窗户的日照和遮阳效果-生态建筑（第三版）

在寒冷的冬季争取日照，不仅可增进人的健康，减少疾病，而且可以大大节约能源。在我国的建筑设计规范标准中，根据气候类型和城市规模，对建筑的日照时间做了规定（见表8-4）。建筑的日照时间取决于建筑物之间的间距和其所处的位置，可以用棒影图、太阳轨迹图进行确定，也可用公式或软件进行计算。

表8-4　不同气候类型和城市的日照时间要求

窗户的遮阳是炎热地区实现窗户节能的重要技术手段。窗户遮阳分为窗本身的遮阳和构件遮阳以及绿化遮阳。窗本身的遮阳与玻璃类型和窗框占窗总面积的百分比有关，遮阳效果体现在遮阳系数上，请参阅附录H“建筑物得失热量的估算”。图8-5示出了几种玻璃的隔热效果。Low-E玻璃可反射太阳光谱中大部分红外热辐射，而只遮挡少量可见光，目前已开发出了能满足不同透光要求的Low-E玻璃。吸热玻璃是指有色玻璃，例如青铜色玻璃或灰色玻璃，可以减小太阳辐射，同时也减少可见光。热反射玻璃是在玻璃表面镀膜，反射太阳辐射。由于热反射玻璃主要反射太阳光谱中的可见光部分，仍要吸收长波辐射热，因此主要用于夏季和有可能造成光污染的地方。

图8-5　几种玻璃的隔热效果［114］

（a）平板玻璃；（b）蓝色吸热玻璃；（c）平板镀膜玻璃；（d）双面镀膜玻璃

目前，国外已研制成了可调控的变色玻璃，根据变色的机理不同，有光致变色、热致变色、电致变色三种类型。光致变色是指材料的颜色能随着阳光中的紫外线强度不同改变颜色，主要有金属卤化物变色玻璃和光学变色塑料。热致变色是指材料随着温度而改变颜色，其机理主要是受热引起的化学反应或材料相变改变颜色。相变材料使太阳辐射散射或吸收。近几年发展了一种纳米材料，用于飞机，可吸收雷达电波，成为隐形飞机；用于玻璃涂层，可使玻璃随温度而变色。电致变色是指在电压或电流的作用下，材料发生变色，主要有液晶玻璃、电变色玻璃、电泳玻璃等。液晶玻璃是利用液晶在电场作用下改变其晶体排列方向制成的。电场越大，改变越大。现在唯一的商用液晶玻璃是分散液晶。分散液晶又有针状和胶状两种。针状液晶在通电情况下晶体水平排列，玻璃变得透明。在断电情况下晶体竖直排列，玻璃吸收或散射太阳辐射。电变色玻璃是利用氢离子或锂离子通过电解层注入变色材料层而制成的。

典型的变色材料是三氧化钨，它在有离子存在时会改变光学特性。在1～5 V电压的作用下，氢离子或锂离子通过电解层注入变色材料，使其变色。可见光透过率从0.65～0.5下降到0.25～0.1，遮阳系数从0.67～0.6下降到0.3～0.18。电泳玻璃是在玻璃上镀上透明的导电涂层，在两层玻璃之间充满悬浮液，用悬浮装置使黑色针状离子自由地悬浮在液体中。通电时，针状离子带电后，排列成直线，光线可以进入；断电时，离子分布混乱阻隔阳光。

构件遮阳按位置不同可分为内遮阳、中间遮阳和外遮阳。从节能的角度讲，外遮阳是防止太阳辐射热进入室内效果最好的遮阳做法，因为它吸收或反射的太阳辐射热绝大部分散发在室外。内遮阳的效果最差，中间遮阳的效果间于外遮阳与内遮阳两者之间。内遮阳和中间遮阳虽然在防止太阳辐射方面效果较差，但在保温方面效果较好。关于窗户的遮阳时间，请参阅附录D“基于平衡点温度确定日照/遮阳的时段和日期”。构件遮阳的基本形式有三种，即水平遮阳、垂直遮阳、挡板遮阳，如图8-6所示［115］。

图8-6　构件遮阳的三种基本方式

水平遮阳能遮挡高度角较大、从窗口上方投射下来的阳光，适用于接近南向的窗口以及低纬度地区的北向附近窗口。水平遮阳板的水平挑出长度L_和两翼挑出长度D分别按式（8-1）和式（8-2）计算。

式中，H为水平遮阳板下沿至窗台高度，hs为太阳高度角，γsw为太阳方位角As与窗方位角Aw之差，即γsw=As-Aw。

垂直遮阳能够有效遮挡高度角较小、从窗侧斜入射的阳光，但对于高度角较大、从窗口上方投射下来的阳光以及接近日出、日落时从窗前方入射的阳光，它不起遮挡作用。故垂直遮阳主要适用于东北、北和西北向附近的窗口。垂直遮阳板的垂直挑出长度L⊥按式（8-3）计算。

式中，B为垂直板至窗口另一边的距离。

挡板遮阳能够有效地遮挡高度角较小的、从窗前方入射窗口的阳光，故主要适用于东、西向附近的窗口。确定挡板遮阳尺寸时，先按构造需要确定挡板至窗面的距离L_，然后按照式（8-4）确定挡板下沿至窗台面的距离H0。(www.xing528.com)

其他各种构件遮阳形式都是基于水平、垂直、挡板这三种形式组合而成的。图8-7～图8-12示出了多种遮阳形式。

窗户的绿化遮阳可以采用攀缘植物或树木，但与外墙或屋面绿化遮阳不同的是，窗户绿化遮阳还要考虑夏季的采光和通风以及窗的开启与关闭，因此，一般不用攀缘植物直接沿窗面遮阳，而用攀缘藤架或用树木对太阳直射光进行遮挡。植物最好为落叶植物，以便冬季得到日照。

图8-7　基本遮阳方式的应用［116］

图8-8　简易活动遮阳设施

（a）竹帘；（b）苇板；（c）活动垂直木百叶；（d）活动木旋转窗；
（e）布窗帘；（f）塑料卷帘；（g）布篷；（h）挂在窗外的布帘

图8-9　常见水平与垂直活动遮阳装置

（a）水平转动木百叶；（b）垂直转动木百叶；（c）垂直活动铝板；（d）水平活动铝板

图8-10　攀缘植物藤架遮阳

（a）水平绿化遮阳；（b）水平加垂直绿化遮阳；（c）垂直绿化遮阳

图8-11　结合建筑构件的遮阳、简易活动遮阳设施

（a）挑檐遮阳；（b）廊道遮阳；（c）廊道+垂直百叶遮阳；（d）凸窗遮阳；（e）垂直翻转遮阳；（f）蜂窝状陶管遮阳

图8-12　窗户的植树遮阳

值得注意的是，传统窗户遮阳只考虑对太阳直射光的遮挡，这是不全面的。事实上，在某些地区（如重庆、东南沿海等）漫射光及散射光所占的比例几乎与直射光所占比例相当，散射光进入窗户引起的得热不可忽视。另外，由于太阳的高度角在变化，当高度角较高时，直射光易于被遮挡不能完全进入室内，在这种情况下，散射光的影响可能比直射光的影响更大，因此，窗户遮阳不仅是考虑遮挡直射光，也应考虑遮挡散射光。