烏魯木齊地區(qū)住宅建筑遮陽(yáng)設(shè)計(jì)策略研究

張婷婷 吳雨婷 古麗如克沙·卡地爾

新疆建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，每年新增建筑量持續(xù)增長(zhǎng)。以2019年為例，我國(guó)新增竣工建筑面積約為26億平方米，其中新增住宅建筑占比約為67.36%。住宅建筑面積在我國(guó)建筑總面積中占比大、存量大且不斷增長(zhǎng)，提高住宅建筑節(jié)能性顯得尤為必要。烏魯木齊地處嚴(yán)寒地區(qū)，冬季建筑外墻外保溫一直以來(lái)是烏魯木齊住宅最重要的節(jié)能措施。但實(shí)際上烏魯木齊夏季炎熱，日照輻射強(qiáng)、時(shí)間長(zhǎng)，遮陽(yáng)設(shè)施卻被忽視，造成夏季空調(diào)能耗增高，空調(diào)能耗大。目前，研究者針對(duì)夏季炎熱地區(qū)的遮陽(yáng)設(shè)計(jì)策略已有研究。舒平，耿釔藝針對(duì)濕熱地區(qū)的辦公建筑研究了遮陽(yáng)設(shè)計(jì)的策略，胡達(dá)明對(duì)夏熱冬暖地區(qū)的建筑遮陽(yáng)設(shè)計(jì)策略及案例進(jìn)行了分析，潘孝祥主要研究了重慶地區(qū)建筑遮陽(yáng)設(shè)計(jì)策略研究，可見已有建筑遮陽(yáng)設(shè)計(jì)研究地域均為夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)，缺乏對(duì)于烏魯木齊所處的冬季寒冷，但夏季炎熱地區(qū)關(guān)于遮陽(yáng)設(shè)計(jì)的研究。當(dāng)?shù)厣贁?shù)居住建筑已采用了遮陽(yáng)技術(shù)，由于缺少不同遮陽(yáng)形式間的量化研究，無(wú)法確定遮陽(yáng)對(duì)節(jié)能、舒適的貢獻(xiàn)，遮陽(yáng)效果良莠不齊，極大程度的限制了遮陽(yáng)的廣泛應(yīng)用。

本文旨在通過(guò)對(duì)于住宅建筑遮陽(yáng)形式的研究，提供適于烏魯木齊地區(qū)住宅建筑的遮陽(yáng)方案。

2 烏魯木齊住宅建筑遮陽(yáng)形式現(xiàn)狀調(diào)查

2.1 氣候條件

烏魯木齊市屬于中溫帶大陸干旱氣候，全年盛行北風(fēng)和西北風(fēng)，春夏季的風(fēng)速最大，冬季風(fēng)速最小，春秋兩季較短，冬夏兩季較長(zhǎng)，晝夜溫差大。年平均降水量為194mm，最暖的七、八月平均氣溫為25.7℃，最冷的一月平均氣溫為-15.2℃。年平均日照時(shí)數(shù)為2645h，七、八月日照時(shí)數(shù)均在300小時(shí)以上，太陽(yáng)年輻射量5139.8MJ/m2（見表1）。

表1 烏魯木齊太陽(yáng)能氣象參數(shù)

2.2 住宅建筑現(xiàn)狀遮陽(yáng)形式

目前烏魯木齊地區(qū)常見的建筑遮陽(yáng)的形式，可分為2類：固定遮陽(yáng)和活動(dòng)遮陽(yáng)。常見的固定外遮陽(yáng)構(gòu)件的形式有水平遮陽(yáng)構(gòu)件、垂直遮陽(yáng)構(gòu)件、綜合遮陽(yáng)構(gòu)件和擋板式遮陽(yáng)構(gòu)件。

常見的建筑活動(dòng)外遮陽(yáng)種類有：遮陽(yáng)篷，活動(dòng)百葉遮陽(yáng)簾，卷簾遮陽(yáng)，活動(dòng)遮陽(yáng)窗板（分為推拉式和平開式）（見圖1）。

圖1 外遮陽(yáng)的形式

2.3 現(xiàn)狀問(wèn)題及不足

在調(diào)研過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，烏魯木齊地區(qū)建筑遮陽(yáng)構(gòu)件均設(shè)于建筑的西向及南向外窗，亦發(fā)現(xiàn)有拆除原有西向固定遮陽(yáng)的情況發(fā)生，存在資源浪費(fèi)的現(xiàn)象，由此筆者希望通過(guò)軟件模擬選出更適合烏魯木齊地區(qū)建筑的遮陽(yáng)措施，為實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及改造提供參考。因玻璃自遮陽(yáng)成本較高，且需與其他遮陽(yáng)構(gòu)件配合使用；而內(nèi)遮陽(yáng)受外因影響較大，如材料及使用者習(xí)慣，故對(duì)以上兩種遮陽(yáng)方式不予模擬計(jì)算，僅對(duì)外遮陽(yáng)的2種類型進(jìn)行模擬。

3 項(xiàng)目模擬方案

3.1 項(xiàng)目概況

住宅位于烏魯木齊市某住宅小區(qū)內(nèi)，該小區(qū)南面及北面均為高度相似的多層住宅，東面為11層中高層住宅。該住宅為6層，層高2.8m，總高度17.7m，為單元式板式住宅樓。住宅南立面朝向?yàn)槟掀珫|29°，夏季受太陽(yáng)照射較強(qiáng)，因此需采取必要的遮陽(yáng)措施。由于受到住宅建筑日照間距的限制，對(duì)建筑物的遮擋作用很小，周邊也沒(méi)有高大喬木對(duì)立面造成遮蔽。

3.2 整體遮陽(yáng)策略分析

通過(guò)北京綠建采光分析DALI2018軟件模擬計(jì)算現(xiàn)狀住宅樓采光現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)全陰天下南北向和東西向住宅的采光效果相似，作為主要采光面的南向和西向光照時(shí)長(zhǎng)均達(dá)11小時(shí)以上。北立面及東立面，受太陽(yáng)輻射較小，遮陽(yáng)需求不明顯。故該建筑南立面及西立面作為設(shè)置遮陽(yáng)的重點(diǎn)。通過(guò)筆者的統(tǒng)計(jì)分析可知，受太陽(yáng)輻射最多的是每個(gè)戶型中的起居室，故對(duì)起居室設(shè)置不同類型外遮陽(yáng)進(jìn)行模擬分析，研究適合烏魯木齊住宅建筑使用的遮陽(yáng)類型。

3.3 模擬實(shí)驗(yàn)條件與過(guò)程

（1）固定外遮陽(yáng)形式及構(gòu)件尺寸模擬分析。下面通過(guò)模擬分析水平遮陽(yáng)構(gòu)件和垂直遮陽(yáng)構(gòu)件對(duì)采光系數(shù)的影響。根據(jù)《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50033—2013），烏魯木齊處于光氣候分區(qū)Ⅲ區(qū)，主要使用房間的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值為2.00。水平遮陽(yáng)構(gòu)件分別采用0.50m和0.30m寬遮陽(yáng)板進(jìn)行模擬，其結(jié)果均低于規(guī)范要求；垂直遮陽(yáng)構(gòu)件分別采用0.75m、0.50m和0.30m寬遮陽(yáng)板進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)當(dāng)遮陽(yáng)板小于0.5m時(shí)可滿足規(guī)范中采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)（見表2）。

表2 固定遮陽(yáng)起居室采光系數(shù)值

結(jié)論：固定遮陽(yáng)構(gòu)件只能選用垂直遮陽(yáng)板。

（2）活動(dòng)遮陽(yáng)形式及構(gòu)件尺寸模擬分析。由于采光分析計(jì)算為全陰天下模擬，而烏魯木齊夏季降水少，晴天時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)，為解決夏季長(zhǎng)時(shí)間太陽(yáng)熱輻射帶來(lái)的室內(nèi)熱影響，可設(shè)置活動(dòng)外遮陽(yáng)。因活動(dòng)百葉遮陽(yáng)簾可根據(jù)用戶的需要自行調(diào)節(jié)，活動(dòng)遮陽(yáng)窗板只具有開啟和關(guān)閉兩種模式，此兩種遮陽(yáng)方式均無(wú)實(shí)驗(yàn)?zāi)M價(jià)值，故本文僅對(duì)遮陽(yáng)篷和遮陽(yáng)卷簾進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M。模擬采用Ecotect軟件晴天模式下，分別就遮陽(yáng)篷寬度和遮陽(yáng)卷簾自窗下口下降高度進(jìn)行南向及西向窗模擬實(shí)驗(yàn)。

（3）模擬過(guò)程。模型的窗戶大小及起居室內(nèi)尺寸都是按照建筑的實(shí)際尺寸簡(jiǎn)化后建立的模型，在原有建筑和氣候參數(shù)設(shè)定情況相同的情況下，分別調(diào)整遮陽(yáng)篷的寬度和遮陽(yáng)卷簾自窗上口下降的高度進(jìn)行計(jì)算。

4 模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 南向窗遮陽(yáng)模擬

模擬結(jié)果：隨著遮陽(yáng)篷寬度的增加，室內(nèi)受到太陽(yáng)熱輻射的范圍有所縮小；但隨著遮陽(yáng)卷簾下降高度的增加，室內(nèi)受太陽(yáng)熱輻射范圍明顯減少。綜合看來(lái)，使用遮陽(yáng)卷簾對(duì)于南向窗的遮陽(yáng)效果更好。

4.2 西向窗遮陽(yáng)模擬

模擬結(jié)果：隨著遮陽(yáng)篷寬度和遮陽(yáng)卷簾下降高度的增加，室內(nèi)受到太陽(yáng)熱輻射的范圍均有所縮小，兩種遮陽(yáng)方式的遮陽(yáng)效果差別不大，但遮陽(yáng)卷簾的造價(jià)明顯高于遮陽(yáng)篷。因此綜合看來(lái)，使用遮陽(yáng)篷更適合西向窗的遮陽(yáng)。

5 結(jié)論與展望

烏魯木齊住宅建筑遮陽(yáng)形式，當(dāng)采用固定遮陽(yáng)時(shí)，由于受到采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的限制，只能選用垂直遮陽(yáng)板。考慮到垂直遮陽(yáng)板對(duì)視野會(huì)有一定的限制，此遮陽(yáng)方式不作為推薦遮陽(yáng)形式。對(duì)于活動(dòng)遮陽(yáng)形式通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，南向窗推薦采用的遮陽(yáng)形式為遮陽(yáng)卷簾；西向窗推薦采用的遮陽(yáng)形式為遮陽(yáng)篷。用戶也可根據(jù)喜好選擇可調(diào)節(jié)百葉或活動(dòng)遮陽(yáng)窗扇作為遮陽(yáng)構(gòu)件使用。

除了文中提到的固定遮陽(yáng)構(gòu)件、活動(dòng)遮陽(yáng)構(gòu)件及玻璃自遮陽(yáng)外，綠化遮陽(yáng)也應(yīng)該是為建筑師所運(yùn)用的遮陽(yáng)方式。但由于建筑設(shè)計(jì)工作的產(chǎn)業(yè)化，綠化設(shè)計(jì)通常被歸于園林設(shè)計(jì)或環(huán)藝設(shè)計(jì)，沒(méi)有受到建筑師的重視。

綠化遮陽(yáng)作為一種生態(tài)環(huán)保的遮陽(yáng)形式，過(guò)去就一直被人們應(yīng)用于單多層建筑，常見的如在建筑周邊種植喬木，以達(dá)到遮陽(yáng)的效果；種植草坪灌木以達(dá)到改善微環(huán)境的作用；種植爬墻植物、搭設(shè)葡萄架等，以達(dá)到建筑外墻遮陽(yáng)的效果。如今，隨著人們對(duì)于生態(tài)、綠色建筑的進(jìn)一步的認(rèn)知與追求，在越來(lái)越多的高層建筑中設(shè)計(jì)了綠化區(qū)域，進(jìn)行灌木及喬木的種植，以達(dá)到綠化遮陽(yáng)及改善微氣候的效果。