上海外遮阳技术在节能建筑中的应用研究

上海地区属夏热冬冷地区，冬季寒冷、夏季湿热的气候特点决定了推进住宅建筑节能必须兼顾冬、夏两个方面。而其中外窗的作用十分重要。以上海地区的一典型多层节能住宅为例，采用了《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93）中的建筑能耗静态计算方法，计算分析窗户在整个采暖空调能耗中所占的比例，结果见图1、图2（其中窗户（温差）仅代表由于室内外温差造成的能耗，窗户的能耗还应包括部分空气渗透和太阳辐射的能耗）。 从上面的计算结果中可以看出，不同季节外窗在整个建筑能耗中所占的比例大小有所差异，这主要体现在外窗的传热方式上，冬季外窗以温差传热和空气渗透为主，而夏季以太阳辐射得热为主，从总体而言，外窗的热损失比其他建筑构件更为可观，节能潜力也更为巨大。尤其在夏季，由太阳辐射造成的窗户热损失，是造成室内负荷剧增和热环境恶化的主要原因（见图2），而在上海地区，降低夏季外窗太阳辐射得热最为有效的方式就是采用遮阳措施。 遮阳技术 常用的窗户遮阳措施主要包括内遮阳，玻璃及透明材料的本体遮阳和外遮阳等几种形式，其中外遮阳又有固定和活动之分。衡量窗户遮阳效果的好坏，主要采用遮阳系数的概念，同时还有保证一定的窗户玻璃的可见光透过率，以满足窗户采光的基本要求。 1. 遮阳技术相关定义 内遮阳――各种内设窗帘是内遮阳，其优点是安装方便安全，缺点是隔热效率不高，因为热量已进入房间。采用各种热反射膜（如铝膜）的窗帘，其隔热效果还是很好的。 本体遮阳――指通过玻璃着色涂膜或贴膜，降低材料的遮阳系数，达到遮阳目的。 外遮阳――指采用各种窗外遮挡物遮挡太阳能。 遮阳系数――窗户获得的太阳能与玻璃窗在透明、无遮蔽及其他情况相同时的得热（太阳能）量之比率，是表征窗户系统控制太阳能的指标。 可以用公式（1）表示： Sc=g/G 公式（1） 上式中，Sc―试件的遮阳系数； g―试件的太阳能总透射比%； G―3mm厚普通透明白玻的太阳能总透射比，其理论值取88.9%。 可见光透过率――被玻璃表面反射的可见光量与射在玻璃表面上的总可见光的比率。 太阳能透过率――在太阳光波长全部范围内，透过玻璃的太阳能量与射在玻璃表面上的总太阳能的比率。 太阳能反射率――在太阳光波长全部范围内，被玻璃表面向室外反射的太阳能与射在玻璃表面上的总太阳能的比率。 太阳能吸收率――在太阳光波长全部范围内，被玻璃吸收的太阳能与射在玻璃表面上的总太阳能的比率。 紫外线透射率――透过玻璃的太阳紫外线与射在玻璃系统上总太阳紫外线的比率。紫外线是太阳光中导致纺织物及家具褪色、变质的主要因素。 综合遮阳系数――指的是把窗框、遮阳装置（各种遮阳，外遮阳、玻璃中间遮阳等）的遮挡太阳能的作用都计入的遮阳系数。 2. 内遮阳 由上面的遮阳的定义可以看出，降低玻璃和窗户的遮阳系数能够降低透过窗户进入室内的太阳辐射得热，达到节能和改善室内热舒适性的目的。在各种遮阳方式中，窗内遮阳最方便。室外的活动式遮阳设施由于易受风雨损坏、安装和维修较困难等缺点，所以，一般情况下，最方便和最经济有效的方法是采用室内悬挂浅色窗帘，可隔离40％左右的太阳辐射热。下表给出了几种隔热窗帘的遮阳系数。 3. 外遮阳 对外遮阳而言，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。尽管内遮阳同样可以反射掉部分阳光，但吸收和透过的部分均变成了室内的冷负荷，只是对得热的峰值有所延迟和衰减。但外遮阳的使用往往不只是使用者个体的行为，因为建筑立面会不可避免地为之改观。对于上海地区，气候属于夏热冬冷分区，建筑节能要兼顾夏季空调和冬季采暖，一般的固定式外遮阳设施，在夏季可以使外窗的太阳得热显著降低，减少空调能耗，但在冬季，也减少了透过窗户进入室内的太阳辐射热，增加了采暖能耗，所以在条件允许的条件下，应优先采用活动式的外遮阳设施。一般从构成上，外遮阳有水平式、垂直式、综合式和挡板式几种类型；从材料上，可以分为透光和不透光两种。不同的外窗朝向也应该采用不同的外遮阳形式，一般而言，南向外窗由于一年中有较长时间的日照，需要遮阳的时间也较长，所以可以考虑设置永久性的固定遮阳板，而东、西向外窗多采用活动式的遮阳板，以便随着阳光照射的情况加以调节。此外，还可结合建筑本身构件特点，使其产生遮阳效果，如通过加宽挑檐、外走廊、凹凸阳台的设计等。对底层建筑来说，利用绿化也可作为一种有效而经济的遮阳方式。几种常用的外遮阳示意图，如图3 所示。 4. 本体遮阳 外窗采用遮阳技术，更多是直接利用窗户的本体遮阳效果，比如采用吸热、