高层建筑遮阳对能耗的影响研究成果

建筑遮阳的主要目的是遮挡夏季炎热的太阳直射，对建筑室内热环境和光环境起到调节的作用，因此，遮阳对高层建筑能耗的影响主要集中在建筑运营过程中的空调和照明能耗。以下分别阐述遮阳对空调能耗和照明能耗的影响。

4.1.2.1　建筑遮阳对空调能耗的影响

高层建筑的日常运营的主要能耗方式（采暖制冷、照明、办公设备）中，空调能耗比例高达40%以上^[2]，而空调能耗（围护结构传热负荷、日射得热负荷、室内热源负荷、新风负荷等）中，日射得热引起的冷负荷达到20%左右^[3]。而日射得热主要由太阳辐射通过围护结构引起，因此，应对日射得热的建筑遮阳设计节能潜力巨大。

图4—1　无遮阳情况下的冷负荷分布

图4—2　不同长度遮阳板影响的日射得热

图片来源：王欢，内外遮阳及建筑外窗对空调冷负荷的影响

研究表明，采用冷负荷系数法模拟计算了遮阳对建筑室内空调冷负荷的影响（计算南向外墙，其他均视为内墙处理）。分析结果如图4—1、图4—2（图中纵轴为各围护结构及人员灯光的冷负荷及其累加的总负荷值，横轴为空调开启时间），从图4—7可以看出在窗口没有设置遮阳的情况下，11点到16点时段，窗的日射负荷在所有负荷比重最大，占45%～50%，中午12点时日射负荷最大，占50%；从图4—8可看出遮阳设施对中下午时段的日射负荷作用明显，减少6%～30%的负荷。当采用出挑0.4 m遮阳板时，12点的日射负荷最多可减少30%，即便是仅使用0.1 m的遮阳板且当下午太阳辐射不算特大的情况下，也能使太阳辐射得热减少6%^[4]。

由此可见，对建筑外围护结构采用遮阳措施对建筑能耗有很大影响，且遮阳板出挑长度不同对建筑能耗的减少量有差异。对于外围护结构以玻璃幕墙为主的高层建筑，其夏季日射得热引起的空调能耗不可避免的要高于其他建筑，因此，具有更大围护表皮面积的高层建筑应该更重视遮阳设计，合理利用适当的遮阳方式以减少建筑的能耗。(www.xing528.com)

4.1.2.2　建筑遮阳对照明能耗的影响

建筑遮阳在遮挡太阳直射的同时不可避免也降低了建筑室内的采光量，尤其是对于进深较大的高层建筑，远离外窗靠内墙空间自然采光明显不足，从而增加了建筑的人工采光的照明能耗。

对于遮阳引起的建筑室内采光降低的问题，可以采用巧妙的反光遮阳板设计（图4—3），保证建筑遮阳的同时能促进大进深的建筑空间采光。反光遮阳板是利用光的反光原理，在建筑外窗的中间设置遮阳板，遮阳板的上表面具有反射光的作用，将入射太阳光线反射至天花板上，光线再由天花板漫射到室内进深大的空间，而遮阳板的横向出挑则可以有效的遮挡窗口部位的太阳直射，同时降低了近窗区域的光照亮度，避免了眩光。

图4—3　反光遮阳板做法示意图

反光遮阳板的光导效率和遮阳效率主要和遮阳板在采光窗中的位置有关，遮阳板的位置越低，则反射光量就越多，越有利于建筑的自然采光。但是如果遮阳板的位置太低会导致近窗空间的净高过低，窗的上部分过高，其遮阳的效果会受到影响，同时遮挡了建筑室内的视野。所以，反光遮阳板设计要权衡建筑的遮阳、采光及视野等因素，采用适合的反光遮阳板构造形式及位置。托马斯·赫尔佐格设计的德国建筑工业养老金基金会办公楼的立面就采用了反光遮阳板设计，且运用的是可调节式的反光遮阳板（图4—4），满足不同情况下室内工作人员对自然采光的需求。在光线强烈的夏季，构件向内绕轴旋转至垂直方向，这时不同高度的遮阳板起到不同的作用：顶部遮阳板完全遮住阳光，实现最大限度的遮阳；中部遮阳板允许必须的阳光经反射进入室内，使得光线更加均匀；下部遮阳板构件向外出挑，起到避免眩光的作用^[5]。

图4—4　可调节式反光遮阳板

图片来源：《建筑技艺》，2013年06月