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摘要：建筑遮陽在歐美國家應用得十分普遍，有些歐洲國家幾乎家家戶戶都用上了遮陽，記載著遮陽發展的歷史足跡，而中國的建筑遮陽起步比較晚，并且結合我國的國情屬于高層/超高層建筑居多，與歐美國家的建筑遮陽技術手段還存在著非常明顯的區別。另一方面，我國建筑遮陽市場非常大，年新建建筑量占世界新建建筑量的一半左右，這給了我國建筑遮陽行業一個發展契機，結合國外先進經驗和我們的自身實踐，能夠趕上并與世界先進水平同步，并有機會世界領先。
建筑外圍護結構主要由外墻/樓板（詞條“樓板”由行業大百科提供）和門窗/幕墻組成，其中外墻/樓板作為不透明結構，以保溫效果為先，保溫效果越高越好。常見的保溫技術如增加墻體厚度，改善墻體材料，增設外墻保溫層等，現在應用已經非常廣泛和成熟。而門窗/幕墻作為透明結構，則需要兼具保溫和通風的功能，需要在冬夏冷暖的動態中調節建筑內部的舒適度，外遮陽系統作為門窗/幕墻系統的補充，已經獨立出來，作為外圍護結構建筑節能的新穎有效的手段。
關鍵詞：外圍護;節能技術;遮陽;中空玻璃
隨著城市化的發展和設計水平的提高以及節能環保觀念的增強，特拉維夫的很多建筑都采用節能玻璃外墻，其中Parallelo水平玻璃行政大樓就是一個典型的例子。中空玻璃內置遮陽產品是傳統的遮陽產品與新型技術的結晶，它具備了中空玻璃和遮陽產品的綜合性功能，包括：遮陽、保溫、隔音、調節采光（詞條“采光”由行業大百科提供）、防火、抗寒、私密性、節省空間、便于清理等。對于建筑玻璃節能，可以定義為在一定周期時間的條件下，使建筑能耗降到較低的程度下同時獲得較好的熱舒適度、照明舒適度和視覺舒適度。動態調節任何具有各種性能的功能玻璃，不管是超白玻璃或高效選擇性透光Low-E玻璃，由于其性能是不可改變的，都不可能同時滿足一年四季，一天24小時建筑內對熱舒適性和視覺舒適性的需求[1]。建筑玻璃（詞條“建筑玻璃”由行業大百科提供）節能的關鍵在于對熱輻射透過率和透光率的雙向動態調節控制，只有這樣才有可能最終實現“零耗能建筑”。
一、住宅建筑能耗分析
(一)建筑能耗現狀
根據中國建筑協會能耗統計專業委員會2018年11月發布的《中國建筑能耗研究報告》，指出：建筑能耗占全國能源消耗比重的20.6%，建筑碳排放占全國能源碳排放的19.4%，并且住宅建筑碳排放量占比達到了41%，還尚有增加趨勢。經統計，電力仍是建筑碳排放的主要來源，并且全國建筑碳排放總量整體呈現出持續增長趨勢，2016年達到19.61億t，較2000年6.68億t增長了約6.68億t，增長了約3倍，年均增長6.96%。針對住宅建筑，冬冷夏熱地區的節能改造是建筑節能的重點工作。隨著城鎮化水平的提高，住宅建筑比例將進一步擴大，而冬冷夏熱地區是我國主要采暖（詞條“采暖”由行業大百科提供）特征之一，因此本文以冬冷夏熱地區住宅建筑為例，分析外圍護結構的節能技術。
(二)采暖特征與住宅建筑特征
嚴格意義上講，冬冷夏熱地區由于地理特殊，并不是傳統意義上的采暖區劃，并且，根據我國歷史等原因，冬冷夏熱地區住宅建筑的集中供暖未施行，僅秦嶺淮河以北區域進行了集中供暖，因此針對未集中供暖區域，節能設計材料方式等多樣化，導致冬冷夏熱地區住宅建筑外圍護結構形式各異，熱工性能較差。由于冬冷夏熱地區供暖期短，很難實現全空間集中供暖。然而，冬冷夏熱地區在我國分布較廣，夏季悶熱多雨，冬季濕冷，年降水量大，從氣候特點和歷史情況看，該地區應加強建筑外圍護結構的節能技術應用，以解決建筑能耗問題。住宅建筑，顧名思義是指供家庭居住使用的建筑。是人們休息和日常活動的主要場所，因此，住宅建筑構造的熱工性能直接影響到人們的生產生活[2]。
二、住宅建筑外圍護結構節能構造設計
(一)外窗構造節能設計
眾所周知，門窗是住宅建筑外圍護構件中熱工性能最差的構造之一，降低了建筑室內的熱舒適性，增加住宅能耗。考慮門的占比很少，因此本節以外窗為例，外窗是房間通風采光必不可少的構造，夏冬季傳熱方向不同，門窗的節能主要從傳熱系數，遮蔽系數，空氣滲透（詞條“空氣滲透”由行業大百科提供）性以及可見光透過率（詞條“可見光透過率”由行業大百科提供）等指標考慮，材料參數不同，熱工性能就不同，因此可通過材料調整達到外窗節能需要。而建筑節能設計主要從以下方面控制。
控制窗墻比。窗墻比主要由建筑朝向確定，外窗是建筑節能的軟肋和短板，因此從節能角度出發，應限制窗墻比，窗墻比越大，建筑的能耗也就越多，在滿足采光需要的前提下，應控制窗墻比。
提高窗戶氣密性（詞條“氣密性”由行業大百科提供）能。窗戶是否密封，直接決定了室內外冷熱交換的途徑與速度的不同，窗戶的氣密性能是影響能耗的重要方面，氣密性并不是絕對的密不透風，達到要求標準即可，從節能角度看，可通過改善外窗與窗框的接觸方式與密閉方式實現。
提高外窗保溫性能。主要通過材質和構造形式實現，材質不同，保溫性能不同，因此可選用保溫隔熱指標較好的材料。但構造形式的不同，能顯著提高外窗的保溫性能，例如可將薄壁實腹型構造替換為空心型構造，特殊條件下可采用多層中空構造。當然，也可從外穿遮陽方面入手，通過內遮陽和外遮陽或結合的手段，在炎熱天氣時，吸收入射的太陽熱能，避免太陽輻射直接射入室內，有利于減弱對室內溫度的影響，達到節能目的[3]。
(二)外墻構造節能設計
外墻是住宅建筑的主要構件之一，占比很大，是建筑內外環境進行能量交換的主要媒介，外墻的節能構造設計除墻體材料性能外，主要通過在不同位置設置保溫層，常見的主要包括外墻外保溫，外墻內保溫和夾心保溫形式(如圖1)。
三、內置可調遮陽節能玻璃性能
(一)遮陽性能
內置可調遮陽中空節能玻璃(如圖2)，由于在中空玻璃中內置有不同的遮陽簾，不論其什么遮陽形式，遮陽簾面料的遮陽系數可以選擇。面料的最小遮陽系數都可以低于0.1。當遮陽簾關閉完全伸展時，通常都可以遮擋太陽輻射的60%及以上，遮陽系數可以調節到<0.25在夏季可以滿足建筑節能設計要求。就可以降低空調制冷能耗的25%，當遮陽簾開啟或者收回時，其遮陽系數最大值可以達到玻璃的遮陽系數。在冬季可以同樣滿足建筑節能設計要求>0.6。通常可以降低供暖能耗10%。如果對控制輻射得熱有進一步要求時，中空玻璃還可以采用低輻射鍍膜玻璃，鍍膜面的輻射率（詞條“輻射率”由行業大百科提供）可以達到0.08-0.15，同時低輻射膜層對長波有較高的反射能力，從而將室內的長波能量反射回建筑中。中空玻璃也可以采用吸熱玻璃（詞條“吸熱玻璃”由行業大百科提供），吸收的太陽光能可以轉換為熱能，通過對流進行擴散，減少進入室內的能量，中空玻璃還可以采用熱反射鍍膜玻璃，減少太陽能透射率。但一般中空玻璃配上遮陽簾已經滿足使用要求[4]。
(二)隔熱性能
中空玻璃的隔熱性能一般主要受空氣層中空氣，空氧層厚度，及氣體導熱系數影響，現在在中空玻璃中置入遮陽簾，將會改變隔熱性能。以內置百葉的5+19A+5中空玻璃為例：簾片全部閉合時傳熱系數一般在2.47W/m2K，如果用傳熱系數更低的遮陽面料，將空氣層分割為兩部分，無論對空氣層的傳導還是對流都有所降低，隔熱效果將有所提高。
(三)安全性能
中空玻璃裝置在鋁合金窗中，其安全性表現在抗風壓（詞條“風壓”由行業大百科提供）、氣密性、水密性、防火性等方面。由于中空玻璃和鋁合金窗采用硅膠密封，與其他外遮陽相比，抗風壓，抗沖擊力，氣密性，水密性體現出明顯優點，一般外遮陽只限于20m高度以下，如果超過20m的必須經過遮陽設計校核。而目前使用可調遮陽中空玻璃鋁合金（詞條“合金”由行業大百科提供）窗，已經很安全地使用到50m以上。由于內置可調遮陽玻璃的內置遮陽簾被玻璃保護，不會受樓層上方的煙頭，火種及節日焰火、爆竹等影響防火性能是安全的。從安全性能的角度看，可調遮陽中空玻璃，特別適用于高層建筑，沿海建筑。
(四)操作性能
目前的內置百葉中空玻璃基本上仍然采用磁控把手型式的手工操作(如圖3)，操作者動作必須柔和，加速度不能過大，否則往往會出現把手脫落現象，對不了解操作要領的第一次操作者，往往造成失誤。手控的區間受人體的身高和臂長制約，因而中空玻璃面積及尺寸受到制約，一般最大寬度或高度均不超過2m，提高操作性能的出路在于電機驅動。如果采用電動驅動，電機的最小徑向尺寸決定了中空玻璃空氣層的最大厚度，為此，適合16A、19A的電機還需開發，應用成熟的遮陽簾電機其玻璃中空氣層厚度將需要增厚到21A、27A、60A。當前開發的太陽能遮陽簾電機不需要與市電網連接，開辟了廣闊的應用空間。太陽能遮陽簾電機的光伏板與電機一體，初次使用可以太陽光充電也可以市電充電，充電后連接遮陽簾，電池工作時限可以1-2小時，由于遮陽簾電機是間歇式工作，每次1-2分鐘，電池擁有很大余量，可以在無光的時段里繼續工作，光伏電板不需要太陽強輻射，只要有光亮的時間段就可充電蓄電，這種新能源驅動的內置可調遮陽節能玻璃，更節能、更安全、更方便，更便于操作[5]。
(五)采光性能
可調遮陽節能玻璃中的遮陽可調，其伸展、收回、開啟、閉合在很大范圍內調節光線，理論上可以在全亮光到無光的區間內調整，適當的調節可以在遮擋太陽強輻射的同時確保室內的良好采光，不產生眩光還保持和室外優美自然的溝通，取得視覺舒適度。可調遮陽節能玻璃在采光性能上明顯優于卷閘窗，同樣也優于使用吸熱玻璃和熱反射膜玻璃，由于這些遮陽產品的可見光透光率很低，室內會采光不足，往往出現在大太陽的天，室內另行開燈的現象，顯然沒有利用好太陽能，到了寒冷地區的冬季又無法有效地利用太陽能作為室內熱源之一。作為鍍膜中空玻璃有各種節能方式，無論如何其控制或減低輻射的節能方式是靜態的，單向的，其最佳的節能效果只是針對某個時段而言的，在實際使用中受地域，受季節影響，有一定局限性，而使用內置可調遮陽中空玻璃成為動態的，雙向的，在一年四季綜合節能效果上顯然優于前者。在視覺舒適性方面，一般鍍膜中空玻璃是有色的，顏色且是凝固的，而內置可調遮陽的是自然的，可以調節的[6]。
(六)機械耐久性能
中空玻璃是用硅膠、丁基膠（詞條“丁基膠”由行業大百科提供）等密封膠合片的，對內置的遮陽簾的機械耐久性有較高的要求，所有的零部件都應該經受10000次操作循環以上的考驗，對尺寸小的手動的要求伸展收回超過30000次，開啟閉合超過60000次。繩子、面料、塑料件均要承受得起陽光強輻射。雖然中空玻璃的玻璃往往通過鋼化、雙鋼化、半鋼化但在特殊狀況下，造成破損的可能性依然存在。但破損后迅速采取售后服務響應至為重要，如果生產廠重新來上門量尺寸，量規格，再回去復制，這樣修復的周期會很長。有的公司已經建立了追溯識別系統，或者芯片讀碼系統，一旦破損，通過物業管理，使用讀碼器就可以知道什么公司，什么時候，什么款式，什么尺寸，可以在第一時間要求供應商搜索庫存信息，盡快發運，安排人員上門修復，提供售后服務。盡管普通中空玻璃也會發生類似的問題，但內置可調遮陽節能玻璃具有不同規格，不同款式，盡管已經具有相當的機械耐久性，采取更完善的售后服務，將增強使用者信心。
四、內置遮陽中空玻璃設計
(一)內置遮陽中空玻璃
參見圖4，這款拉繩卷簾窗，包括框體1、驅動組件2、傳動組件3、卷簾組件4，所述框體1包括上框11和側框12，所述傳動組件3設于所述上框11內，所述側框12連接于所述上框11的兩側，所述驅動組件2包括拉手21和卷繩22，所述卷繩22首尾連接并繞于所述拉手21上，所述驅動組件2還包括控制機構23，所述卷繩22的兩端分別纏繞于所述拉手21和所述控制機構23上，所述卷繩22能夠在所述拉手21和所述控制機構23中循環移動，所述卷繩22可以正向或反向移動。
驅動組件2設于所述側框12的外部，所述驅動組件2不與所述側框12連接，所述側框12上無需設有給所述拉手21導向的導軌和凹槽。所述傳動組件3設于所述驅動組件2和所述卷簾組件4之間，用于使所述驅動組件2能夠帶動所述卷簾組件4。具體地，所述傳動組件3包括轉向機構31和齒輪組32，所述轉向機構31設于所述上框11內，所述控制機構23與所述轉向機構31相連接，所述轉向機構31能夠將所述卷繩22的旋轉方向轉化為所述卷簾組件4的旋轉方向，所述轉向機構31與所述齒輪組32連接，所述轉向機構31能夠帶動所述齒輪組32進行轉動，所述卷簾組件4包括卷簾管41和簾體42，所述卷簾管41的兩端與所述齒輪組32連接，所述卷簾管41的側部與所述簾體42連接，所述卷簾管41旋轉時，能夠帶動所述簾體42繞著所述卷簾管41轉動，所述卷繩22帶動所述轉向機構31旋轉時，所述齒輪組32能夠帶動所述卷簾管41轉動，所述卷簾管41轉動時能夠帶動所述簾體42展開或卷收，從而實現對所述簾體42的手動控制。
拉繩卷簾傳動裝置
拉繩卷簾傳動裝置包括驅動組件和傳動組件，所述驅動組件設于所述中空卷簾窗的中空玻璃的外側，所述傳動組件設于所述中空卷簾窗的中空玻璃的內側，所述驅動組件包括卷繩、第一傳動機構和第二傳動機構，卷繩卷繞于所述第一傳動機構上，第二傳動機構與所述第一傳動機構連接，第二傳動機構上設有第一磁吸件，傳動組件包括轉向機構，轉向機構包括第二磁吸件，第二磁吸件的位置與第一磁吸件的位置相對應，第二磁吸件能夠跟隨所述第一磁吸件轉動。采用本實用新型，能夠從中空玻璃的外部對卷簾機構進行控制，能夠節省安裝空間，而且控制便捷。
所述驅動組件設于所述中空玻璃的外部，所述傳動組件設于所述中空玻璃的內部，所述傳動組件包括轉向機構和齒輪組，所述轉向機構設于所述上框內，所述控制機構與所述轉向機構相連接，所述轉向機構與所述齒輪組連接，組件包括卷簾管和簾體，兩端與所述齒輪組連接，側部與所述簾體連接，齒輪組能夠帶動卷簾管轉動，卷簾管轉動時能夠帶動簾體展開或卷收。
從價格角度看，可調遮陽中空玻璃可以和LOW-E玻璃(如圖5)作比較，使用內置百葉中空玻璃比中空LOW-E玻璃增加320元/m2，通常一半的窗，需要增加遮陽設施，如果一半使用內置中空玻璃窗，那就只增加110元/m2，如果以6m2建筑面積使用1m2窗計成本，即每平方米建筑面積增加18元。相對于節能效果，這個增加的成本完全可以在以后使用的成本中收回。
結語：
在建筑遮陽系統中，主要分為內遮陽和外遮陽兩類。外遮陽能更有效地阻擋輻射熱，因此被認為是更有效地遮陽形式而在歐美國家廣泛應用，與之相比內遮陽更偏向私密性，功能性和裝飾性，其節能屬性弱化。傳統的外遮陽產品有室外鋁合金百葉簾，室外織物簾/篷，室外鋁合金硬卷簾等。內置可調遮陽中空節能玻璃作為一種比較新穎的外遮陽產品，已經在江蘇，上海，福建等地進行了項目實踐，其節能效果和美觀性等優點得到了用戶的普遍認可。
參考文獻：
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[2]牟文瑤. 熱致調光中空玻璃在重慶地區的適用性研究[D].重慶大學,2020.
[3]郝慧敏,趙宇飛,籍存德,陳雄.冬冷夏熱地區住宅建筑外圍護結構節能技術研究[J].居業,2020(01):102-103.
[4]李昊. 內置透明薄膜多腔中空玻璃的熱工性能研究[D].華南理工大學,2019.
[5]任世偉,劉翼,趙春芝,蔣荃. 遮陽中空玻璃的檢測及優化設計[C].第九屆無機材料結構、性能及測試表征技術研討會(TEIM2018)摘要集.[出版者不詳],2018:19.
[6]李卉欣,劉雄心.民用建筑外圍護結構節能施工技術研究[J].企業科技與發展,2018(05):139-141+144.
作者單位：漢獅光動科技(廣東)有限公司
