住宅外窗遮陽與節能淺析

■ 段 勇 Duan Yong

0 外窗節能的主要指標

窗戶的能耗可以從窗戶的傳熱系數、遮蔽系數、氣密性能以及可見光透過率等幾方面指標來衡量。

(1)傳熱系數：是衡量由兩側溫差引起的經傳導、對流和表面輻射等方式通過窗戶傳遞的熱量值的指標。降低窗戶的傳熱系數，對于降低建筑物冬季采暖能耗具有顯著意義，同時對于降低夏季的空調制冷能耗也有一定的作用。

(2)遮蔽系數：可以用來衡量窗戶或玻璃組件相對于3mm透明玻璃透過太陽輻射的能力，在0~1之間。其值越小，阻擋陽光直接輻射的性能越好，有助于阻擋夏季太陽輻射熱的進入。

(3)氣密性：衡量外窗在關閉狀態下阻止空氣滲透的能力，共分5級，1級最低，5級最高。

(4)可見光透過率：在透過窗戶玻璃組件的太陽光中可見光所占的比率。比率越高，自然采光效果越好。良好的自然采光可以減少人工照明的使用，達到輔助節能的目的。

以上幾種有關外窗節能的指標在不同的氣候區關注的側重點不同，需根據需要區別對待，以選擇適合本地區的窗戶類型(表1)。減少窗戶的能耗除了合理地控制窗戶的傳熱途徑和方向，還應該降低太陽的直接輻射，即減小遮蔽系數，但同時要考慮與自然采光之間的矛盾，故選擇適當的遮陽方式成為外窗節能的手段之一。

不同窗戶材料(包括框材、玻璃)及其組合對窗的節能效果具有直接的影響，通過對比可以清晰地看到差別(表2)。目前住宅較常用的窗戶材料為中空玻璃塑鋼窗和中空玻璃鋁合金窗，傳熱系數在2.7~4.2W/(m2·k)之間，與歐美發達國家住宅外窗的傳熱系數(1.5~2.0W/(m2·k))相比，節能水平尚有差距。

表1 不同氣候區推薦的窗戶的節能性能

表2 不同外窗構造的能耗值和節能率

1 外窗宜設置活動外遮陽

在炎熱的夏季，太陽輻射透過窗戶直接進入室內的熱量是造成室內過熱或嚴重增加空調制冷負荷的主要原因。住宅外窗遮陽可以反射和吸收大部分的太陽輻射，有利于防止室溫升高和波動。因此，設置外遮陽是減少太陽輻射熱進入室內，達到節能目的的一個有效措施。一般情況下，在夏熱冬冷地區，夏季通過無遮陽窗進入室內的太陽輻射能占到空調能耗的23%～40%。若采用遮陽措施，可節約空調耗冷量4～5W/m2(按遮陽率80%計)。《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》(JGJ134-2001)的4.0.6條也建議“外窗宜設置活動外遮陽”。同時為了兼顧冬季期間多得太陽輻射熱以減少采暖負荷，所以設置活動式遮陽較為合理)僅夏熱冬冷、夏熱冬暖和溫和地區須考慮外窗遮陽，嚴寒、寒冷地區非必須。

生活中，住戶為了解決夏季凸窗日曬問題，常采用在室內掛窗簾或百頁的內遮陽方式，這樣雖然可以避免太陽直射室內，卻對減少室內輻射得熱作用不大——窗簾吸收了太陽輻射后，本身就成為向室內散發長波輻射的物體。因此，采取外遮陽措施是減少凸窗夏季得熱的主要措施。從(表3)的常用遮陽設施太陽輻射熱透過率的數據比較中可見，外遮陽隔熱效果優于內遮陽。

原則上，外遮陽既要求能夠阻止夏季太陽輻射，又要不影響冬季陽光進入室內，同時還不應影響通風和正常采光，因而采用活動式的外部遮陽比較合適，夏季外窗節能設計應該首選外遮陽，如鋁合金卷簾、百頁窗、遮陽篷等。

外遮陽設施一般可以分為水平式、垂直式、綜合式和擋板式四種。過去，遮陽設計在建筑上的體現往往是固定于外墻上的或水平、或垂直的混凝土板或者金屬板。隨著成套遮陽產品的發展豐富，建筑師有了更多的選擇，遮陽設計得以簡化，甚至可以簡單到只需挑選產品，而無需進行復雜的設計工作與細節性的施工裝配。如今，國內外的遮陽產品品種多樣，同類產品中還有多種式樣和顏色供選擇。它們大都可以收放，其操作可在建筑室內由手動或電動控制，或者由陽光傳感器自動作用。

在歐洲，居住建筑外遮陽應用非常普遍，幾乎有窗就有外遮陽。其產品技術成熟，質量穩定。目前，我國已有引進的成套遮陽成品生產線，如德國的ALULUX，中、瑞、德合資的EVERSHADING等。

在國內，“鋒尚國際公寓”是北京地區知名的商業地產項目，因其借鑒了歐洲發達的國家住宅標準，在提高住宅舒適性同時降低能耗方面走在前列，成為“綠色住宅”的典范。該項目在公寓樓棟的外窗采用了鋁合金卷簾，南陽臺采用了聚丙烯晴綸遮陽簾，會所采用了遮陽百頁等遮陽措施，甚至在屋面也安裝了遮陽蓬，在遮陽上可謂做到了“全副武裝”。

提倡采用活動外遮陽，并不是要摒棄內遮陽。窗簾的功能不僅僅是遮陽，還有私密性的要求，即遮擋外來視線，對于住宅尤其如此。而且，窗簾還是改善室內空間品質的手段之一，因此在居住建筑中室外遮陽不可能完全替代室內遮陽，兩者可配合使用。

表3 常用遮陽設施的太陽輻射熱透過率(%)

3 普通窗活動外遮陽類型

3.1 百頁遮陽

遮陽百頁開合程度和角度都可進行手動調節，安裝在窗戶外側的百頁適用于對隔熱和防護要求較高的場合，有卷簾、折疊、平開、推拉等開啟方式。它們不僅在夏季遮陽，在冬季還對窗戶起到防護作用，避免寒風侵襲。金屬百頁片還可設計成包裹有玻璃棉或其他保溫材料的復合結構，提高保溫隔熱性能。由于葉片較多且密，清潔并不是特別方便，針對與此，也有百頁直接隱藏于雙層玻璃的遮陽產品應市(圖1~3)。

3.2 卷簾遮陽

卷簾簾片的材料常用鋁合金和PVC，安裝于卷軸，可通過手動或電動控制，沿導軌在垂直方向展開。在簾片和卷簾盒部分設保溫材料時，關閉卷簾有助于室內保溫隔熱，并且在卷簾全部展開時有一定的隔音作用，但由于視線也被全部遮擋，對觀望視線有影響。

與其它遮陽方式不同的是，質地堅固的簾片完全關閉時還兼有防盜作用，成為集遮陽、保溫、防盜為一體的多功能遮陽產品(圖4、5)。

3.3 遮陽篷布

遮陽篷布材料多為聚丙烯晴綸類織物，顏色多樣，遮陽效果因其安裝方式、材料和顏色而有所不同。遮陽篷布通過手動或電動控制，一般沿垂直方向展開，稱垂直式遮陽蓬；也可配合導軌或導索導向可調節傾斜角度，以遮擋不同高度角的陽光，稱曲臂式遮陽蓬。遮陽篷布方式適用于底層或多層居住建筑，不適合高層建筑的遮陽(圖6~8)。

遮陽篷布可為陽臺、露臺等提供較好的遮陽方式，特別是在要擴展戶外活動空間卻不被紫外線照射的情況下。

3.4 紗幕遮陽

遮陽紗幕在安裝上與遮陽篷布類似，緊貼著窗戶外側。紗幕材料主要為玻璃纖維，耐火防腐；同時，遮陽紗幕可以透過光線，保持了一定的可見度和自然采光；另外，它可阻擋部分的紫外線，減少紫外線對室內物品的損害(圖9)。

遮陽紗幕與普通的遮陽篷相比，尤其對東西向的外窗遮陽更有效。因為傾斜角不大的遮陽篷對低角度的陽光幾乎不起遮擋作用，而遮陽紗幕則不存在這樣的問題。

活動式外遮陽于外可豐富建筑立面形象、創造優美的視覺效果，于內可調節室內光線分布、防止眩光。除了以上所列舉的幾種遮陽形式，一些遮陽產品的生產商還可為客戶提供針對特定情況的遮陽產品設計，這些產品(有時是幾種產品混合使用)能夠提供更優化的遮陽解決方案。有時，建筑師也可應對特殊需要自行設計遮陽系統，以形成獨特的建筑外觀。總之，由于遮陽材料及形式的選擇更加廣泛，無論是傳統構件還是新型材料，只要設計得當，都能取得良好的遮陽效果(表4)。

4 凸窗外遮陽

對于凸窗的遮陽方式，需同時考慮三個不同朝向的采光面遮陽，同時還要考慮盡量少遮擋觀景視線。因此，采取常規的普通窗外遮陽方式，無法滿足凸窗的這些要求。于是，在凸窗上使用成品化的活動式垂直外遮陽，將成為解決凸窗遮陽問題的主要手段(圖10)。其原因在于：

(1)易于控制。成品化的活動式垂直外遮陽的開啟與閉合，可由住戶手動或電動控制，甚至可根據日照變化改由電腦進行智能控制，較為人性化。

(2)功能多樣、使用靈活。集保溫、隔熱、遮陽、隔音、防盜和遮擋視線)保護個人隱私)于一體，并可根據具體情況調整外遮陽的位置。

(3)設計、安裝方便。分明裝和暗裝兩種方式，設計時只要預留位置，后期由專業廠家負責安裝。已建成建筑的凸窗也可根據具體情況進行加裝。

(4)形式多樣化。目前，活動式垂直外遮陽的種類主要有鋁合金卷簾、樹脂型卷簾和各種百頁等。其功能和使用方法略有不同，可根據建筑立面風格和具體需要酌情選擇。

表4 住宅常用的活動外遮陽形式

5 結語

綜上所述，遮陽系統是某些氣候區在住宅建筑的設計階段就必須要解決好問題，但必須注意的是，遮陽形式的設計和選擇不是孤立的環節，它應結合規劃、建筑單體設計等整體考慮。建筑設計師既可自行設計遮陽構件，也可直接選用遮陽成品，或者與生產商合作定制特定的遮陽產品，以實現遮陽系統的最優化——通過窗材的技術進步、窗戶的構造改進以及恰當的遮陽系統設計，住宅建筑不僅能節約能源、節省運行費用，更可提高住戶的熱舒適性和光舒適性，提供居民更人性化的居住體驗，形成內外空間環境俱佳的建筑。