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建筑物遮阳建筑物遮阳设计建筑物理 建建设1104 王王胜龙 建筑遮阳的建筑遮阳的发发展展历历史史人们对建筑遮阳的研究由来已久。最早对建筑遮阳问题的文字叙述来源于古希腊时期的作家赞诺芬，他在其著作中提到关于设置柱廊以遮挡角度较高的夏季阳光而又使角度较低的冬季阳光射入室内的问题。公元前1世纪，维特鲁威在其建筑专著建筑十书中，在选址部分乃至全章中都提到要避免南向辐射热的建议。文艺复兴时期，阿尔伯蒂的论建筑中也阐明了为使房间保持凉爽，防晒遮阳应如何选址。总的来讲，从古罗马到17、18世纪的建筑师们没有涉及到计算层面上，没有对遮阳专门研究，基本以经验来考虑防晒问题，对建筑遮阳的认识停滞不前。220世世纪纪初，初，赖赖特率先把太阳几何学引入建筑特率先把太阳几何学引入建筑设计领设计领域。在他的成名作域。在他的成名作罗罗比住宅比住宅和威立茨住宅中，和威立茨住宅中，赖赖特根据当地春秋分等特定特根据当地春秋分等特定时间时间的太阳高度角以及各房的太阳高度角以及各房间对间对阳光阳光的需求的需求设计设计了了错错落有致、深浅不一的挑檐，落有致、深浅不一的挑檐，这这些造型舒展的屋些造型舒展的屋顶顶不不仅仅成就了享誉世成就了享誉世界的草原界的草原风风格，而且开格，而且开创创了遮阳了遮阳设计设计的先河。但的先河。但赖赖特特设计设计的作品多的作品多为别为别墅，他的建墅，他的建筑遮阳筑遮阳设计设计理念没有波及到当理念没有波及到当时时正蓬勃正蓬勃发发展的展的现现代建筑（如多代建筑（如多层层、高、高层层建筑）中，建筑）中，且挑檐也不是且挑檐也不是严严格意格意义义上的遮阳板。因此，人上的遮阳板。因此，人们们公公认认的的现现代建筑遮阳板的代建筑遮阳板的发发明人是明人是另一位建筑大另一位建筑大师师勒勒柯布西耶。柯布西耶。1理查德诺伊特拉对建筑遮阳做出了里程碑式的贡献，他是第一个根据气象资料并请专业人员设计全天候建筑遮阳系统的现代建筑师。他在晚年对太阳几何学作了更深层次的研究，并取得了突破性进展。在洛杉矶档案馆的设计中，标注太阳轨迹并研究了各种遮阳的方案，最后实施的是由屋顶上太阳自动跟踪系统控制的活动式垂直百叶窗。13遮阳的作用与效果遮阳的作用与效果1)遮阳对太阳辐射的作用。外围护结构的保温隔热性能受许多因素的影响，其中影响最大的指标就是遮阳系数。一般来说，遮阳系数受到材料本身特性和环境的控制。遮阳系数就是透过有遮阳措施的围护结构和没有遮阳措施的围护结构的太阳辐射热量的比值。遮阳系数愈小，透过外围护结构的太阳辐射热量愈小，防热效果愈好。在广州地区进行实测得到的各主要朝向窗口的遮阳系数分别为：西向17%，南向45%，北向60%。由此可见，遮阳对遮挡太阳辐射热的效果是相当大的，玻璃幕墙建筑设置遮阳措施更是效果明显。2)遮阳对室内温度作用。遮阳防止室内温度上升有明显作用，在广州某西向房间试验观测表明：在闭窗的情况下，有、无遮阳，室温最大差值达2,平均差值1.4。而且有遮阳时，房间温度波幅值较小，室温出现最大值的时间延迟，室内温度场均匀。因此，遮阳对空调房间可减少冷负荷，所以对空调建筑来说，遮阳更是节约电能的主要措施之一。3)遮阳对采光的作用。从天然采光的观点来看，遮阳措施会阻挡直射阳光，防止眩光，使室内照度分布比较均匀，有助于视觉的正常工作。对周围环境来说，遮阳可分散玻璃幕墙的玻璃（尤其是镀膜玻璃）的反射光，避免了大面积玻璃反光造成光污染。但是，由于遮阳措施有挡光作用，从而会降低室内照度，在阴雨天更为不利。因此，在遮阳系统设计时要有充分的考虑，尽量满足室内天然采光的要求4 4)遮阳遮阳对对建筑外建筑外观观的作用。一般人都的作用。一般人都认为认为玻璃幕玻璃幕墙设计墙设计只能平板化，无法只能平板化，无法设计设计外遮阳等遮阳外遮阳等遮阳设设施，但是由国外的施，但是由国外的许许多案例我多案例我们们可以可以发现发现金属玻璃幕金属玻璃幕墙墙能以能以轻轻巧巧的金属板的金属板设计设计成成优优美的遮阳形式并成美的遮阳形式并成为为建筑造型有趣的一部份。遮阳系建筑造型有趣的一部份。遮阳系统统在玻璃在玻璃幕幕墙墙外外观观的玻璃的玻璃墙墙体上形成光影效果，体体上形成光影效果，体现现出出现现代建筑代建筑艺术艺术美学效果。因此，在美学效果。因此，在欧洲建筑界，已欧洲建筑界，已经经把外遮阳系把外遮阳系统统作作为为一种活一种活跃跃的立面元素，加以利用，甚至称之的立面元素，加以利用，甚至称之为为双双层层立面形式。一立面形式。一层层是建筑物本身的立面，另一是建筑物本身的立面，另一层则层则是是动态动态的遮阳状的遮阳状态态的立面的立面形式。形式。这这种具有种具有“动动感感”的建筑物形象不是因的建筑物形象不是因为为建筑立面的建筑立面的时时尚需要，而是尚需要，而是现现代代技技术术解决人解决人类对类对建筑建筑节节能和享受自然需求而能和享受自然需求而产产生的一种新的生的一种新的现现代建筑形代建筑形态态。5)遮阳对房间通风的影响。遮阳设施对房间通风有一定的阻挡作用，在开启窗通风的情况下，室内的风速会减弱22-47%，具体视遮阳设施的构造情况而定。而对玻璃表面上升的热空气有阻挡作用，不利散热，因此在遮阳的构造设计时应加以注意。5遮阳的形式及构造遮阳的形式及构造设计设计遮阳具有防止太阳辐射、避免产生眩光、改善室内环境气候、及建筑外观上光影美学效果之功能，但也对室内的采光、通风带来不同层次的影响。遮阳系统本身而言，以位置上来分有“外部遮阳”与“内部遮阳”之区别，其中又可分为“活动式遮阳”及“固定式遮阳”。就遮阳形式来分，一般分为四种：水平遮阳、垂直遮阳、水平遮阳、垂直遮阳、综综合式遮阳和合式遮阳和挡挡板式。板式。6根据地区的气候特点和房根据地区的气候特点和房间间的使用要求，可以把遮阳作的使用要求，可以把遮阳作为为的或的或临时临时性的。永久性性的。永久性的就是在玻璃幕的就是在玻璃幕墙墙内外内外设设置各种形式的遮阳板和遮阳帘，置各种形式的遮阳板和遮阳帘，临时临时性的就是在玻璃的性的就是在玻璃的内外内外设设置置轻轻便的布帘，竹帘，便的布帘，竹帘，软软百百页页，帆布蓬等。在永久性的遮阳，帆布蓬等。在永久性的遮阳设设施中，按其施中，按其构件能否活构件能否活动动，有可分，有可分为为固定式或活固定式或活动动式两种。活式两种。活动动式的遮阳可式的遮阳可视视一年中季一年中季节节的的变换变换，一天的，一天的时间变时间变化和天空的阴晴情况，任意化和天空的阴晴情况，任意调节调节遮阳板的角度；在寒冷的季遮阳板的角度；在寒冷的季节节，可以避免遮，可以避免遮挡挡阳光，争取日照。（阳光，争取日照。（见图见图5）这这种遮阳种遮阳设设施的灵活性大，使用施的灵活性大，使用合理，因此近年在国外的建筑中合理，因此近年在国外的建筑中应应用用较较广。广。71水平式遮阳（水平式遮阳（见图见图1）在玻璃前采用伸出重叠的平板在玻璃前采用伸出重叠的平板这这种形式的遮阳，能有种形式的遮阳，能有效地遮效地遮挡挡太阳高度角太阳高度角较较大的，从玻璃幕大的，从玻璃幕墙墙上方投射下来的阳光。故它适用于南向上方投射下来的阳光。故它适用于南向的玻璃幕的玻璃幕墙墙建筑物。建筑物。2垂直式遮阳（见图2）设于玻璃前之凸出板的垂直式遮阳，能有效地遮挡角度较小的，从玻璃窗侧斜射进来的阳光。但对于角度较大的，从玻璃窗上面射下来的阳光，或接近日出、日没时平射的阳光，它不起遮挡作用。故垂直式的遮阳主要适用于东北，北和西北向附近的玻璃幕墙建筑。83综综合式遮阳（合式遮阳（见图见图3）综综合式遮阳能有效地遮合式遮阳能有效地遮挡挡高角度中等的，从玻璃窗前高角度中等的，从玻璃窗前射下来的阳光。遮阳效果比射下来的阳光。遮阳效果比较较均匀，故它适用于均匀，故它适用于东东南或西南向的玻璃幕南或西南向的玻璃幕墙墙建筑。建筑。4.挡板式遮阳（见图4）这种式的遮阳，能有效地遮挡高度角较小的，正射窗口的阳光。故它主要用于东西向的玻璃幕墙建筑。9遮阳的效果除与遮阳形式有关外，遮阳的效果除与遮阳形式有关外，还还与构造与构造设计设计有有很大的关系，很大的关系，设计时设计时要特要特别别注意以下几点注意以下几点：1遮阳板面的组合与构造 在满足阻挡直线阳光的前提下，可以有不同板面组合的形式，应该选择对通风，采光，视野，构造和立面处理等要求更为有利的形式。为了使于热空气的散逸，并减少对通风，采光的影响，常将板面做成百页的或部分做成百页的，或中间层做成百页的。遮阳板可用铝板，轻金属或混泥土制做。2遮阳板的安装位置 遮阳板安装的位置对防热和通风的影响很大。例如将板面紧靠墙面布置时，受热表面加热而上升的热空气将受室外风压作用导入室内。这种情况对综合式遮阳更为严重，为了克服着个缺点，板面应该离开玻璃墙面一定的距离安装，以使大部分热空气沿着墙面排走，且应使遮阳板尽可能减少挡风，最好还能兼起导风入室作用。3材料与颜色 为了减轻自重，遮阳构件以采用轻质量为宜。遮阳构件经常暴露在室外，受日晒雨淋，容易损坏，因此要材料坚固耐久。如果遮阳室活动式的，又要求轻便灵活，以便调节或拆除。材料的外表面对太阳辐射热的吸收系数要小，设计时可根据上述的要求并结合实际情况来选择适宜的遮阳材料。遮阳的构件的颜色对隔热效果也有影响。以安装在玻璃幕墙内侧的百叶帘为例，暗色、中间色和白色的遮阳系数分别为：86、74和62.白色的比暗色的要减少24.为了加强表面的反射,减少吸收,遮阳帘朝向阳光的一面,应为浅色发亮的颜色,而在背阳光的一面,应为较暗的无光泽颜色,以免引起眩光104外遮阳和内遮阳外遮阳和内遮阳 一般来一般来讲讲，明色室内百叶只可，明色室内百叶只可挡挡去去17太阳太阳辐辐射射热热，而室外，而室外南向仰角南向仰角45度的水平遮阳板，可度的水平遮阳板，可轻轻易遮去易遮去68的太阳的太阳辐辐射射热热，两者，两者间间的遮阳效的遮阳效果相差甚大。装在窗口内果相差甚大。装在窗口内侧侧的布帘，的布帘，软软百百页页等遮阳等遮阳设设施，其所吸收的太阳施，其所吸收的太阳辐辐射射热热，大部分将散大部分将散发给发给室内空气。如果装在外室内空气。如果装在外侧侧的遮阳板，的遮阳板，则则吸收的吸收的辐辐射射热热，大部分将，大部分将散散发给发给室外的空气，从而减室外的空气，从而减轻轻了室内温度的影响。因此采用外遮阳（遮阳板）是了室内温度的影响。因此采用外遮阳（遮阳板）是最好的建筑最好的建筑节节能之道。能之道。11外遮阳构件尺寸的外遮阳构件尺寸的计计算算(一)水平式遮阳 任意朝向建筑的玻璃幕墙的外水平遮阳板挑出长度，按下式计算 L-=H*coths*coss，式中 L-水平板挑出长度，m;H-水平板下沿至下一水平板高度，m;hs-太阳高度角，deg;s，-太阳方位角与墙方位角之差，deg;s，=As-A As-太阳方位角，deg;A-墙方位角,Deg.12(二二)垂直式遮阳垂直式遮阳 任意朝向建筑的玻璃幕任意朝向建筑的玻璃幕墙墙的外垂直遮阳板挑出的外垂直遮阳板挑出长长度，按下式度，按下式计计算：算：L=Bcots，式中式中 L-垂直板挑出垂直板挑出长长度，度，m；B-板面板面间净间净距，距，m；s，-太阳方位角与太阳方位角与墙墙方位角之差，方位角之差，deg (三)综合式遮阳任意朝向建筑的玻璃幕墙的综合式遮阳的挑出长度，可先计算出垂直板和水平板两者的挑出长度，然后根据两者计算的数值按构成的要求确定综合式遮阳挑出长度。13建筑遮阳的意建筑遮阳的意义义目前,国家大力倡导绿色建筑、节能建筑,并且出台了多项具体的规范规程,对建筑节能设计提出了很多具体的要求。遮阳设施能合理控制太阳光线进入室内,减少建筑空调能耗和人工照明用电,改善室内光环境。采取有效的遮阳措施,降低外窗太阳辐射形成的建筑空调负荷,是实现建筑节能的最有效方法之一。一方面,遮阳通过阻挡阳光直射辐射和漫辐射的热,控制热量进入室内,降低室温、改善室内热环境,使空调高峰负荷大大削减。另一方面,适量的阳光又使人感到舒适,有利于人体视觉功效的高效发挥和生理机能的正常运行,给人们愉悦的心理感受。14图片欣片欣赏1516小小结研究遮阳系统对建筑物艺术与建筑技术作用和效果，尤其是建筑节能与智能化方面，需要我们的不断的开发和研究。对国内外建筑遮阳技术的调研；对适用性遮阳构造方案研究；对遮阳构造的性能系数研究；对适用遮阳系统节能软件开发；和遮阳构造艺术性的评价将是我们以后的工作重点。同时也希望国内企业和同行在掌握和学习国外新技术的同时，能够全面地研究遮阳系统相关技术的发展和配套产品的开发，真正使国内的建筑幕墙的遮阳系统跟上时代步伐。17