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摘要：建筑遮阳在欧美国家应用得十分普遍，有些欧洲国家几乎家家户户都用上了遮阳，记载着遮阳发展的历史足迹，而中国的建筑遮阳起步比较晚，并且结合我国的国情属于高层/超高层建筑居多，与欧美国家的建筑遮阳技术手段还存在着非常明显的区别。另一方面，我国建筑遮阳市场非常大，年新建建筑量占世界新建建筑量的一半左右，这给了我国建筑遮阳行业一个发展契机，结合国外先进经验和我们的自身实践，能够赶上并与世界先进水平同步，并有机会世界领先。
建筑外围护结构主要由外墙/楼板（词条“楼板”由行业大百科提供）和门窗/幕墙组成，其中外墙/楼板作为不透明结构，以保温效果为先，保温效果越高越好。常见的保温技术如增加墙体厚度，改善墙体材料，增设外墙保温层等，现在应用已经非常广泛和成熟。而门窗/幕墙作为透明结构，则需要兼具保温和通风的功能，需要在冬夏冷暖的动态中调节建筑内部的舒适度，外遮阳系统作为门窗/幕墙系统的补充，已经独立出来，作为外围护结构建筑节能的新颖有效的手段。
关键词：外围护;节能技术;遮阳;中空玻璃
随着城市化的发展和设计水平的提高以及节能环保观念的增强，特拉维夫的很多建筑都采用节能玻璃外墙，其中Parallelo水平玻璃行政大楼就是一个典型的例子。中空玻璃内置遮阳产品是传统的遮阳产品与新型技术的结晶，它具备了中空玻璃和遮阳产品的综合性功能，包括：遮阳、保温、隔音、调节采光（词条“采光”由行业大百科提供）、防火、抗寒、私密性、节省空间、便于清理等。对于建筑玻璃节能，可以定义为在一定周期时间的条件下，使建筑能耗降到较低的程度下同时获得较好的热舒适度、照明舒适度和视觉舒适度。动态调节任何具有各种性能的功能玻璃，不管是超白玻璃或高效选择性透光Low-E玻璃，由于其性能是不可改变的，都不可能同时满足一年四季，一天24小时建筑内对热舒适性和视觉舒适性的需求[1]。建筑玻璃（词条“建筑玻璃”由行业大百科提供）节能的关键在于对热辐射透过率和透光率的双向动态调节控制，只有这样才有可能最终实现“零耗能建筑”。
一、住宅建筑能耗分析
(一)建筑能耗现状
根据中国建筑协会能耗统计专业委员会2018年11月发布的《中国建筑能耗研究报告》，指出：建筑能耗占全国能源消耗比重的20.6%，建筑碳排放占全国能源碳排放的19.4%，并且住宅建筑碳排放量占比达到了41%，还尚有增加趋势。经统计，电力仍是建筑碳排放的主要来源，并且全国建筑碳排放总量整体呈现出持续增长趋势，2016年达到19.61亿t，较2000年6.68亿t增长了约6.68亿t，增长了约3倍，年均增长6.96%。针对住宅建筑，冬冷夏热地区的节能改造是建筑节能的重点工作。随着城镇化水平的提高，住宅建筑比例将进一步扩大，而冬冷夏热地区是我国主要采暖（词条“采暖”由行业大百科提供）特征之一，因此本文以冬冷夏热地区住宅建筑为例，分析外围护结构的节能技术。
(二)采暖特征与住宅建筑特征
严格意义上讲，冬冷夏热地区由于地理特殊，并不是传统意义上的采暖区划，并且，根据我国历史等原因，冬冷夏热地区住宅建筑的集中供暖未施行，仅秦岭淮河以北区域进行了集中供暖，因此针对未集中供暖区域，节能设计材料方式等多样化，导致冬冷夏热地区住宅建筑外围护结构形式各异，热工性能较差。由于冬冷夏热地区供暖期短，很难实现全空间集中供暖。然而，冬冷夏热地区在我国分布较广，夏季闷热多雨，冬季湿冷，年降水量大，从气候特点和历史情况看，该地区应加强建筑外围护结构的节能技术应用，以解决建筑能耗问题。住宅建筑，顾名思义是指供家庭居住使用的建筑。是人们休息和日常活动的主要场所，因此，住宅建筑构造的热工性能直接影响到人们的生产生活[2]。
二、住宅建筑外围护结构节能构造设计
(一)外窗构造节能设计
众所周知，门窗是住宅建筑外围护构件中热工性能最差的构造之一，降低了建筑室内的热舒适性，增加住宅能耗。考虑门的占比很少，因此本节以外窗为例，外窗是房间通风采光必不可少的构造，夏冬季传热方向不同，门窗的节能主要从传热系数，遮蔽系数，空气渗透（词条“空气渗透”由行业大百科提供）性以及可见光透过率（词条“可见光透过率”由行业大百科提供）等指标考虑，材料参数不同，热工性能就不同，因此可通过材料调整达到外窗节能需要。而建筑节能设计主要从以下方面控制。
控制窗墙比。窗墙比主要由建筑朝向确定，外窗是建筑节能的软肋和短板，因此从节能角度出发，应限制窗墙比，窗墙比越大，建筑的能耗也就越多，在满足采光需要的前提下，应控制窗墙比。
提高窗户气密性（词条“气密性”由行业大百科提供）能。窗户是否密封，直接决定了室内外冷热交换的途径与速度的不同，窗户的气密性能是影响能耗的重要方面，气密性并不是绝对的密不透风，达到要求标准即可，从节能角度看，可通过改善外窗与窗框的接触方式与密闭方式实现。
提高外窗保温性能。主要通过材质和构造形式实现，材质不同，保温性能不同，因此可选用保温隔热指标较好的材料。但构造形式的不同，能显著提高外窗的保温性能，例如可将薄壁实腹型构造替换为空心型构造，特殊条件下可采用多层中空构造。当然，也可从外穿遮阳方面入手，通过内遮阳和外遮阳或结合的手段，在炎热天气时，吸收入射的太阳热能，避免太阳辐射直接射入室内，有利于减弱对室内温度的影响，达到节能目的[3]。
(二)外墙构造节能设计
外墙是住宅建筑的主要构件之一，占比很大，是建筑内外环境进行能量交换的主要媒介，外墙的节能构造设计除墙体材料性能外，主要通过在不同位置设置保温层，常见的主要包括外墙外保温，外墙内保温和夹心保温形式(如图1)。
三、内置可调遮阳节能玻璃性能
(一)遮阳性能
内置可调遮阳中空节能玻璃(如图2)，由于在中空玻璃中内置有不同的遮阳帘，不论其什么遮阳形式，遮阳帘面料的遮阳系数可以选择。面料的最小遮阳系数都可以低于0.1。当遮阳帘关闭完全伸展时，通常都可以遮挡太阳辐射的60%及以上，遮阳系数可以调节到<0.25在夏季可以满足建筑节能设计要求。就可以降低空调制冷能耗的25%，当遮阳帘开启或者收回时，其遮阳系数最大值可以达到玻璃的遮阳系数。在冬季可以同样满足建筑节能设计要求>0.6。通常可以降低供暖能耗10%。如果对控制辐射得热有进一步要求时，中空玻璃还可以采用低辐射镀膜玻璃，镀膜面的辐射率（词条“辐射率”由行业大百科提供）可以达到0.08-0.15，同时低辐射膜层对长波有较高的反射能力，从而将室内的长波能量反射回建筑中。中空玻璃也可以采用吸热玻璃（词条“吸热玻璃”由行业大百科提供），吸收的太阳光能可以转换为热能，通过对流进行扩散，减少进入室内的能量，中空玻璃还可以采用热反射镀膜玻璃，减少太阳能透射率。但一般中空玻璃配上遮阳帘已经满足使用要求[4]。
(二)隔热性能
中空玻璃的隔热性能一般主要受空气层中空气，空氧层厚度，及气体导热系数影响，现在在中空玻璃中置入遮阳帘，将会改变隔热性能。以内置百叶的5+19A+5中空玻璃为例：帘片全部闭合时传热系数一般在2.47W/m2K，如果用传热系数更低的遮阳面料，将空气层分割为两部分，无论对空气层的传导还是对流都有所降低，隔热效果将有所提高。
(三)安全性能
中空玻璃装置在铝合金窗中，其安全性表现在抗风压（词条“风压”由行业大百科提供）、气密性、水密性、防火性等方面。由于中空玻璃和铝合金窗采用硅胶密封，与其他外遮阳相比，抗风压，抗冲击力，气密性，水密性体现出明显优点，一般外遮阳只限于20m高度以下，如果超过20m的必须经过遮阳设计校核。而目前使用可调遮阳中空玻璃铝合金（词条“合金”由行业大百科提供）窗，已经很安全地使用到50m以上。由于内置可调遮阳玻璃的内置遮阳帘被玻璃保护，不会受楼层上方的烟头，火种及节日焰火、爆竹等影响防火性能是安全的。从安全性能的角度看，可调遮阳中空玻璃，特别适用于高层建筑，沿海建筑。
(四)操作性能
目前的内置百叶中空玻璃基本上仍然采用磁控把手型式的手工操作(如图3)，操作者动作必须柔和，加速度不能过大，否则往往会出现把手脱落现象，对不了解操作要领的第一次操作者，往往造成失误。手控的区间受人体的身高和臂长制约，因而中空玻璃面积及尺寸受到制约，一般最大宽度或高度均不超过2m，提高操作性能的出路在于电机驱动。如果采用电动驱动，电机的最小径向尺寸决定了中空玻璃空气层的最大厚度，为此，适合16A、19A的电机还需开发，应用成熟的遮阳帘电机其玻璃中空气层厚度将需要增厚到21A、27A、60A。当前开发的太阳能遮阳帘电机不需要与市电网连接，开辟了广阔的应用空间。太阳能遮阳帘电机的光伏板与电机一体，初次使用可以太阳光充电也可以市电充电，充电后连接遮阳帘，电池工作时限可以1-2小时，由于遮阳帘电机是间歇式工作，每次1-2分钟，电池拥有很大余量，可以在无光的时段里继续工作，光伏电板不需要太阳强辐射，只要有光亮的时间段就可充电蓄电，这种新能源驱动的内置可调遮阳节能玻璃，更节能、更安全、更方便，更便于操作[5]。
(五)采光性能
可调遮阳节能玻璃中的遮阳可调，其伸展、收回、开启、闭合在很大范围内调节光线，理论上可以在全亮光到无光的区间内调整，适当的调节可以在遮挡太阳强辐射的同时确保室内的良好采光，不产生眩光还保持和室外优美自然的沟通，取得视觉舒适度。可调遮阳节能玻璃在采光性能上明显优于卷闸窗，同样也优于使用吸热玻璃和热反射膜玻璃，由于这些遮阳产品的可见光透光率很低，室内会采光不足，往往出现在大太阳的天，室内另行开灯的现象，显然没有利用好太阳能，到了寒冷地区的冬季又无法有效地利用太阳能作为室内热源之一。作为镀膜中空玻璃有各种节能方式，无论如何其控制或减低辐射的节能方式是静态的，单向的，其最佳的节能效果只是针对某个时段而言的，在实际使用中受地域，受季节影响，有一定局限性，而使用内置可调遮阳中空玻璃成为动态的，双向的，在一年四季综合节能效果上显然优于前者。在视觉舒适性方面，一般镀膜中空玻璃是有色的，颜色且是凝固的，而内置可调遮阳的是自然的，可以调节的[6]。
(六)机械耐久性能
中空玻璃是用硅胶、丁基胶（词条“丁基胶”由行业大百科提供）等密封胶合片的，对内置的遮阳帘的机械耐久性有较高的要求，所有的零部件都应该经受10000次操作循环以上的考验，对尺寸小的手动的要求伸展收回超过30000次，开启闭合超过60000次。绳子、面料、塑料件均要承受得起阳光强辐射。虽然中空玻璃的玻璃往往通过钢化、双钢化、半钢化但在特殊状况下，造成破损的可能性依然存在。但破损后迅速采取售后服务响应至为重要，如果生产厂重新来上门量尺寸，量规格，再回去复制，这样修复的周期会很长。有的公司已经建立了追溯识别系统，或者芯片读码系统，一旦破损，通过物业管理，使用读码器就可以知道什么公司，什么时候，什么款式，什么尺寸，可以在第一时间要求供应商搜索库存信息，尽快发运，安排人员上门修复，提供售后服务。尽管普通中空玻璃也会发生类似的问题，但内置可调遮阳节能玻璃具有不同规格，不同款式，尽管已经具有相当的机械耐久性，采取更完善的售后服务，将增强使用者信心。
四、内置遮阳中空玻璃设计
(一)内置遮阳中空玻璃
参见图4，这款拉绳卷帘窗，包括框体1、驱动组件2、传动组件3、卷帘组件4，所述框体1包括上框11和侧框12，所述传动组件3设于所述上框11内，所述侧框12连接于所述上框11的两侧，所述驱动组件2包括拉手21和卷绳22，所述卷绳22首尾连接并绕于所述拉手21上，所述驱动组件2还包括控制机构23，所述卷绳22的两端分别缠绕于所述拉手21和所述控制机构23上，所述卷绳22能够在所述拉手21和所述控制机构23中循环移动，所述卷绳22可以正向或反向移动。
驱动组件2设于所述侧框12的外部，所述驱动组件2不与所述侧框12连接，所述侧框12上无需设有给所述拉手21导向的导轨和凹槽。所述传动组件3设于所述驱动组件2和所述卷帘组件4之间，用于使所述驱动组件2能够带动所述卷帘组件4。具体地，所述传动组件3包括转向机构31和齿轮组32，所述转向机构31设于所述上框11内，所述控制机构23与所述转向机构31相连接，所述转向机构31能够将所述卷绳22的旋转方向转化为所述卷帘组件4的旋转方向，所述转向机构31与所述齿轮组32连接，所述转向机构31能够带动所述齿轮组32进行转动，所述卷帘组件4包括卷帘管41和帘体42，所述卷帘管41的两端与所述齿轮组32连接，所述卷帘管41的侧部与所述帘体42连接，所述卷帘管41旋转时，能够带动所述帘体42绕着所述卷帘管41转动，所述卷绳22带动所述转向机构31旋转时，所述齿轮组32能够带动所述卷帘管41转动，所述卷帘管41转动时能够带动所述帘体42展开或卷收，从而实现对所述帘体42的手动控制。
拉绳卷帘传动装置
拉绳卷帘传动装置包括驱动组件和传动组件，所述驱动组件设于所述中空卷帘窗的中空玻璃的外侧，所述传动组件设于所述中空卷帘窗的中空玻璃的内侧，所述驱动组件包括卷绳、第一传动机构和第二传动机构，卷绳卷绕于所述第一传动机构上，第二传动机构与所述第一传动机构连接，第二传动机构上设有第一磁吸件，传动组件包括转向机构，转向机构包括第二磁吸件，第二磁吸件的位置与第一磁吸件的位置相对应，第二磁吸件能够跟随所述第一磁吸件转动。采用本实用新型，能够从中空玻璃的外部对卷帘机构进行控制，能够节省安装空间，而且控制便捷。
所述驱动组件设于所述中空玻璃的外部，所述传动组件设于所述中空玻璃的内部，所述传动组件包括转向机构和齿轮组，所述转向机构设于所述上框内，所述控制机构与所述转向机构相连接，所述转向机构与所述齿轮组连接，组件包括卷帘管和帘体，两端与所述齿轮组连接，侧部与所述帘体连接，齿轮组能够带动卷帘管转动，卷帘管转动时能够带动帘体展开或卷收。
从价格角度看，可调遮阳中空玻璃可以和LOW-E玻璃(如图5)作比较，使用内置百叶中空玻璃比中空LOW-E玻璃增加320元/m2，通常一半的窗，需要增加遮阳设施，如果一半使用内置中空玻璃窗，那就只增加110元/m2，如果以6m2建筑面积使用1m2窗计成本，即每平方米建筑面积增加18元。相对于节能效果，这个增加的成本完全可以在以后使用的成本中收回。
结语：
在建筑遮阳系统中，主要分为内遮阳和外遮阳两类。外遮阳能更有效地阻挡辐射热，因此被认为是更有效地遮阳形式而在欧美国家广泛应用，与之相比内遮阳更偏向私密性，功能性和装饰性，其节能属性弱化。传统的外遮阳产品有室外铝合金百叶帘，室外织物帘/篷，室外铝合金硬卷帘等。内置可调遮阳中空节能玻璃作为一种比较新颖的外遮阳产品，已经在江苏，上海，福建等地进行了项目实践，其节能效果和美观性等优点得到了用户的普遍认可。
参考文献：
[1]许伟平,徐静涛,王宁生,吕银燕. 辐射制冷外围护结构综合节能技术研究[C].2020国际绿色建筑与建筑节能大会论文集,2020:418-422.
[2]牟文瑶. 热致调光中空玻璃在重庆地区的适用性研究[D].重庆大学,2020.
[3]郝慧敏,赵宇飞,籍存德,陈雄.冬冷夏热地区住宅建筑外围护结构节能技术研究[J].居业,2020(01):102-103.
[4]李昊. 内置透明薄膜多腔中空玻璃的热工性能研究[D].华南理工大学,2019.
[5]任世伟,刘翼,赵春芝,蒋荃. 遮阳中空玻璃的检测及优化设计[C].第九届无机材料结构、性能及测试表征技术研讨会(TEIM2018)摘要集.[出版者不详],2018:19.
[6]李卉欣,刘雄心.民用建筑外围护结构节能施工技术研究[J].企业科技与发展,2018(05):139-141+144.
作者单位：汉狮光动科技(广东)有限公司
