建筑遮阳设计在公共建筑设计中应用.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 188 建筑遮阳设计在公共建筑设计中应用 赵玫瑰 湖南省建筑科学研究院有限责任公司，湖南 长沙 410000 摘要：摘要：随着时代的进程，通过有效设计减少通过围护结构的太阳辐射热，减少空调负荷，让建筑更低碳节能已成为当代建筑的必然。在当前建筑进行设计与施工的过程中，遮阳设计的应用不仅能够降低建筑本身的能耗，还能创造出公共建筑个性化及艺术化的立面效果，达到真正的经济、适用、美观。本文旨在探讨建筑遮阳与公共建筑设计的关系，并在此基础上为建筑设计师提供可行的遮阳系统设计方法，使建筑设计师更好应用和推广遮阳技术。关键词：关键词：遮阳；公共建筑；设计 中图分类号：中图分类号：TU74 0 引言 在我国南方地区气候炎热，建筑外表面，由于夏季太阳热传递、热辐射和热流对建筑外围护的影响，使过多的热量进入室内，影响舒适性，如何利用被动式设计方法，提高公共建筑围护结构的性能也是业界关注的热点问题。房间太阳辐射主要涉及三个方面：窗户的朝向、大小；围护结构材料性能；建筑遮阳技术。而其中建筑遮阳是有效解决建筑太阳辐射的热的一项最有效最关键措施，同时遮阳构件作为建筑立面的一部分，也可作为建筑外墙装饰，达到丰富外墙点亮外立面的效果。1 建筑遮阳的定义 建筑遮阳是指通过主动或被动设计或技术手段，有效减少通过围护结构的太阳辐射热，减少空调负荷。广义上建筑布局、朝向、日照、植被等一系列建筑外环境的设置，都蕴藏着建筑遮阳因素；建筑维护构件如墙体、屋顶等也有遮阳之功效；比如规范要求的建筑节能计算，它就对建筑的不同方向要求遮阳设置不尽相同；还比如在平面设计中，设计首先根据当地气象以争取夏季风主导方向为前提，争取好的通风散热；还有为防止房间夏季西晒房间应避免东西向，至少西向不大面积开窗；在总平面设计中可利用建筑物相互遮挡进行遮阳；墙面利用植物绿化遮阳；屋顶采用构架、绿化遮阳等。而狭义上建筑遮阳主要指采光口、建筑物出入口等外墙开洞部分的隔热、防热设施。比如利用建筑自身构造遮阳，如建筑出挑的屋檐，或者是通过建筑凹凸形成的自遮阳等；利用装饰构件遮阳，如水平挡板、百叶、穿孔板、百叶、智能玻璃构件遮阳等。这些遮阳设计不仅起到隔热、节约能源的作用，同时也作为建筑的一部分，赋予了建筑光影艺术形态，营造出建筑的个性化及艺术化立面风格。尤其公共建筑，因其功能和服务的公共特性，对建筑性能和造型艺术要求更高，把遮阳设计和建筑设计融合，更好地利用遮阳设计为建筑达到技术上的节能和立面上的变化多样，是建筑设计的一种思路。此次文章，主要就建筑立面上的采光口（外窗）的遮阳形式以及在遮阳设计公共建筑设计中的应用做一下深入的探讨。2 建筑遮阳国内外现状分析 随着现代社会人类日益增长的需求，许多建筑物都采用了新型的设计，而外窗遮阳的设计和应用尤其广泛。近年来，建筑遮阳节能技术已成为国际上一种广泛应用的技术措施，从欧洲到美国，从瑞士到德国，都得到了广泛的应用。它既具备了传统的节能功能，又具备了现代的科学性，成为欧洲人追求的理想选择，同时也成了建筑设计者必备的一种工具。德国正在大力开发一种全新的、高效的建筑遮阳技术，它利用先进的智能技术，可以实现自主调整遮阳叶片的角度、方位，以及抑制太阳辐射，使得室内的温暖得到充分的保护。随着现代化的进程，国内人民生活水平越来越高，越来越多的人意识到了室内环境舒适的重要性。国内许多新建的公共建筑均使用了国际知名的遮阳材料，尤其是德国的产品，它们的性能和可靠性首先得到了广泛的认可，慢慢因着国内科技的蓬勃发展，越来越中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 189 多的公众建筑开始使用更加先进的遮阳技术，国内产品也得到认可。从北京市锋尚国际市场、上海市保利商场、浙江西湖文化商场、盾安发展中心到中国石油建筑，各种不同的遮阳产品应运而生，而且大多数的技术成本也相对低廉，比如智能控制系统，它们的使用可以大大降低成本，使得更多的公众建筑可以享受到更加舒适的环境。表 1 建筑遮阳标准 朝向 立面编号 外遮阳 外遮阳 是否满足 南向 立面 1 有 有外遮阳 满足 东向 立面 3 有 有外遮阳 满足 西向 立面 4 有 有外遮阳 满足 标准依据 建筑节能与可再生能源利用通用规范GB55015-2021 第 3.1.15 条 标准要求 甲类建筑东、西、南向外窗和透光幕墙应采取遮阳措施 结论 满足 注：达标朝向只列出一项，不达标朝向最多列出 10 项 另外国内也出台了关于遮阳的强制性规范条文，如上表，是现在规范对节能计算的要求。建筑节能与可再生能源利用通用规范GB 55015-2021，规范条文3.1.15 建筑遮阳措施应符合下列规定：1.夏热冬暖、夏热冬冷地区，甲类公共建筑南、东、西向外窗和透光幕墙应采取遮阳措施；2.夏热冬暖地区，居住建筑的东、西向外窗的建筑遮阳系数不应大于 0.8。夏热冬暖、夏热冬冷地区公共建筑的遮阳设计已经属于强制性要求，因此遮阳设计在建筑中的应用十分重要。而公共建筑，因其功能和服务的公共特性，同时公共建筑由于其丰富的造型和个性的立面给予了遮阳设计更多的发挥空间，因此探讨建筑遮阳设计在公共建筑的应用有重要意义。3 建筑遮阳的形式 对于本文重点探讨的建筑采光口处的建筑遮阳形式主要有：固定遮阳和活动遮阳，固定遮阳包括：水平遮阳、垂直遮阳、综合遮阳和挡板遮阳，活动遮阳包括卷帘遮阳、百叶遮阳、中空玻璃内置百叶遮阳等。3.1 水平遮阳 当太阳的高度角较大时，为了抵消室内的影响，采取的遮阳措施就是采取水平遮阳，适用于接近南向的窗口及北回归线以南地区的北向附近的窗口，特别是在朝南的窗户。水平遮阳主要是在窗口上方设置遮阳板或遮阳结构，它可以有效地遮挡阳光直射，防止室内温度过高，节能同时也可以保护室内隐私。但是，水平遮阳对于高度角较小的阳光无法有效遮挡，如果太阳的位置较低，比如对于北向窗口或接近北向、或者东西向的窗口的遮阳效果不佳。3.2 垂直遮阳 垂直遮阳是一种常见的能够有效地遮挡高度角较小、从窗户两侧斜射进来阳光的遮阳形式，主要适用于东北、西北及北向附近的建筑窗口。垂直遮阳主要在窗口两侧设置遮阳结构或者装饰构件，可以是固定的结构如窗框，也可以是活动的如垂直挡板、格栅板。但是，垂直遮阳的缺点是对于高度角较大的阳光无法有效遮挡，因此对于南向窗口或接近南向的窗口效果不佳。3.3 综合遮阳 综合是以上述两种遮阳方式的基本组合，它可以阻挡阳光从窗户上方较大仰角进入，也可以阻挡阳光从窗户两侧较小仰角进入。综合遮阳是结合水平遮阳和垂直遮阳的建筑遮阳形式，适用于各种朝向的窗口，能遮挡来自窗户上方和两侧的阳光，主要可以遮挡东南到西南方向的阳光直射。可以根据风格和需要用自身结构或者利用装饰来结合设计，材料可选用混凝土外框、木材、钢板等。综合遮阳可以遮挡各个方向的阳光但是设计一般比较特殊，要结合建筑特殊造型。3.4 挡板遮阳 挡板式遮阳是在窗前与窗面平行的遮阳，挡板式遮阳是在窗前与窗户有一定距离的垂直于窗户平行方向的构件，可以有效地从小仰角遮挡前窗阳光。挡板遮阳是水平遮阳和垂直遮阳的另一种构造形式，适用东西方向的阳光直射，特别对西晒能起到很好的遮阳隔热作用。造型类似于阳台包括梁的设置，但是造型同综合遮阳相似，比较特殊，难塑造，而且遮阳装置会阻挡很多视线和风，要注意造型和设计结合。3.5 卷帘百叶遮阳 卷帘百叶遮阳是指用于有效阻挡强光进入室内的卷帘，具有透光、透视和调节温度的功能。卷帘和百叶遮阳很常见，常用于室内窗口，也常用于外廊。材料多样，可以采用塑料、聚酯纤维、窗帘等材料，装饰性质上也可选择竹帘，各种可利用的垂挂遮挡材料，还可以根据不同需求和太阳光强度，选择开启和关闭百叶，降低热辐射。在降低空调能耗的同时，还可以避免产生的光污染，对我国的环保事业发展有很大的中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 190 帮助。3.6 中空玻璃内置百叶遮阳 内置百叶遮阳是把百叶装在中空玻璃中的一种遮阳形式，内置百叶遮阳不需要额外的空间，它是结合玻璃遮阳的同时达到很好的隔热节能的效果。百叶帘在玻璃中可以调整角度，作为玻璃窗的一部分根据需要实现全部透光、半透光或遮光的效果。可以合理控制阳关的热辐射和热对流，减少建筑能耗，而且可以改善室内光环境。由于安装了手动连接装置和引出线，中空玻璃中间的空气层很难与外界完全密封，中空玻璃中内置百叶也容易出现故障，影响其隔热性能和对冷凝的敏感性，后期维护也比较困难，维护成品较高。3.7 参数化模拟遮阳 参数化模拟遮阳是一种通过计算机模拟技术来设计遮阳的方式。这种设计应用参数化模拟软件，如EnergyPlus、Radiance 等，来模拟不同遮阳方案下的室内环境和能耗情况，根据不同的室内能耗图，通过网格参数化进行遮阳方案预设，通过常年的最佳遮阳效果方案来达到整体建筑的节能。作为一种环境设计策略，网格的参数化模拟遮阳越来越多地应用于建筑设计中，其立面元素可以根据周围环境的变化而改变，可调网格是常见的尺寸，可以很好应用到建筑中。4 遮阳设计在公共建筑设计中的应用 建筑遮阳属于建筑立面关键组成部分，建筑遮阳对建筑物立面影响很大，因此，建筑遮阳应结合立面整体效果，将建筑遮阳与美学艺术相融合，应用遮阳设计手法和设计原则，在提高建筑舒适度的同时充分考虑立面形象，使建筑立面设计更适用、经济、美观。在公共建筑设计时如何结合建筑遮阳？在本文主要会总结一些总设计原则，并针对不同遮阳形式在建筑上的不同应用。首先遮阳设计需遵循的一定的设计原则：韵律与层次；虚实对比；光影效果。建筑中的韵律与层次一般是相类似形式的元素有规律、有秩序重复出现而形成的，在公共建筑设计时，通过遮阳设计可以使建筑的结构一部分、遮阳构件、活动遮阳装饰等，形成立面比较、节奏等形式美的规律，从而达到功能性和美学上的统一。虚实对比指控制光学镜头的景深范围，使画面有虚有实，进而达到突现主体的目的。建筑中的虚实对比一般指形体凹凸的光影变化或门窗的排列组合而形成的，虚是指通透、轻盈的构成要素，如一般玻璃、通透的隔断、阴影等；实是指厚重、稳定的构成要素，如实墙、大体积构件等。通过遮阳构件作为实体与玻璃或洞口空间形成虚实对比，也可以通过遮阳构件装饰分割空间与大体积墙面形成虚实对比。光影效果的意思是阳光照射下形成的阴影，建筑中光影设计是利用遮阳设计通过光与影对建筑结构、意境的营造，构造出某种审美上的意境美。在公共建筑设计中研究遮阳，营造光影，将光影作为建筑的设计材料，巧妙地运用遮阳设计，可以达到不凡的光影效果。4.1 水平式遮阳 由于公共建筑功能性多样、公用性较强，人员使用密集，因此遮阳设计的最基本原则是要根据公共建筑的性质、使用功能来选择，设计要兼顾形象美观与节能要求。在建筑当中，阳台是必不可少的，它可以为人们提供遮阳，以减弱南向的强烈光线。结合建筑功能，适当应用阳台、外廊、水平板作为水平遮阳，设置在接近南向的窗口及北回归线以南地区的北向附近的窗口，可以很好达到遮阳节能的效果。同时也可以应用水平挡板或者水平装饰线条等，使得朝正面的阳光无法穿透，达到一定的遮阳节能效果。对于进行遮阳维护和老旧改造的公共建筑，根据建筑自身结构安全和改造成本问题，可以考虑利用建筑遮阳构件如轻质装饰线条做水平挡板等。4.2 垂直式遮阳 垂直遮阳主要做法是在窗口两侧设置遮阳结构或者装饰构件达到遮阳的形式，适用于东北、西北及北向附近的建筑窗口。结合公共建筑内部功能，在东北、西北及北向立面，做垂直挡板、垂直百叶或者内凹的竖向窄窗，既可以达到遮阳效果，同时也可以美化立面。还可以通过挡板和百叶应用不同颜色，与原有建筑立面形成对比，比如常用深灰色金属漆质感的固定挡板与窗框颜色保持一致再与大片白色墙面对比；或者木色百叶通过疏密错动布置，在原有墙面的背景下形成韵律美。4.3 综合式遮阳 建筑立面的美主要体现在造型美和意境美，方窗、下沉窗的套管在建筑立面中起到“虚”的作用，与墙本身的“实”形成鲜明对比。综合遮阳通常采用方格窗套或者内凹窗达到水平和垂直遮阳效果。综合遮阳中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 191 的形式适用于各个方向，不受方向限制，建筑的所有立面均可采用，所以应用得当，将其用于创造立面的建筑美感，不仅可以通过简单的重复创造出规则的节奏，也可以通过不规则的变化创造出丰富的立面，再应用玻璃的透明特性，使虚与实之间的对比和节奏，创造出良好的建筑立面。4.4 挡板式遮阳 挡板遮阳在建筑中最常见的一种就是外廊结构，包括它的水平廊和垂直向的梁结构，形成最常见的挡板遮阳。挡板遮阳主要遮挡东西方向的阳光直射，特别对西晒可以起到很好的作用，但是外廊等形式对外立面的塑造影响较大，并不适用于普通形式。所以另外的形式像穿孔铝板、装饰板等装饰装置就会适用环境更广，一般都会结合建筑的原结构或应用钢结构支撑来达到遮阳和装饰效果。穿孔板不同程度冲孔的设置，在建筑表皮的应用中会产生室内外、白天和夜晚不同的视觉效果。穿孔铝壳主要表现建筑的整体效果，可以很好地保持室内空间的私密性，同时形成一定程度的遮光。在板厚相同、孔径尺寸相同的前提下，穿孔铝板的穿孔率越低，遮阳效果越好，遮光效果越好。同样装饰板遮阳效果也是来自与挡板的整体遮阳，应用时要考虑整体立面效果。4.5 卷帘百叶遮阳 随着现代化发展，建筑设计水平和人们审美意识不断提高，玻璃幕墙在公共建筑中应用越来常见。大面积的玻璃对遮阳需求很大，遮阳设计与玻璃幕墙结合是现今多数公共建筑常用的技术手段。可调式外百叶窗是目前使用最广泛的大面积玻璃遮阳形式，根据不同季节的日照角度、日照时间和环境条件，可以手动或电动调节百叶窗的角度和位置来控制光线，使夏季的光线强光被外界遮挡，减少制冷能耗，冬季温暖的阳光可以照亮室内，减少供暖负荷。采用电动或者手动两种方式制作的软卷帘，具备良好的隔热、隔音、防水、防尘等功能，也特别适合大面积玻璃的室内环境。此外，它的纤维结构也十分优秀，特别是在高层的裙楼、多层次建筑物的玻璃幕墙及天窗上，它的纤维结构柔滑，可以给人们带来极佳的视觉享受，从而增强空间的装饰感。4.6 中空玻璃内置百叶遮阳 中空玻璃内置百叶遮阳通常采用手动拉绳或机械方法开启或关闭，依靠先进技术，将百叶帘整体固定在中空玻璃上，通过磁力控制中空玻璃上的百叶帘，可以轻松升降或旋转 180 度。该产品不仅节省空间使用，达到百叶窗的目的，而且还具有保温、防噪音的功能，同时给建筑和室内带来新的视野。由于采用双层钢化玻璃结构，具有较高的抗风能力和抗外界冲击能力，更适合高层及沿海建筑，该产品还可替代传统隔墙。中空玻璃内置百叶是将百叶安装在中空玻璃腔体内部的新产品，挡板玻璃的百叶角度可随意调节，使其成为全透明、半透明或遮光，与透光窗相得益彰。4.7 智能遮阳控制系统 目前，随着建筑信息智能化、大数据的快速发展，很多智能技术应用到建筑中，常见的公共建筑的智能遮阳系统是采用可调参数遮阳方式。这种方法目前应用于大中型写字楼，即建筑遮阳设计是根据当地气象数据，通过计算机模拟软件加载当地的一些气象参数如年平均温度、湿度和日照参数等，由计算机程序模拟办公楼外立面的辐射密度和变化，会在不同的热辐射区域通过不同的色块来区分，颜色较深的区域表示它们高度暴露在辐射热下。若是公共建筑中应用这项智能控制系统，工作人员能够按照颜色区分阳光辐射严重与否的地区，并结合实际去安装遮阳装置，解决建筑遮阳的问题。一般结合建筑幕墙、百叶、装饰装置等多样的遮阳设计来设计建筑立面，从而达到遮阳和美观的效果。5 结束语 纵观全文来看，在实际的设计工作当中，工作人员需要结合各个方向实际的情况进行分析，并根据公共建筑的特点与情况，还需要结合立面和造型效果进行遮阳的布置，尽可能降低阳光所带来的辐射，更好达到公共建筑的低碳节能。因此，建筑遮阳设计在公共建筑设计中，是从最开始设计时就应该纳入设计方案中，结合不同方向不同遮阳形式达到不同的节能效果，在建筑立面上有不同的美化作用。应用好遮阳设计，能在公共建筑中达到经济、节能和美观的多方面效果。参考文献 1陈敬,徐敏甄.遮阳设计在公共建筑中的应用 以我国 湿 热 地 区 为 例 J.室 内 设 计 与 装中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 192 修,2022(08):120-122.2姜宏利.绿色建筑设计理念在公共建筑设计中的应用分析J.未来城市设计与运营,2022(07):37-39.3王远.公共建筑遮阳设计及运用J.建筑设计管理,2015(4).4李娜.寒冷地区公共建筑遮阳设计研究D.西安:西安建筑科技大学,2019.5刘吉平,周传辉,罗黛,李峰,管小琴,罗瑞.遮阳在建筑节能中的价值探究J.建筑工程,2011(2).6盘海贤.夏热冬暖地区外窗遮阳一体化装置的开发与应用J.广东土木与建筑,2023(2):45.7李娜.寒冷地区公共建筑遮阳设计研究D.西安:西安建筑科技大学,2021.8郝睿敏.上海地区公共建筑外遮阳设计探析J.山西建筑,2012,38(8):2-5.9王海涛.基于节能模拟的高架车站建筑设计优化策略J.建筑节能,2018,46(8):41-44.10陶源.新环境下建筑立面设计中遮阳设计J.中国房地产业,2019(2):15.