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探讨建筑构建采光通风和遮阳的设计

增城市城市规划设计室511300
【摘要】本文结合笔者对建筑通风、采光、遮阳技术的研究，给大家介绍几种行之有效的采光、通风、遮阳方式和部品应用，根据建筑需求选择合适的节能手段，让自然采光、通风、遮阳效果和建筑造型完美结合，为社会设计出更多低碳、节能、美观的建筑。
【关键词】建筑构件；采光；通风；遮阳
前言
采光通风和遮阳设计是建筑设计中重要的两个设计因素。在夏季建筑总能耗中，空调能耗占50%，照明能耗占30%，办公与其他能耗占20%。可见要实现建筑节能，注重科学合理地应用自然通风、采光和遮阳技术的空间和社会价值巨大。建筑的许多部位，诸如屋顶、墙体、侧窗、屋顶天窗、中庭玻璃顶都是建筑维护构件，如果我们能在这些构件上动脑筋，尽量让它们起到通风采光和遮阳作用，而不是一味想着在它们身上添加什么附加物件来实现节能降耗，岂不是有事半功倍的作用！要实现这些只不过需要我们更细心的设计，更认真地选择建筑构件部品而已，我们的设计投入和建筑部品投资增量相比于其节约的运营能耗是非常微不足道的！
建筑构件与通风、采光和遮阳的有机整合被统称为被动式太阳能应用技术，在欧洲国家普遍被看好。法国的研究人员估计，这种技术每年可为法国南部地区节约高达45%能源需求在世界被动太阳能技术应用方面，欧洲处于领先地位，目前在我国建筑节能部品市场被动太阳能技术应用方面比较优秀的也是丹麦的威卢克斯和德国的汉斯诺克等几个知名品牌。
被动式太阳能应用技术设计方法很多，主要集中在建筑的通风采光和遮阳方面，目的都是为了节约常规能源而充分利用太阳能资源。
1建筑采光构件与通风和遮阳的有机整合
生活中我们常常看到，许多人买了房子都会把南向阳台用大片的玻璃窗封闭起来，这样可以增大住宅使用面积，冬天还能获取充足的太阳辐射，但是在夏天强烈阳光的照射下，这个部位的局部温室效应就是室内主要耗能来源。
很多地方为了解决夏季能耗问题，开始强调建筑设计的窗地比，希望用建筑设计的强制性规范实现能耗控制。我的观点：规范可以对作图统一标准等方面作强制性规定至于设计的方式最好作建议性规定，否则，随着建筑技术的发展，很快就会带来规范的滞后，并限制建筑师的设计思路。
怎样依靠建筑自身在夏季对太阳辐射进行疏导更重要，需要设计师和部品供应商共同合作解决。
目前最可行方式是设计合理的建筑采光构件形式，选用能有效阻止太阳辐射热进入并且具有微风通风功能的采光构件部品，配置有效的遮阳设施。三管齐下，可以对夏季太阳辐射进行有效疏导。下文主要分析以下三个方面：
2设计合理的建筑采光构件形式
建筑采光构件就是各种形式的窗户。现在为了节地，很多建筑都是大进深的，造成许多暗房间，如衣帽间、卫生间走廊、车库等，靠人工照明解决，增加了照明能耗。如果设计合理的采光构件形式，比如说采光管道系统，能降低照明能耗。
管道采光系统照明的特点：管道由高反光的铝合金材质制成，引入自然光进行照明，节约能源；玻璃有自清洁功能；也可加装额外照明设备，以补充光源；可加装通风设备。作为辅助空间照明非常有效。
3选用能有效阻止太阳辐射热进入并且具有微风通风功能的采光部品
影响窗户隔热性能的因素主要有：1）玻璃的厚度及品种；2）玻璃内表面的辐射率；3）玻璃边部密封材料的形式及品种；4）型材的断面设计及腔体结构；5）窗户的分隔设计；6）窗户玻璃与窗框的接触部位周长的大小。
图3威卢克斯节能窗的微量通风撞锁结构和顶部通风口、通风过滤换气装置
具备自然通风功能的蝶形撞锁在锁定的状态下仍可进行微量通风，既可保证持续通风又保持窗户的锁闭，能保证窗户及居室的安全，又能够使新鲜的空气进入室内。
保温与密闭隔热：
窗框及窗扇安装两道密封条，严格的工艺制造，是保温及密封性能达标和保障窗户寿命的可靠保障。
根据长期的使用观察数据，木质窗的使用寿命和用户感觉都优于金属窗。目前欧洲几大窗品牌都是采用现代轻型木结构木质窗框，如威卢克斯节能窗，在木材的层压和指接过程中都进行了特殊的复合层压工艺处理，以保证稳定的抗变形性。
4设计有效的遮阳设施减少建筑所接受的阳光辐射
窗户是建筑最重要的采光构件，窗的节能设计是建筑设计中的一个重点。由于玻璃的传热系数远远高于墙体的传热系数，所以尽管窗在外维护表面中占的比例不如墙面、屋顶大，但通过窗损失的采暖制冷能耗可能接近甚至超过墙体和屋顶，从太阳能利用角度来说，窗户也可以利用温室效应实现被动式采暖、被动式降温的双重效果。在不同季节或不同季节的不同时辰，人们对阳光的需求不尽相同，甚至完全相反。冬季尽量争取多的太阳辐射而在夏季则要防止太阳热进入室内，无论多么先进的玻璃都难以同时兼顾上述要求。所以选择节能性良好的窗户尺寸和形状，建立可调节的遮阳窗系统就成为节能必须。
4.1玻璃镀膜遮阳
玻璃镀膜可以用在建筑窗户上来改变远红外线与可见光的数量和减少紫外线的透射，利用玻璃镀膜进行遮阳可以不涉及建筑外形，对于某些无需为遮阳做额外的立面设计是有利的，常见的镀膜玻璃有热反射玻璃和低辐射ＬＯＷ－Ｅ（ｌｏｗ－ｅｍｉｔｔａｎｃｅ）。
4.2内遮阳
内遮阳因其安装、使用、维修都非常方便，无论是自己挑选加工的布帘还是由生产商提供的遮阳成品，如百叶窗、卷帘、垂直帘、风琴帘等等，用户可以选择的式样很多，而浅色的窗帘比深色的遮阳效果好些，因为浅色反射的热量更多，吸收的少。但是内遮阳的隔热效果远不如外遮阳，内遮阳反射了部分阳光、吸收部分阳光、透过部分阳光，吸收和透过的部分均变成了室内热负荷，只是对热的峰值有所延迟和衰减，而外遮阳只有透过的那部分阳光会直接达到窗玻璃外表面并有部分可能形成冷负荷。比较如图4.
图4.内外遮阳效果比较
内遮阳产品举例
生活中我们常常看到，许多人买了房子都会把南向阳台用大片的玻璃窗封闭起来，这样可以增大住宅使用面积，冬天还能获取充足的太阳辐射，但是在夏天强烈阳光的照射下，这个部位的局部温室效应就是室内主要耗能来源。
很多地方为了解决夏季能耗问题，开始强调建筑设计的窗地比，希望用建筑设计的强制性规范实现能耗控制。我的观点：规范可以对作图统一标准等方面作强制性规定至于设计的方式最好作建议性规定，否则，随着建筑技术的发展，很快就会带来规范的滞后，并限制建筑师的设计思路。
4.3外遮阳设计
外遮阳的使用不是使用者个人的事情，需要建筑师结合立面造型进行整体设计，其设计方式方法多种多样。本节我们想说的是建筑构件的外遮阳设计。
传统的建筑构件遮阳种类有很多，这里仅讲可调节角度和智能化遮阳构件2种。
可调节角度的遮阳构件：
可调节外百叶系统作为一种可调节百叶外遮阳保温系统，完全能起到夏季阻挡太阳辐射热，冬季提高保温性能的作用，且不会遮挡视线，具有其它活动遮阳方式不可替代的优点。是适应夏热冬冷、夏热冬暖地区气候的采光窗设计手法。在夏天，一方面，外遮阳阻止了大部分辐射热进入室内，使室内温度在正午可以比无遮阳方式降低5度以上，大大降低了室内制冷能耗。另一方面，它使室内形成较均匀分布的温度场，更有利于满足人对舒适度的要求。试验证明，使用相同的材料，百叶开启要优于百叶关闭，在相同的外遮阳的形式下，浅色百叶要优于深色百叶，百叶的材料对室内影响不大，建筑师可以根据实际情况选用不同材质的百叶。百叶外遮阳形式利用可调节百叶在它和窗之间形成一个相对封闭的空气间层，作为温度缓冲层是影响这个系统效率的关键。
窗外设置可整体折叠收起的活动式遮阳板水平折叠向上折叠或者顶部收纳式，折叠也有较好的气候适应性，有利于减少建筑冬、夏季节的能耗并丰富立面造型。
窗外设置可滑动的整体遮阳，在夏季整体遮阳板滑动到玻璃上方，以阻挡太阳的直接辐射。在冬季则滑开，使太阳辐射能透过玻璃射入室内改善室内的光热环境。
在可调节外遮阳方面，目前市场上比较好的产品是威卢克斯节能窗的遮阳配件系列，它可以根据用户需求做多种选择或者预留安装。
图5：威卢克斯节能窗的遮阳配件系列
?外卷帘可自动控制的遮阳构件：
以智能技术为手段的新材料、高技术的利用，使新一代建筑师正在积极探索新的更加高效的遮阳方式，同时也致力于寻求新的工艺和造型，产生相当程度的艺术震撼力。高技术的建筑遮阳构件主要可以分为：可调节的遮阳构件和自动控制的遮阳构件。由于一年中的不同季节、一日中的不同时间以及天空中的云量的瞬息变化，针对不同状况调整遮阳构件的遮阳效果是必不可少的。
在2003年完成的德国建筑工业养老金基金会办公楼，成为该类型遮阳设计的典范。在这座办公楼的设计中，片状金属板在立面上的应用是该设计方案的一个特征，在北面，这些金属板可以将顶光反射到房间的内部，而在南立面，ＴＨ设计了一个近似于北立面的镰刀形的调节装置，正是这个精致的可调节构件为建筑表皮的设计增色不少，可以在天空阴暗的时候将顶光反向射到楼地板的位置上，而当阳光照射时，构件则转到垂直方向的遮阳板的位置上，在正立面的顶部，向内绕轴旋转，可使光线转向的构件提供最大角度的遮阳；而在中段，必要的直射阳光经反射进入房间内，建筑表皮也因为这个构件的可控制调节性而随之改变，产生丰富的表情。（见图6）
图6：德国建筑工业养老金基金会办公楼外立面
总之，要实现这些只不过需要我们更细心的设计，更认真地选择建筑构件部品，努力吸收新的科技成果，将现代新技术新产品用于建筑采光、通风和遮阳设计，在满足功能需要的同时更是营造出一种美妙的光影效果和气氛。
参考文献：
[1]赵齐，金鑫.现代建筑遮阳设计探讨[J].工程建设与设计.2013（11）
[2]孙小燕.谈建筑设计中的采光和日照及通风问题[J].山西建筑.2010（12）
[3]朱婵云.建筑的天然采光与遮阳设计[J].广东建材.2007（01）

-全文完-