遮阳设计与采光设计之关系

西 安 建 大 科 技 / 总 第 60 期 /2005 第 2 期 科 研 论 文 建 筑 的 天 然 采 光 与 遮 阳 设 计 * 杜 峰 刘 辉 ( 西 安 建 筑 科 技 大 学 建 筑 学 院, 陕 西 西 安,710055) 摘 要 : 建 筑 遮 阳 与 天 然 采 光 是 建 筑 中 既 相 互 矛 盾 又 相 互 联 系 的 两 个 方 面 本 文 通 过 对 可 以 改 善 室 内 气 候 的 阳 光 的 利 弊 进 行 分 析, 阐 述 了 遮 阳 的 必 要 性, 又 结 合 太 阳 可 利 用 光 的 形 式 及 其 冬 夏 季 运 行 曲 线, 对 遮 阳 设 计 与 采 光 设 计 分 别 论 述, 最 终 将 采 光 设 计 与 遮 阳 设 计 的 关 系 归 结 为 遮 阳 板 的 最 佳 形 式 最 佳 尺 寸 的 选 择 关 键 词 : 遮 阳 天 然 采 光 遮 阳 板 太 阳 高 度 角 1. 阳 光 的 利 弊 太 阳 影 响 着 地 区 气 候 城 市 气 候 与 室 内 小 气 候 建 筑 物 室 内 的 日 照 时 间 包 括 阳 光 通 过 窗 口 进 入 室 内 的 期 间, 日 照 时 间 从 阳 光 直 接 经 窗 台 进 入 室 内 之 时 算 起 阳 光 照 射 的 最 短 期 限 取 决 于 阳 光 照 射 的 角 度 ( 与 时 刻 季 节 纬 度 有 关 ), 也 取 决 于 人 们 对 阳 光 的 吸 收 能 力, 可 以 从 三 十 分 钟 到 o 两 个 小 时 入 射 角 小 于 10 的 阳 光 不 计 在 内, 因 为 它 们 大 部 分 在 通 过 大 气 层 时 消 散 了 适 量 的 阳 光 使 我 们 感 到 很 舒 适, 而 且 阳 光 具 有 杀 菌 作 用, 但 是 室 内 过 多 的 太 阳 光 又 有 很 多 负 面 效 应 当 阳 光 长 时 间 直 射 同 一 位 置 时, 会 对 室 内 家 具 的 选 用 和 位 置 产 生 限 制, 并 可 以 导 致 室 内 装 饰 品 褪 色 ; 阳 光 会 带 入 太 多 的 热 量, 增 加 了 夏 季 空 调 和 通 风 的 能 耗 ; 而 且 当 阳 光 是 高 亮 度 直 射 的 时 候, 会 产 生 直 射 眩 光 或 是 VTD 反 射 眩 光 ( 太 阳 光 照 射 在 室 内 的 屏 幕 上 反 射 的 眩 光 ), 从 而 导 致 室 内 光 环 境 质 量 降 低 * 作 者 简 介 : 杜 峰 (1980-), 男, 山 东 滨 州 人, 福 建 工 程 学 院 建 筑 与 规 划 系, 主 要 从 事 建 筑 节 能 及 构 造 技 术 研 究 1

2. 遮 阳 的 必 要 性 人 体 在 阳 光 的 直 射 照 射 下, 更 会 感 到 炎 热 天 然 采 光 作 为 一 种 建 筑 设 计 手 段, 可 难 受 甚 至 影 响 正 常 工 作 以 表 示 出 建 筑 的 方 位 形 式 比 例 与 室 内 当 室 外 气 温 达 到 29 太 阳 辐 射 强 空 间 特 征, 它 可 以 使 室 内 空 间 开 朗 无 单 度 大 于 279W/m2 阳 光 照 射 室 内 时 间 超 过 调 呆 板 感 以 及 室 内 明 暗 分 明 建 筑 物 无 窗 1 小 时 阳 光 照 射 室 内 深 度 达 0.5 米 等 情 使 人 会 有 一 种 憋 闷 或 是 与 外 界 隔 绝 的 感 况 下, 可 以 考 虑 采 取 遮 阳 措 施 遮 阳 就 是 觉, 所 以 在 我 们 现 代 的 建 筑 物, 尤 其 是 大 为 了 防 止 过 多 的 直 射 阳 光 直 接 照 射 房 间 的 型 办 公 建 筑 中, 为 了 最 大 程 度 的 利 用 阳 光 来 改 善 室 内 环 境, 往 往 会 使 用 大 面 积 的 窗 一 种 构 件 3. 天 然 采 光 设 计 子 甚 至 是 玻 璃 幕 墙 日 光 具 有 可 预 见 的 日 变 化 和 季 节 变 大 面 积 的 窗 子 或 是 玻 璃 幕 墙 在 夏 季 化, 还 有 源 于 云 量 空 气 污 染 和 其 他 气 候 都 会 吸 收 过 量 的 太 阳 直 射 热 量, 而 在 冬 季 变 化 等 不 可 预 见 的 形 式 最 好 的 天 然 采 光 又 会 散 失 大 量 的 热 量 太 阳 在 天 空 中 的 位 设 计 是 尽 可 能 使 自 然 光 进 入 房 间 利 用 天 置 是 因 时 因 地 时 刻 都 在 变 化 着 的 夏 季, 然 光 采 光, 首 先 要 考 虑 当 地 光 气 候 数 据 ; 为 了 防 止 室 内 过 热, 多 数 建 筑 都 需 要 避 免 其 次 要 考 虑 大 气 层 混 浊 度 ( 水 蒸 气 和 微 粒 过 量 的 直 射 阳 光 进 入 室 内, 因 为 过 多 的 照 的 含 量 ) 和 云 量 的 情 况 对 于 建 筑 物 来 说, 射 比 日 照 不 足 更 为 有 害 当 室 温 较 高 时, 可 利 用 的 天 然 光 一 般 由 两 部 分 组 成 : 由 天 2

空 漫 反 射 光 组 成 的 太 阳 直 射 光 (SC) 和 由 射 光 (ERC) 组 成 ( 如 图 1 图 2 所 示 ) 地 面 或 建 筑 物 室 外 表 面 反 射 组 成 的 室 外 反 天 空 光 地 面 反 射 光 水 平 面 地 面 反 射 光 进 入 室 内 高 反 射 顶 棚 照 度 曲 线 低 反 射 地 面 图 1: 晴 天, 无 云 天 ( 云 覆 盖 量 小 于 30%) 天 空 光 地 面 反 射 光 照 度 曲 线 水 平 面 图 2: 全 云 天 ( 云 覆 盖 量 为 100%, 没 有 太 阳 ) 外 围 护 结 构 上 的 洞 口 是 建 筑 物 天 然 和 地 面 反 射 光 采 光 的 直 接 通 道 根 据 天 然 光 的 组 成, 我 如 果 不 采 用 辐 射 阳 光 或 眩 光 控 制 装 置, 们 可 以 知 道, 在 建 筑 物 的 天 然 采 光 设 计 中, 玻 璃 窗 的 透 光 系 数 就 决 定 了 室 内 的 天 然 采 要 充 分 利 用 通 过 门 窗 洞 口 的 天 空 直 射 光 光 效 果 3

表 1 给 出 了 窗 玻 璃 的 透 光 系 数 表 1: 窗 玻 璃 的 透 光 系 数 材 料 名 称 颜 色 厚 度 (mm) 透 光 系 数 (τ ) 普 通 玻 璃 无 3~6 0.78~0.82 钢 化 玻 璃 无 5~6 0.78 双 层 隔 热 玻 璃 ( 空 气 层 5mm) 无 3+5+3 0.64 吸 热 玻 璃 蓝 色 3~5 0.52~0.64 有 机 玻 璃 无 2~6 0.85 中 空 玻 璃 无 3+3 0.81 4. 遮 阳 设 计 阳 相 对 运 动 的 规 律, 是 做 好 天 然 采 光 与 遮 从 天 然 采 光 的 观 点 来 看, 透 过 门 窗 洞 阳 的 基 础 太 阳 在 天 空 中 的 位 置 是 因 时 口 的 天 然 光 越 多 越 好, 但 是 过 多 的 阳 光 会 因 地 时 刻 都 在 变 化 着 的, 遮 阳 设 计 与 太 阳 产 生 很 多 负 面 影 响, 这 就 要 求 我 们 考 虑 建 高 度 角 和 太 阳 方 位 角 都 有 关 系 筑 物 的 遮 阳 遮 阳 的 目 的 在 于 防 止 过 多 的 4.1 内 遮 阳 直 射 阳 光 直 接 照 射 房 间 遮 阳 设 施 一 方 面 内 遮 阳 主 要 是 指 在 建 筑 物 内 部 运 用 遮 可 阻 挡 直 射 阳 光, 防 止 眩 光, 有 助 于 视 觉 阳 成 品 如 百 叶 帘 卷 帘 垂 直 帘 风 琴 帘 的 正 常 工 作 ; 但 是 另 一 方 面, 遮 阳 又 有 挡 等 来 达 到 遮 阳 目 的 的 遮 阳 方 式 需 要 天 然 光 作 用, 从 而 降 低 室 内 照 度, 尤 其 是 在 阴 采 光 时 将 遮 阳 成 品 拉 至 两 侧, 反 之 则 用 其 天 更 为 不 利 根 据 测 定, 遮 阳 设 施 一 般 使 遮 挡 整 面 窗 户 内 遮 阳 对 于 协 调 天 然 采 光 室 内 照 度 降 低 约 53%~73% 正 确 掌 握 太 和 建 筑 物 遮 阳 相 对 容 易, 是 一 种 方 便 快 捷 4

的 遮 阳 方 式 高 的 常 青 植 物 相 结 合 的 绿 化 遮 阳 及 建 筑 构 单 纯 从 遮 阳 的 角 度 考 虑, 内 遮 阳 隔 热 件 遮 阳, 在 这 些 措 施 不 能 满 足 遮 阳 要 求 时, 效 果 相 对 较 差, 其 遮 阳 设 施 会 在 反 射 部 分 才 宜 采 取 专 设 的 窗 户 遮 阳 阳 光, 吸 收 部 分 阳 光 的 同 时 透 过 部 分 阳 光 对 于 专 设 的 窗 户 遮 阳, 确 定 出 窗 子 与 内 遮 阳 在 使 用 上 还 有 一 定 的 局 限 性, 一 般 遮 阳 板 的 最 佳 遮 阳 形 式 与 尺 寸 是 非 常 重 要 不 用 于 办 公 建 筑 尤 其 是 大 型 办 公 建 筑, 而 的 遮 阳 板 用 于 窗 子, 降 低 了 天 空 眩 光 并 多 用 于 居 住 建 筑 的 遮 阳 使 反 射 天 空 光 和 阳 光 进 入 室 内, 控 制 了 直 4.2 外 遮 阳 射 阳 光, 提 高 了 天 然 光 的 照 射 深 度 并 减 少 外 遮 阳 的 措 施 很 多, 可 以 采 取 绿 化 遮 了 天 空 眩 光 阳 ; 也 可 以 采 取 结 合 建 筑 构 件 处 理 的 遮 阳 ; 遮 阳 板 的 最 佳 形 式 与 尺 寸 应 根 据 地 区 当 然 最 主 要 的 还 是 采 用 专 门 设 置 的 遮 阳 气 候 特 点 太 阳 高 度 角 纬 度 遮 阳 的 日 在 满 足 采 光 设 计 的 前 提 下, 对 建 筑 物 期 时 间 以 及 朝 向 不 同 来 考 虑 我 们 首 先 进 行 遮 阳 设 计 应 考 虑 在 平 面 布 置 和 立 面 处 应 该 从 掌 握 太 阳 在 冬 季 与 夏 季 的 运 行 轨 道 理 上 减 少 炎 热 季 节 里 照 射 到 房 间 内 的 直 射 着 手, 对 不 同 季 节 的 遮 阳 形 式 与 尺 寸 进 行 阳 光, 首 先 应 充 分 利 用 高 大 季 青 植 物 与 不 分 析 ( 图 3) 5

西 安 建 大 科 技 / 总 第 60 期 /2005 第 2 期 北 夏 季 运 行 曲 线 冬 季 运 行 曲 线 图 3: 太 阳 的 冬 夏 季 运 行 曲 线 (1) 遮 阳 板 的 最 佳 形 式 外 遮 阳 最 基 本 的 形 式 有 四 种 : 水 平 式 垂 直 式 综 合 式 和 挡 板 式 综 合 考 虑 太 阳 高 度 角 地 区 纬 度 建 两 侧 长 度 以 及 相 对 于 窗 顶 窗 底 的 位 置 通 过 对 遮 阳 最 基 本 形 式 尺 寸 的 计 算, 得 出 各 种 遮 阳 的 精 确 尺 寸 ⅰ 水 平 遮 阳 中 遮 阳 板 挑 出 长 度 计 算 公 式 为 : 筑 物 的 朝 向 以 及 遮 阳 的 时 间, 水 平 式 遮 阳 适 用 于 南 向 窗 口 或 北 回 归 线 以 南 的 北 向 窗 口 ; 垂 直 式 遮 阳 适 用 于 东 北 北 和 西 北 向 的 窗 子 ; 综 合 式 遮 阳 适 用 于 东 南 和 西 南 方 向 的 窗 子 ; 而 挡 板 式 遮 阳 主 要 适 用 于 东 L = ( H + d ) ctgh cosγ H 窗 户 本 身 的 高 度,m d 水 平 板 下 沿 至 窗 顶 高 度,m h 太 阳 高 度 角, 度 γ 太 阳 高 度 角 与 墙 方 位 角 差, 度 ; 西 向 的 窗 子 水 平 遮 阳 板 中 遮 阳 板 的 两 翼 挑 出 长 度 (2) 遮 阳 板 的 最 佳 尺 寸 最 佳 遮 阳 板 尺 寸 包 括 其 宽 度 伸 出 窗 计 算 公 式 为 : D = Hctgh sinγ * 作 者 简 介 : 杜 峰 (1980-), 男, 山 东 滨 州 人, 福 建 工 程 学 院 建 筑 与 规 划 系, 主 要 从 事 建 筑 节 能 及 构 造 技 术 研 究 1

水 平 遮 阳 板 中 遮 阳 板 相 对 于 窗 顶 的 位 过 遮 阳 成 品 达 到 遮 阳 效 果 ; 外 部 则 通 过 遮 置 计 算 公 式 为 : d = L tgh H 阳 板 的 最 佳 形 式 及 尺 寸 的 选 择 来 完 成 ⅱ 垂 直 遮 阳 板 挑 出 长 度 计 算 公 式 为 : 根 据 以 上 分 析, 现 得 出 以 下 解 决 方 法 : L = Bctgγ (1) 在 居 住 建 筑 或 者 小 型 办 公 建 筑 B 两 面 垂 直 板 间 净 距, 或 垂 直 板 中, 尽 量 采 用 收 放 自 如 方 便 快 捷 的 内 遮 内 侧 至 窗 口 另 一 边 距 离,m 阳 既 可 以 解 决 天 然 采 光 与 遮 阳 的 矛 盾, 综 合 上 述, 遮 阳 一 方 面 可 以 隔 热 降 温, 又 不 影 响 建 筑 物 的 立 面 效 果 同 时 又 对 采 光 通 风 有 一 定 的 影 响 在 很 (2) 除 了 绿 化 遮 阳 和 结 合 建 筑 构 件 多 地 区, 夏 季 需 遮 阳 而 冬 季 又 需 要 日 照 与 处 理 的 遮 阳 外, 对 于 外 遮 阳 中 专 门 设 置 的 采 光, 因 此 理 想 的 尺 寸 应 是 根 据 当 地 冬 季 遮 阳 板 的 最 佳 形 式 与 尺 寸 的 选 择, 其 根 据 和 夏 季 的 太 阳 高 度 角 变 化 分 别 计 算, 使 其 是 太 阳 冬 季 与 夏 季 的 运 行 轨 迹 在 室 内 过 热 时 有 满 窗 遮 阳, 而 在 低 温 时 又 (3) 建 筑 物 的 遮 阳 种 类 越 来 越 多, 有 足 够 的 日 照 与 采 光 5. 结 语 可 以 为 设 计 师 提 供 新 型 的 建 筑 遮 阳 的 方 法, 使 其 在 满 足 遮 阳 与 采 光 的 需 求 基 础 上, 天 然 采 光 与 遮 阳 是 相 互 联 系 又 相 互 矛 既 简 单 美 观 又 节 省 造 价 盾 的 两 个 方 面, 可 以 分 别 从 建 筑 物 的 内 部 (4) 为 了 均 衡 天 然 采 光 与 遮 阳, 我 和 外 部 来 解 决 两 者 的 矛 盾 在 内 部 可 以 通 们 从 天 空 云 量 情 况 考 虑 可 以 知 道 全 云 天 时 7

可 以 不 用 遮 阳, 晴 天 时 采 用 故 此, 我 们 板, 全 云 天 或 冬 天 的 时 候, 将 遮 阳 板 折 叠 可 以 在 遮 阳 板 的 设 计 中 采 取 活 动 式 的 遮 阳 或 翻 转 至 与 墙 面 重 叠 参 考 文 献 [1] 刘 加 平 主 编, 建 筑 物 理 [M], 中 国 建 筑 工 业 出 版 社,2000 [2] 肖 辉 乾 林 若 慈 等 译, 日 光 与 建 筑 译 文 集 [M], 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 [3] ( 波 兰 )M 德 瓦 洛 夫 斯 基 著, 阳 光 与 建 筑 [M], 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 [4] 张 雯 张 三 明, 建 筑 遮 阳 与 节 能, 华 中 建 筑,2004.05 8