霍敏杜高潮
西安建筑科技大学建筑学院陕西西安710055
摘要：窗口外遮阳是改善住宅夏季室内热环境、降低空调能耗的一个重要措施，但太阳辐射对于冬季室内热环境却是非常有利的。因此，外窗遮阳设计要平衡冬、夏季对太阳辐射的不同需求。本文以外遮阳系数(SD)作为衡量遮阳效果的指标，选择位于寒冷地区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区的北京、上海、广州这三个城市的西窗和南窗为研究对象．针对水平和垂直遮阳两种方式．定量分析了遮阳设施对冬夏季遮阳效果的影响程度．并综合考虑冬夏季不同的室内热环境需求．
关键词：外遮阳系数；水平遮阳；垂直遮阳；综合遮阳；挡板遮阳
1引言
通过窗户的太阳辐射得热是建筑得热和空调负荷的重要内容，窗口遮阳是夏季调节室内热环境、降低空调能耗的主要措施之一。然而，不合理的遮阳构件会其降低了冬季进入到室内的太阳辐射热。因此，理想的遮阳形式及遮阳板构造尺寸要能够同时满足冬、夏季不同时刻，室内热环境对太阳辐射热的不同要求。在四个朝向中，西向的夏季太阳辐射强度最大，对夏季遮阳的要求最为迫切；而南向的冬季太阳辐射最强，确定南向窗口的遮阳状况时应尽量减少其对冬季太阳辐射得热的影响。基于此，本文以西窗和南窗为例，定量分析水平遮阳板和垂直遮阳板在不同构造尺寸下的遮阳效果，为建筑师在设计过程中对于不同气候区采用合理的遮阳形式提供参考。
2水平遮阳与垂直遮阳的形式及效果
外遮阳设施可以阻隔太阳辐射，大部分被遮阳设施表面反射或吸收，只有很少部分透过遮阳设施到达建筑表面。因此，外遮阳的节能效果非常显著，被认为是理想的定外遮阳设施的基本形式可以分为四种：水平式、垂直式、综合式和挡板式。
作者简介：霍敏（1982-），女，陕西西安市人，在读硕士研究生，建筑工程师，主要研究方向为绿色建筑设计。
3遮阳系数SD
遮阳系数的最初定义是围绕建筑窗户的隔热性能展开的。一般采用太阳辐射得热系数（solarheatgaincoefficient,SHGC）反映通过某特定窗户系统进入室内的太阳辐射得热的大小。外窗的遮阳系数(Shading
遮阳系数的最初定义是围绕建筑窗户的隔热性能展开的。一般采用太阳辐射得热系数（solarheatgaincoefficient,SHGC）反映通过某特定窗户系统进入室内的太阳辐射得热的大小。外窗的遮阳系数(Shadingcoefficientofwindow)定义为：表征窗玻璃在无其他遮阳措施情况下对太阳辐射得热的减弱程度，其数值为透过窗玻璃的太阳辐射得热与透过3mm后普通玻璃的太阳辐射得热之比值。外窗的综合遮阳系数(Overallshadingcoefficientofwindow)定义为:考虑窗本身和窗口的建筑外遮阳装置综合遮阳效果的一个系数，其值为窗本身的遮阳系数（SC）与窗口的建筑外遮阳系数（SD）的乘积。外遮阳形式对建筑热环境的影响可有其遮阳系数来判断，建筑外遮阳系数小，则说明其太阳辐射得热量小。外遮阳系数可按下式计算：
4分析
研究不同的遮阳形式在不同气候区的对建筑室内热环境的影响，以北京、上海、广州这三个城市为例，采用遮阳设施的外遮阳系数（SD），来反映通过遮阳设施的进入室内的太阳辐射热量大小。
4.1水平遮阳
首先分析水平遮阳在北京、上海、广州的南向窗和西向窗的情况，将窗口尺寸固定为1.5m*1.5m，B值固定为1.8m，A值从0.3m~2m不断变大，代入外遮阳系数公式中，将得出的数据绘制成曲线图。由于广州位于冬热夏暖地区，冬季没有采暖需求，所以采暖期的外遮阳系数不计算广州地区。
4.1.1南窗
分析以上两图可以看到，随着遮阳板尺寸A值的不断增大，在夏季南向窗户的外遮阳系数先减小后增大，即水平遮阳形式对于南向窗在夏季阻隔太阳辐射得热量是有最大值的。其数值分别为北京A值为1.4m时，SD=0.6099；上海A值为1.5m时，SD=0.6685；广州A值为1.6m时，SD=0.6823。从以上数据可以看到水平遮阳形式对于纬度较高的南窗其遮阳情况更佳。但分析采暖期外遮阳系数的发现，随着遮阳板尺寸A值的不断增大SD不断减小，这样的趋势将不利与南向窗在冬季获得太阳辐射热，提高室温以降低供暖能耗。比如北京市位于寒冷B区，并没有严格的遮阳要求，其遮阳设施的设计应更多的考虑南窗冬季得热的需求。因此在有采暖需要的地区，其南向窗水平遮阳构件的尺寸应综合考虑冬季和夏季的气候状况，将冬季的遮阳系数控制在一定范围内才能保证建筑室内热环境在全年的舒适性。总体上说来，水平遮阳对于南向是一种比较理想的遮阳方式。
4.1.2西窗
分析以上两图发现，随着遮阳板尺寸A值的增大SD不断减小，但仔细比较数值可以看到水平遮阳设施对于西窗的遮阳效果夏季是优于冬季。当A值为1.7m时，北京冬季的SD达到最小值0.7025，而夏季的SD为0.5758。考虑到冬季西向的太阳辐射强度在80W／m2左右，约为南向的一半，即冬季西窗并不是主要的得热窗口，因此，在条件允许的情况下，对于较高纬度地区应尽量增加西窗遮阳板的宽度。当A值为1.8m，即外遮阳特征值X=1时，上海夏季的SD为0.6053，广州为0.6359。
4.2垂直遮阳
以下按照上述方法分析垂直遮阳形式在北京、上海、广州这三个城市的情况。同样不计算广州地区在采暖期的外遮阳系数SD。
4.2.1南窗
冬、夏季的外遮阳系数均随遮阳板宽度A值的增加而减小，夏季时当遮阳板长度增加到1.6m到1.7m时，SD到达最小值，北京为0.6076，上海为0.6157，广州为0.6434。上海、北京的SD都比水平式遮阳的大，而广州的小些。故与水平遮阳相反，垂直遮阳对于南向窗在低纬度地区更有优势。随着其尺寸的增大，在采暖季的SD也在减小，对于较高纬度地区利用南窗得热不利，但没有水平遮阳设施的影响大。总之对于较高纬度地区，垂直遮阳形式不算理想。
4.2.2西窗
图13垂直式遮阳西窗空调期SD随A值的变化图14垂直式遮阳西窗采暖期SD随A值的变化
从上图明显发现垂直遮阳对于西窗在夏季的阻隔热量不如南窗，当A值为1.8m，特征值X=1时，SD到达最小值，北京为0.6999，上海为0.6657，广州为0.6423.这是所有情况中SD最大的一组。而且对于冬季来说其SD又是最小的一组，因此可以断定对于这三个气候区，西窗都不应采用垂直遮阳设施。
4.3挡板遮阳
分析挡板的外遮阳系数计算公式SD=1-(1-η)(1-η*)可发现，当η=0，η*=0.1时，SD=0.9。挡板式的夏季遮阳效果是很好的，但这种遮阳形式不利于室内采光、夏季时自然通风，在冬季时也不利于南向窗的得热，所以采暖地区南向窗不应采用挡板遮阳。而对于西向窗带来的西晒问题，挡板式能很好的解决。
4.4综合遮阳
综合遮阳为水平遮阳板和垂直遮阳板组合而成的遮阳形式，其外遮阳系数是水平遮阳板和垂直遮阳板的外遮阳系数的乘积。因此在夏热冬冷和夏热冬暖地区有遮阳需要时应综合考虑水平式和垂直式的利弊与SD数值大小，采用适宜的构件尺寸与组合形式，将会得到更为理想的遮阳效果。
5结论
对于水平遮阳，南窗在合适的构造尺寸下基本能满足夏季遮阳和冬季得热的综合要求，而对于西窗水平遮阳效果并不理想。对于垂直遮阳，南窗夏季平均外遮阳系数广州比北京小；而对于西窗，垂直遮阳几乎没有产生遮阳效果，相反却在较大程度上降低了冬季的太阳辐射得热。对于挡板遮阳，更适宜西窗。综上所述，在纬度较高的地区对于南窗可以考虑水平遮阳方式，在纬度较低的地区对于南窗可以考虑水平遮阳方式与垂直遮阳方式相结合，采用综合遮阳形式。而西窗则不应采用垂直遮阳，加之西窗的水平遮阳效果也不理想，挡板遮阳又不利于自然通风，因此，从改善夏季室内热环境的角度出发，应尽量减少西窗的设置。
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