浅析建筑遮阳节能技术及其发展新趋势

　　摘要:本文对现代建筑中遮阳设计从原理,意义,类型,材料等方面进行分析,并从造型、材料和工艺、功能、自动控制、人性化、生态型等方面探讨新一代建筑师对遮阳设施的运用技巧以及遮阳设施今后的发展趋势。
　　关键词:建筑遮阳，遮阳类型，节能，新趋势
　　
　　1前言
　　在能源危机和环境问题不断困扰现代人的生产和生活的今天，社会各界人士纷纷致力于不同角度和立场来解决这两个顽疾。建筑业作为能耗大户更应该积极地研究解决这些问题的途径和方法。
　　现代建筑中，从墙面到屋顶越来越多的采用玻璃，玻璃的通透性能使人们充分感受到自然景观、自然光线和自然空间，但它同时带来采暖和制冷上能耗提高的隐患，又是与生态建筑这一历史发展趋势相抵触的。
　　而传统的节能技术——建筑遮阳系统，其根本目的在于阻挡过多的阳光辐射进入室内,另一方面也防止阳光进入室内造成强烈的眩光,使室内环境照度均匀,为使用者提供宜人的视觉工作环境。建筑遮阳属于被动式节能措施,与众多技术复杂的被动式节能措施相比，建筑遮阳也许是最为立竿见影的有效方法（图1）。而合理有效的遮阳体系是节能和有效利用日光资源的理想途径。各种遮阳设施不仅为使用者提供了舒适宜人的空间环境,也将使用者对阳光的需求实实在在地反映了出来,不同使用者和不同需求的忠实反映使得建筑表面不断变化,富于动感,行行色色的遮阳设计让建筑空间的表情灵动起来。
　　
　　2建筑遮阳的原理和意义
　　来自太阳的热辐射作用主要从两个途径进入室内影响我们的热舒适，一是透过窗户进入室内并被室内表面所吸收，产生了加热的效果；二是被建筑的外围护结构的热传导逐渐进入室内，使建筑外墙，屋顶和门窗的隔热和蓄热作用在一定程度上稳定了室内的温度变化，但透过窗户进入室内的日照还是对室温有直接而重要的影响。根据法国Elrtricdefrance对玻璃幕墙加遮阳建筑的研究，对一座具有32%直接受光面的建筑物，从太阳所获得的热量，占其所吸收各种热量总和的28%左右。而采用遮阳装置对于缓解太阳负荷十分有效。简单的说，内遮阳系统可减少这种热负荷的50%左右，而外遮阳系统可减少这种热负荷的75%左右，足见建筑遮阳的有效性。
　　另一方面，竖向与横向结合的遮阳板既提高了建筑的遮阳效果，又可作为立面从实到虚的过渡部分，因此时下越来越多的建筑师习惯于将外遮阳系统作为一种活跃的立面元素加以利用，甚至称之为“双层立面形式”,一层是建筑物本身的立面，另一层则是动态的遮阳状态的立面形式。这种具有“动感”的建筑物形象不是因为建筑立面的时尚需要，而是现代技术解决人类对建筑节能和享受自然需求而产生的一种新的现代建筑形态。
　　
　　3建筑常规遮阳的方式和手法
　　建筑的许多部位，诸如侧窗，屋顶天窗，中庭玻璃顶都需要有适当的遮阳。遮阳的构件形式多种多样，不同部位的遮阳设计也是有针对性的，其中对于侧窗来说，利用人工构件来实现遮阳的方式有水平遮阳（图2），垂直遮阳(图3)和格栅式遮阳三种，对于屋顶天窗和玻璃顶来说，布幔和格栅（图4）能够充分发挥遮阳作用，除遮阳构件外，利用绿化，植被（图5）等自然因素也有相当理想的遮阳效果。
　　按照构件可控制的程度又可以分成固定式和可控式两种.所谓固定式遮阳（图6）,是指遮阳设施完成之后无法进行调节控制的遮阳设施.为了达到最佳的空间效果,这种遮阳设施的设计需要根据当地的太阳高度角,方位角及气流走向等情况进行精确计算,以确定遮阳设施的最佳形式,尺寸和位置.这类遮阳设施的特点是形式整齐,便于将其和建筑造型统一考虑。而其不利之处在于灵活性差,其设计计算只能基于一般规律,无法穷尽各种不同需求,也不能随着时间和需求的变化而变化。因而,有些固定遮阳设施在阴雨天和早晚时分反而会成为采光的障碍。一些设计不当的固定式遮阳还可能阻滞建筑表面的空气流动,影响建筑内部的自然通风效果。
　　而可控式遮阳（图7）目前被越来越多地应用,可控式遮阳由控制系统,遮阳体和导轨系统组成,通过特定技术手段对遮阳体进行控制。这些技术手段包括手动,电动或者由光电传感器自动控制,灵活性强,调节方便,而且折叠后不占空间。可控式遮阳的可贵之处在于其灵活性,用的时候根据需要调整伸缩程度,不用的时候卷起来或滑到一边,建筑空间又可以恢复通畅明亮的感觉。
　　
　　4建筑遮阳构件的材料
　　总体而言,遮阳构件的材料分成两种,即不透明材料和透明材料.不透明材料大多用于遮阳构架或遮阳百叶,材料有钢,木,铝合金等.由这些材料构成的遮阳设施通过调整各个部分的位置,角度和间距来控制室内的进光量以及透视程度,并从空间效果上控制室内外之间贯通或隔绝的空间效果.
　　有些遮阳体由不透明的钢丝、钢片组成钢丝网或者干脆由穿孔板组成,其效果却是半透明的,具有一定的透光和透视能力.还有一些遮阳体的材料为玻璃纤维或聚脂纤维,多用于遮阳用的帘或幕,其材料经过特殊处理后呈现半透明状,室内可以看到室外的景观,视线非常流畅.而室外看不到室内,又保持了良好的私密性,这种遮阳设计不仅提供遮阳,也提供了近乎完美的室内效果。
　　
　　5建筑遮阳设计的新趋势
　　如今，随着科技的发展，以生态技术为核心的新一代建筑师正在积极探索新的，更加高效的遮阳方式。建筑的遮阳板不再是我们印象中的那种简陋的混凝土板，而是充分体现了新材料，高技术的利用，充分挖掘出了多功能，可调控的遮阳构件。
　　5．1讲求造型的遮阳构件
　　外窗遮阳除了自身的节能技术之外，还需要与建筑整体的设计巧妙配合，在涉及不同朝向的遮阳时，考虑建筑在场所中不同立面效果与景观需要的因素，遮阳与其他构件相结合共同成为整个建筑系统的有机组成部分，它们覆盖整个或部分建筑，构成了建筑的外表皮（图8），从而具有很强的装饰效果。
　　5．2新型材料和工艺的遮阳构件
　　可以作为遮阳构件的材料相当丰富，不同的材料具有各自的物理特性，包括力学特性和热工性能，传统的木材和混凝土今日仍然在使用，只是加工工艺更加精细和现代化。我们熟悉的法国巴黎国家图书馆（图9），整个玻璃幕墙后面排列了厚重的木遮阳板，通过翻转来改变采光和遮阳效果。而织物由于其柔性特征，可以加工成小巧而造型别致的遮阳构件，德方斯巨门下则就采用了柔性张拉膜（图10）。[!--empirenews.page--]
　　此外，钢格网遮阳具有很高的结构强度，可以满足人员走动和上下通风的需要，可以被广泛应用在可通风的双层玻璃幕墙中，轻质的铝材可以加工成室外遮阳格栅，遮阳卷帘以及室内百叶窗，在生产工艺方面，高技术既使得批量生产让大规模的应用成为可能，又确保了金属构件的精确和精密。而采用高性能的隔热和热反射玻璃制成的玻璃遮阳板，以及结合光电光热转换的遮阳板，则使得遮阳材料和技术更上一层楼。弗莱堡沃邦生态村的屋顶（图11）和弗莱堡太阳能电池厂（图12）中庭侧面,都布满了太阳能板,既接受太阳光转换成电力,又能够遮阳,弗莱堡的旋转别墅（图13）还将光电与光热转换综合起来加以运用。
　　5．3多功能的遮阳构件
　　遮阳技术发展至今，伴随着观念转变和技术进步，遮阳构件兼做其他用途越来越普遍。双层玻璃幕墙在技术方面日趋成熟，特别是在改善和提高玻璃幕墙的隔热性能及节省能源消耗等方面具有很大的突破。遮阳设施被放在幕墙的中间热通道，防风和抗腐蚀的效果更好，而在吸收来自太阳光的热和释放幕墙空间内的热方面也起着很重要的作用。
　　与太阳能光电和光热转换板结合的遮阳板也是一种多功能的遮阳构件，它不仅避免了遮阳构件自身可能存在的吸热导致生温和热传递问题，而且巧妙地将吸收的能量转化成对建筑有用的资源加以利用，这也是建筑构件复合多功能发展的方向。
　　德国国会大厦的穹顶（图14）将顶部遮阳与自然通风完美结合,使得柔和的漫反射光线可以一直延伸到最底层的议会大厅,议会大厅内的热空气则可以通过反光板围和成的倒锥体排出。
　　5.4自动控制的遮阳构件
　　对于遮阳构件来说,简单的手工调节在今天仍然有效,但对于一些大面积的幕墙和高层建筑来说,则需要自动调节设施,特别是高层建筑的遮阳构件,无论是在尺寸还是在调节操控方面,都提出了更高的要求.因此对于遮阳调节的自动化程度提高了。
　　当代的建筑师努力将现代自动控制技术用于建筑遮阳设计,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,德国国会大厦穹顶中可自动追踪太阳运行轨迹并做相应运动的遮阳扇都集中了自动控制技术与工艺的精华。以努维尔的阿拉伯世界研究中心为例,它的像光圈一样调节的采光遮阳窗（图15）,使用了最前卫的技术和构造技巧,在每个单元格上,控制调节的电子线路板清晰可见,其遮阳板充分体现出艺术和技术的完美结合,极富现代感的金属材质,纤细,精巧的金属节点,一种使用反射,折射和逆光效果的敏锐装置创造采光和遮阳的奇迹,成为阿拉伯世界研究中心最富感染力的标志。
　　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是必不可少的。波茨坦能源中心中庭采用可调节帘幕遮阳,一天之中的能源中心,随着时间的变化,随着帘幕的开闭,阳光和班驳的阴影共同形成了特有的环境氛围和语汇,在阳光和阴影之间,建筑遮阳成为中庭必不可少的要素,而在同一建筑另一侧的双层玻璃幕墙（图16）上的空气夹层中，安装了由遥控操作的活动式水平遮阳百叶窗帘,利用空气夹层内自然产生的气流,达到其透过百叶窗帘驱散热气的效果。同时由于双层玻璃幕墙采用通透的玻璃组合而成，用户可根据阳光的强弱程度,自行调节水平百叶窗帘的角度,夏季可以将阳光反射回室外,冬季将阳光反射至室内,从而可以有效地调节和控制室内光线和减少吸热量,以适应不同季节的天气。
　　5.5人性化的遮阳构件
　　如今,建筑遮阳构件的动人魅力是与其轻盈,精致,细腻的细部节点密不可分的,无论何种材料和构造组合成的遮阳构件单元,都一方面具有完善的遮阳功能,另一方面具有令人赏心悦目的心理功能,融入了众多相对独立而又彼此相关的细部,人性化的遮阳构件透过细部设计充分展现材料特征,展现材料美,技术美,改变了人们对于”工业时代”机械美学冷冰冰,缺乏人性化尺度的看法。
　　5.6生态型的遮阳构件
　　建筑遮阳由于有利于节省能源,降低能耗,符合建筑设计日益趋向生态人性化的发展趋向而具有极强的生命力,马来西亚的杨经文先生就致力于生物气候学的设计方法论,将设计目标定于满足人的舒适,精神需求及降低建筑能耗上面,具体的手法之一就是采用在屋顶上或墙面上设置固定的遮阳格片（图17）,并根据太阳各季节的运行轨迹,将格片做成不同的角度,以控制不同季节和时间阳光进入的多少,创造室内通风条件等,既可节省运转能耗的40%,又创造了独特的建筑个性——具有生态合理性的艺术个性。
　　
　　6结论
　　建筑遮阳设施的良好设计不仅能为人们提供舒适宜人的建筑空间环境,也节约了大量的能源,符合当今世界可持续发展的要求,体现着建筑的发展趋势.如今已经发展成为建筑功能与艺术和技术的结合体,是现代高技术和精致美学的完美体现,给建筑师的设计拓展了新的天地。
　　我想在遮阳设计中以下两个方面是应该注意的:一是遮阳设计应与通风设计统一考虑,遮阳设施由于距离建筑外表面很近,或附着在建筑外立面上,因而对于建筑表面气流有一定的影响,进而会影响建筑空间自然通风的效果。而像国外多采用隔栅、百叶或是金属穿孔板等材料,既可以起到遮阳作用,又不影响通风效果。二是我国空气质量相对较差,空气污染比较严重,空气含尘量较大,因此对于遮阳设施的设计、选型和材料都有着较高的要求。首先,遮阳设施要求易清洁,不留清洁死角.其次,在选材上要求材料有较强的耐候性,表面光洁,少粘灰,易清洁,耐腐蚀。否则,空气条件将成为遮阳设施被广泛应用的一大障碍。
　　总之,良好的建筑遮阳设计既可以节约能源,又可创造独特的建筑个性,既符合建筑设计发展趋向,又具备技术上的发展空间.由于其特殊的“魅力”,必将不断影响我们的生活。
　　
　　参考文献
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　　2刘念雄,欧洲新建筑的遮阳,世界建筑,2002.12p48-53
　　3卢求,欧洲智能办公建筑与智能玻璃幕墙,世界建筑,2004.5p48-53
　　4谢浩,刘晓帆,高层建筑中遮阳与艺术相结合的探讨,建筑知识,2002.2p17-18

《浅析建筑遮阳节能技术及其发展新趋势》

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