广。

宿舍外景和阳台外立面和剖面图

1.绪论

1.1科研机构的研究成果

华中科技大学建筑与城市规划学院为研究冬冷夏热地区南向窗最佳的适应气候方式而对百页式遮阳展开了深入研究。他们采用条件相同的两个实验房于2001年冬夏两季在武汉进行测试对比，实验主要研究外百页系统的颜色、材质、开启方式等因素对室内所产生的影响。他们通过在冬季和夏季的实验对比中发现：在冬冷夏热地区，要适应气候的窗就必须具备可变性和调节性，针对季节的不同，或是保温，或是遮阳，并称这一系统为“可调节百叶外遮阳保温系统”。他们概括这一系统的测试结论为：（１）夏季实验中发现夏热地区有效的节能方式是外遮阳，一方面它使室内温度场的形成较均匀分布，对满足人体舒适度的要求更有利；另一方面，大部分辐射热被外遮阳方式阻止进入室内，室内温度在正午可以比无遮阳方式降低５度以上，室内的制冷能耗大大降低。（２）冬季实验中发现窗与密闭百页之间形成的空气间层能有效阻止室内的热损失。影响这一保温性能的主要因素是空气间层的密闭性，而不完全是百页材料的因素。

1.2工程较为成功的案例

1.2.1南京某大学的研究生宿舍

南京是一个湿度很大并且夏季非常炎热的城市，对于短时间内还不会安装空调的学生公寓而言，自然通风就显得尤其重要。采用每两个房间共用一个凹型阳台的设计组合方式．并且将卫生间设计在阳台之间，使主要房间墙面没有直接对外，有助于在夏冬两季隔热保温。在需要阻断男女宿舍的建筑之间的视线干扰时可以利用阳台外表面的木百页平开窗来实现。让学生能在平时生活中保有一种体面的隐私，而同时又不影响实现通风这一基本的功能。

1.3国外建筑遮阳现状和发展趋势

1.3.1外遮阳在欧洲的应用

欧洲遭遇的两次大的能源危机，使他们更加认识到了能源的宝贵。为此欧洲发达国家投入了非常大的力量进行节能的研究，节能技术也获得了长足发展。综合来说，如今发达国家的屋顶及建筑外墙单位面积的能耗仅为我国的0.2-0.3，其中窗体单位面积的能耗仅为我国的0.3-0.5。

以下对围护结构的几项指标进行对比：

表1-1

2对夏热冬冷地区的一体化设计要点研究

2.1气候特点

冬冷夏热地区的气候特点，表现为冬季湿冷，夏季闷热，日差气温较小，日照偏少，年降水量大。其中月平均最热气温25~30℃，相对平均湿度为80%左右，夏季的基本气候特点是湿热；虽然冬季气温比北方高，但日照率远远不如北方，整个冬季雨雪绵绵，天气阴沉，阴冷潮湿几乎不见阳光，是冬季气候的基本特点。

根据现行的《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93）[1]，日平均温度小于5℃的天数，月最冷平均温度为0~10℃，月最热平均温度为25~30℃，为0~90天；日平均温度不小于25℃的天数，为40~110天的地区划分为夏热冬冷地区。夏热冬冷地区的范围，大致为四川盆地以东，南岭以北，陇海线以南，基本上可以说是长江中下游地区。该地区是我国经济文化较为发达、人口最密集的地区，其经济、政治地位极为重要。

2.2对夏热冬冷地区的遮阳方案

如今，对新一轮的建筑节能总体目标建设部已经明确：“到2010年全国城镇建筑总能耗要基本实现节能50％。到2020年北方和沿海经济发达地区和超大城市要实现建筑节能65％的目标．并完成绝大部分既有建筑的节能改造”新的目标对接下来的节能工作提出了新的目标，在此借用柳传志先生提出的：“水桶理论”，最短的木板才能决定木桶盛水多少。用这个理论来描述建筑节能也是非常确切的。有资料说明我国当今建筑物通过窗户消耗的能量约占建筑耗能总量的50%。所以可以说“外窗”就好比那块“最短的板”。

2.2.1设置可调节式外遮阳

在夏热冬冷的区域，冬季建筑物一般都没有供暖系统，冬天的太阳光可以为南、东、西三个方向的建筑供给相当的热量。所以，夏热冬冷区域的外遮阳一定要可调节式的。在保证夏季隔热降温的同时，也确保了冬季日照采暖及春、秋过渡季节的足够照明。

夏热冬冷地区不但需要夏季空调，而且需要冬季采暖，并且在过渡季节都是不用空调利用通风换气来进行室内空气调节的。所以，如果采用固定遮阳，不是遮阳系数越低就越好。通过对一栋办公建筑进行建筑能耗与遮阳系数的分析得出结果，建筑能耗和遮阳系数变化的关系并不是线性关系，而是二次曲线关系，当遮阳系数减低到一定程度，建筑能耗就不发生变化了，见下图3。

活动的外遮阳设施能够根据需要调节进入建筑内的太阳辐射量。夏季关闭电动遮阳卷帘除了可以阻挡太阳的直接辐射，还能阻挡来自天空的散射辐射和来自地面的反射辐射，建筑空调降低能耗30％左右；冬季打开遮阳卷帘，对太阳的辐射充分接收，建筑采暖能耗降低了20％左右。因此活动外遮阳设施比固定外遮阳设施节能、方便、更加有效。

活动外遮阳的形式主要有活动百叶遮阳、遮阳卷帘、遮阳篷、遮阳纱幕以及活动遮阳板等。

C.活动百叶遮阳

2.3.2不同朝向遮阳重点不同

夏季南向的太阳高度角比较高，所以南向窗口应采用百页窗（用于阳台外窗）或铝合金百页帘。东、西两个方向的侧窗应采用可调节的外遮阳卷帘。北向、西北向和东北向窗口宜采用活动的遮阳板遮阳即可。在西南向和东南向附近的窗口采用垂直和水平综合而成的综合式的遮阳方式，相对来说虽然有一定效果，可是还会进入室内大量的太阳辐射。这些年来，各种遮阳百叶、节能玻璃和遮阳卷帘技术的发展，为更好地解决东南向、西南向、东向以及西向窗口的遮阳问题提供了诸多可能。

3结论

3.1夏热冬冷地区夏天太阳辐射较强、天气炎热，建筑外遮阳的合理设置就能够有效的降低了空调的负荷。

3.2不同朝向的建筑，遮阳的设置重点有所不同。

3.3夏热冬冷地区夏季的空调，冬季的采暖，活动外遮阳可以获得的效果比固定外遮阳更好。

3.4夏热冬冷地区，在夜间频率使用较高的居住用房的东西向侧窗推荐采用铝板夹芯百页卷帘。

3.5夏热冬冷地区，居住建筑和公共建筑的东西向侧窗建议采用垂臂式或折臂式外遮阳卷帘。

3.6夏热冬冷地区，居住建筑，其东西向阳台，推荐采用铝合金百页窗。

3.7旧建筑改造和新建建筑的实际工程中，需要建筑师认识到可调节外遮阳在改善室内外环境和建筑节能中的巨大潜力，能够针对不同的具体工程，对各种因素进行综合考虑，对遮阳产品、安装方式和初期投资进行恰当的选取，对工程项目各个阶段的设计进程进行严格控制，以此实现一体化的创新设计。

在传统意义上相对民用建筑来说一向以体量笨拙和傻大壮出名的工业建筑也能做到清新自然、朴素大方，绵绵细雨里也能成为我们古运河边一道美丽的风景。

4景观设计

随着社会的进步和人们认识的不断提高，人们逐渐对自己生活的环境关注程度越来越高。现代的工业建筑已不仅仅只是为工业生产提供空间场所的建筑物，也是为满足人们生产活动需要的建筑类型，工业建筑设计的本质就是创造满足工业生产的生产空间和满足工人完成生产活动的生存空间。也就是说，工业建筑除了要满足特定的工业生产工艺之外，还应满足一般的建筑空间设计和景观环境设计要求。

在设计之初，景观设计就已经融入了我们的设计概念。我们认为，最重要的就是在建成的厂区内形成良好的生态环境，在有限的用地范围内，要有良好的绿化、适量的水面和点缀式的景观小品，才能为工业生产之余的人们提供更优良的生活休憩环境。

首先，在总图布置的时候，就考虑到景观环境的设计，力求处理好“人、建筑、环境”三者的关系。在人活动频繁的区域范围内，尽可能多地利用可利用的资源和用地，大面积地种植绿化和点缀小品，例如利用清水池和回用水池的池顶覆土种植绿化、铺地和小品，大大增加了有限的厂区的绿化面积，提高了绿化率，美化了环境。

其次，秉持种植优于铺砌，生态效果重于视觉效果的观念，在可种植区域种植更利于生态发展和可持续发展的植物，不只求一时的美观，而考虑到更久以后厂区的优良环境。

最后，结合路边停车、广场铺地、节点植被和池顶水面的变化等，形成景观的序列和有组织的自然景观。在最大限度内发挥既有道路功能的同时，使道路也能成为一个生动有趣的景观带。在用地十分有限的情况下，各种功能相互渗透，充分利用，道路既可以是路，也可以是景观，通过细致的节点表现出我们所需要的东西。

我们希望营造出的是一个优美的、愉悦的、可以让人们心情放松的现代厂区，这是我们对本次设计的最初的理念和最实际的想法。

5结语

每个工程都有它设计上的优点和有待改善的缺点，我们希望的是能够以小见大、以点带面，通过对扬州市第一水厂提标扩建工程的建筑设计的简要回顾与思考，对现代水厂的工业建筑的设计进行一定的分析和探讨，以待在后续的类似工程中能扬长避短、优化设计。

参考文献：

[1]《工业建筑设计原理》中国建筑工业出版社

[2]《园林景观建筑设计》机械工业出版社

[3]《建筑设计防火规范》GB50016-2014