安徽省建筑设计研究总院股份有限公司 沈言章 王东红
一、引言：
为了获得良好的日照和采光，建筑使用了大量的透明玻璃外窗。在夏季，大量的太阳直射光会透过外窗照进室内，导致室内温度升高、空调能耗增加。在冬季，阳光透过南向的透明外窗会加热建筑内部的墙体、地面，使室内更加温暖，降低供暖能耗。因此，利用遮阳来控制阳光的照射是建筑设计中重要的一个环节。
二、遮阳原理
遮阳可以通过自然景观或建筑元素提供，具体设计取决于太阳方位和建筑的朝向。例如，南向外窗上方的挑檐能够在正午太阳高度角非常高的时候有效的起到遮阳的作用。然而对于下午太阳下山时西向的外窗，这种横向的遮阳装置就无法起到遮阳的作用。
遮阳的意义：在夏季阻止太阳直射光并在冬季允许直射光进入
三、遮阳的种类
遮阳的形式有很多，可以分为外遮阳、内遮阳、中间遮阳、自遮阳、环境遮阳。
l 外遮阳主要包括固定外遮阳和活动外遮阳。固定外遮包括水平式遮阳、垂直式遮阳、挡板式遮阳、综合式遮阳形式。活动外遮阳包括活动百叶遮阳、遮阳篷、遮阳卷帘等。一般来说，对于南向的外窗，横向的固定或者活动遮阳装置可以起到很好的效果。但对于东向和西向的外窗，由于其受阳光照时太阳高度角很低且方位的变化较快，横向遮阳装置无法遮挡太阳直射光。此时使用竖向遮阳装置，而且最好是采用活动遮阳装置才能达到良好的遮阳效果。
固定外遮阳（左为水平式、右为垂直式）
合肥银泰中心活动竖向遮阳
商业店铺门口的可拉伸遮阳蓬
l 内遮阳装置主要是在室内安装百叶窗帘、百叶窗、拉帘、卷帘等。主要用于防止眩光，提高视觉质量，没有明显的隔热效果。
室内百叶窗
l 中间遮阳装置是指在双层或三层玻璃窗内增加活动遮阳措施的装置，例如中置百叶窗。在受外观的限制下，中置遮阳是一种很好的兼顾立面造型和隔热效果的措施。从2017年1月1日开始，合肥市的住宅小区对东向、西向、南向外窗面积比较大的一些卧室和客厅在建造时就使用了这一类的外窗。
中置百叶窗
l 自遮阳主要指的是采用吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃等遮阳系数小、性能好的玻璃。目前已经在各类建筑中广泛使用。
低辐射玻璃外窗
l 环境遮阳包括周边的树木和建筑产生的遮阳效果。
利用一些乔木冬季落叶的特性进行遮阳
周边建筑产生的遮阳效果
四、安徽省适宜的建筑遮阳措施
安徽省位于我国的华东地区，介于东经114°54′-119°37′，北纬29°41′-34°38′之间。以合肥市为例，从下面的太阳轨迹图中可以看出，在夏至日，太阳从东北方升起，从西北方落下，正午太阳高度接近90度。在冬至日，太阳从东南方升起，西南方落下，正午太阳高度不到40度。因此，对于我省的建筑，东向、西向、南向的外窗需要采取遮阳措施。而且对于一些非正南正北朝向的建筑，由于夏季西晒的问题比较严重，其原本为北向的外窗也需要采取遮阳措施。
合肥市全年太阳轨迹图
注：四周黑色字体标注的是太阳方位角，正上方为正北方向，为0o，正东方向为90 o。中间的灰色虚线表示的是太阳高度角，中心为90 o，最边缘为0o。蓝色线条表示的是合肥地区太阳在不同日期、不同时间所处的方位和高度。
为便于直观理解，下面利用电脑软件和简单的建筑模型进行展示。以一个四面均设外窗的小房间为例，采用合肥市的经纬度。在空调能耗较高而且西晒问题比较严重的夏至日（6月21日），上午6点15分时，太阳已经透过北侧和东侧的外窗进入室内。9点时阳光无法透过北向的外窗，室内的光线主要从东侧的外窗透过。9点半时阳光开始从南侧的外窗射入。12点附近时，阳光仅从南侧外窗射入。12点15分开始从西侧外窗射入，下午3点30分附近开始从北侧外窗射入，下午5点时从西侧外窗直射到地板上的面积达到最大。
模型展示
注：房间长5米，宽3米，高3米，四面均设外窗的小房间，黄色圆弧所示为太阳在夏至日这一天的轨迹，黄点表示太阳的位置。
6点15分（东北视角）
9点（东视角）
12点（东北视角）
下午5点（西北视角）
以南向外窗为例，下面两张图所示，若想在夏季完全挡住直射光，仅需在外窗上方设置一个深23cm的挡板即可，且在冬季不影响阳光照进室内。
采用横向遮阳措施后直射光被完全遮挡
在冬至日正午能让全部阳光照进室内
由于我们的城市规划要求沿路的建筑立面需要与道路流线相协调来保证城市的美观。因此平日里我们遇到的建筑，并不全都是正南正北的朝向，会随着道路的走向，有一定的偏转。以合肥市繁华大道与宿松路交叉口为例，道路的通行方向迫使周边的建筑以南偏东或偏西的形式设计和建造。这些建筑的北立面在夏季的下午将会受到长时间的太阳直射光的影响。
繁华大道与宿松路交叉口卫星图
注：图片正上方为正北方向
以上图左圈内的安徽省建筑设计研究总院股份有限公司总部大楼（办公建筑）为例。如下面的总图所示，该建筑整体为南偏东29度，建筑的东北立面、东南立面、西南立面、西北四个立面均有开窗，但从日照轨迹的模拟结果来看，由于东北立面的东侧存在待建的高层建筑，且办公楼在东侧和西侧空中花园的楼板对下方的办公用房形成了遮挡，使本办公楼的东北立面产生了一片天然的遮阳区。因此，本办公楼的遮阳设计重点在于东南、西南和西北三个立面，为了解决这三个立面的遮阳问题，设计师们采取了一系列措施。
建筑总平面彩图
首先在每一个楼层的外窗上方均设计了挑出的花池，一方面可以种植花草，另一方面可以起到横向遮阳的作用。其次，建筑整体呈“凹”字形，主要的办公区设置在凹槽内部，利用顶部未凹进去的楼层进行自我遮挡，使夏至日正午时分整个东南立面的办公房间均处在阴影范围内，不受太阳直射光的影响（下图所示）。此外，通过合理的平面布局，把不需要进行空气调节的房间放在东侧和西侧，例如卫生间、消防通道、电梯厅等。在每层架空设置空中花园，利用花园的楼板对下一层办公用房的外窗进行遮阳。
南立面的水平外挑花池和“凹”字形平面
每层的空中花园对下一层的办公用房产生遮阳效果
夏至日早上7点东侧的待建建筑对本办公楼起到了遮挡的效果
根据日照模拟的结果，夏至日下午2点30分开始横向的挑板已无法完全遮住北侧的外窗，阳光将照进室内。对此，设计师们在该立面设置了竖向固定外遮阳板作为主要手段，并设置垂直网架利用夏季爬藤植物的竖向生长进一步增加遮阳效果。下面第二张图阐述了花池加竖向遮阳板起到的遮阳效果。
经过以上遮掩措施，可以确保办公空间在夏季工作时间内不受太阳直射光的影响，提高室内舒适度，降低空调系统的能耗。
夏至日下午2点30分西北立面太阳直射光
原理示意：同一时间在加入水平外挑构件与竖向遮阳后不再有直射光
大楼西北立面实景图
五、其他有创意的设计
随着可持续发展理念的贯彻落实，遮阳技术发展迅猛，除了以上介绍的遮阳设计，太阳能光伏与遮阳一体化设计、变色玻璃等技术为建筑设计带来了新的理念。相信今后我省经济实力增强，相关的前沿设计会更加为人们所熟知和应用。
太阳能光伏电池板与横向遮阳的结合
