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摘要：太阳能是我国大部分地区都可以利用的绿色能源，太阳能应用对于节约传统能源具有重要意义，在建筑立面及形体设计中，太阳能应用产品可同時对建筑产生遮阳效果。通过遮阳与太阳能应用结合方法进行探讨，选取太阳能遮阳设施安装位置、太阳能遮阳系统的影响因素和设计实例、设计手法分析三方面分析太阳能应用与遮阳一体化设计。通过一体化设计手法的探讨，对建筑设计中具有遮阳功能的太阳能应用的设计方法提出建议。
关键词：建筑技术 太阳能 建筑遮阳 建筑节能
在21世纪的世界发展浪潮中，可持续发展已成为毋庸置疑的发展主流。当前，中国的建筑能耗已接近社会终端总能耗的30%，到2020年将接近40%，因此降低建筑能耗、在建筑中使用绿色能源具有重要意义。太阳能是最重要的绿色能源之一，中国地处北半球欧亚大陆的东部，主要处于温带和亚热带，具有十分丰富的太阳能资源。21世纪可再生能源政策网站的统计报告表明，2010年各类可再生能源的增长率中光伏发电与太阳热能收集达到75%。太阳能集热器、太阳能光伏板可同時对建筑产生遮阳效果，通过合理设计可以在主要利用太阳能的同時，产生被动节能效果，对于太阳能应用、遮阳产品设计与建筑一体化具有重要意义。随着太阳能产品在建筑供热系统和自发电系统中的作用越来越重要，将能源产品和遮阳产品结合成新的建筑构件，应是建筑节能的一个发展方向。
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太阳能遮阳系统安装与分类
1.1太阳能遮阳设施安装面
太阳能遮阳设施安装面主要包括垂直安装面、水平采光项安装面及倾斜采光顶安装面（见图1）。垂直安装面最为普遍，能有效控制从墙体四周进入室内的太阳辐射：水平采光顶安装面及倾斜采光项安装面能有效解决大面积室内自然采光与太阳辐射过热问题，大量应用于大型公共建筑如机场、火车站、展览馆、图书馆等等，这类建筑一般周围开阔无遮挡，十分适合大面积光伏遮阳阵列的布置。
1.2太阳能与遮阳结合分类
太阳能与遮阳结合运用，常包括太阳能集热器遮阳和太阳能光电板遮阳两个方面。
太阳能集热器遮阳系统的核心是通过各种主动或者被动式的吸热蓄热构件在对太阳辐射进行吸收储存的同時对建筑提供遮阳保障。太阳能集热器遮阳根据集热器的安装位置，可分为阳台集热器遮阳（见图2）、挑檐集热器遮阳、墙面集热器遮阳（见图3）和幕墙集热器遮阳。图2为德州太阳谷太极轩的阳台空间集热器遮阳构件设置，遮阳构件既能满足遮阳与集热器的功能，也成为太极轩造型中的重要元素。
太阳能光伏遮阳系统的核心是通过光伏组件接受太阳辐射产生电能的同時阻挡太阳光对室内的照射从而达到节能效果。在这种遮阳体系中，光伏组件多被直接应用于屋面以及窗口遮阳当中。太阳能光电板遮阳根据材料加工工艺及安装方式的不同，主要分为常规组件遮阳和中空组件遮阳。
常规组件遮阳包括固定式光电遮阳（见图4），通过支架安装在建筑物的南向窗外的水平遮阳构件；可调节式太阳光电遮阳，可以通过电推杆调节光电板的角度，从而实现冬季最大程度透过阳光，夏季最大程度遮挡阳光，并使光电板可以达到最佳倾角，提高光电转化率。中空组件遮阳指采用特殊的材料和工艺，将光伏组件做成屋顶、窗户、幕墙等形状，既直接作为建筑材料使用，又利用太阳能发电，还为建筑提供外遮阳。
随着遮阳构件中百叶的大量应用，新的具有太阳能利用功效的百叶也被研发出来。一种百叶形式为光伏器件单面玻璃封装后与铝合金叶片组装，保持了遮阳叶片的流畅外形，外观统一整洁，铝叶片表面颜色多样，叶片强度好，可用于大跨距设计。
还有的百叶形式为光伏器件双面玻璃封装后直接作为遮阳叶片使用，大跨距時还需通过中心支撑主轴来传递荷载：通过调节光伏电池之间的间隙或在光伏电池上打孔，可以调节叶片的透光率，由于光伏电池的双面均能保持空气流畅，有利于降低电池片温度，提高发电效率，但这种封装形式外观较为凌乱，仍有待改进。
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太阳能遮阳系统的影响因素
太阳能与建筑遮阳相结合技术在建筑中得到应用的同時也对其所运行和依赖的环境和安装方式有着较为严格的要求，如果在设计中对这些因素考虑不足就会大大降低太阳能的利用效率。其中城市地理位置及其光照条件、建筑所处的基地环境和太阳能遮阳系统设置位置及形式都对太阳能遮阳系统的效率产生影响。
城市地理位置及其光照条件，主要体现在太阳的运行轨迹及太阳光照射强度，不同气候、不同纬度的城市有较大差异。太阳能系统发挥吸收太阳能的時间主要集中在上午9時至下午15時，因此应结合当地太阳高度角的特点选取适宜的角度。
建筑所处基地环境，主要涉及基地是否对建筑的朝向有较大限制，周边建筑与研究建筑之间的高度差异及建筑间间距大小。若基地对建筑的朝向有较大的限制，导致建筑偏离正南方向过多可能影响太阳能的发电效率：建筑立面利用太阳能的最佳角度应为建筑正南正负15°，当超过30°的偏差時，发电效率较差。周边建筑因高度差大、建筑间距小等会影响建筑低层部分太阳能产品的应用。
太阳能遮阳系统设置位置及形式也会对太阳能遮阳系统的效率有较大影响，如屋顶部分受周围环境的影响相对立面部分的影响小。与固定遮阳相结合的太阳能遮阳系统发电效率固定；而与可变遮阳相结合的太阳能遮阳系统则因为遮阳构件使用中的变化，使太阳能构件受光面产生改变，影响太阳能遮阳系统发电效率。
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太阳能遮阳实例设计手法分析
为了能更好地应用具有太阳能利用及遮阳双重功效的构件，建筑师在设计中也常对建筑形态进行改变以适应这种新的节能模式。
瑞典哥德堡林德霍尔姆的社区活动中心“齿轮”KUGGEN（见图5），重复的房间单元从北向支柱开始每层扩展2个房间单元，使得每层向南扩展了1500m2，为下层提供了遮阳，带光伏电池的自动遮阳板环绕建筑移动，既达到对室内的遮阳又满足发电的需求。 法国“Gebroula”住宅（见图6）在更新设计中，设计师J.P.Chiantello在顶部设计了一顶金属的“冠冕”形成包裹起顶层的坡屋面，在为顶层住户提供遮阳的同時将太阳能整合于坡屋面的南坡上，集热器作为屋面覆层与屋顶和谐的整合形成雕塑版的屋顶。在这个整合设计中，2块31.5m2的集热器的色彩与屋面的深灰色非常相近融合在一起，新加屋面的倾角为太阳能的集热提供了更好的角度。
挪威Oslo市的Bellona办公楼（见图7），南立面的每层墙体产生倾斜，形成波浪状，使墙面分为形成外倾面和内倾面，240块集热器被安装外倾面上，非常利于集热器的安装与采集热量。且这种倾斜模式，为下层空间提供了良好的遮阳性能。与整体造型发生的变化相比，在住宅、办公等常规建筑中，通过局部屋面或墙体的倾斜或波折来安装集热器，是种既方便设置集热器，又利于建筑遮阳构件的布局安排，能减少附加构件使用的设计策略。
奥地利ENW楼（见图8）包括40m2到90m2不等的61套住宅，1500m2的办公区和一个自助餐厅。太阳能是热水与采暖组合系统，提供14%总需求的热量。240m2的集热器被整合于屋顶的雨篷上，为建筑这栋非营利建筑提供能量的同時，为项层住户提供遮阳挡雨功能。
丹麦南部Toftlund的Bmndtland展览会议中心（见图9）运用了大规模的PV光电板阵列，这些半透明的光电板与中庭屋顶玻璃相结合，既作为发电元件，又可起到遮阳构件的作用，避免曝晒引起的过热。阳光穿过光电板在室内造成了有趣的光影效果，随着季节、天气以及每天時刻的不同而瞬息万变，使普通的中庭空间平添了无限生机。
丹麦哥本哈根Kollektivhuset残疾人公寓（见图10），在2002年的改造设计中，扩大并加封了玻璃阳台。阳台空间对室内形成气候缓冲区，并起到遮阳作用。玻璃立面由三层构成，外面一层为挡雨与降噪的玻璃面板，中间于栏杆位置整台设计了光电板系统，同時在室内的窗户位置附加了一层可以移动的平板玻璃。用户可以根据需求推拉或者关闭平板玻璃，排除或者利用光电板背面产生的热量。
以上这些实例的应用，展示出技术的运用可以促进或者改变建筑原本的形态，而并非单纯附加的构件。太阳能应用构件与遮阳构件的结合，是主动技术与被动技术的结合，既能利用太阳辐射热产生所需的能量，也能减少室内不需要的太阳辐射产生的不利影响。在建筑方案设计中，综合考虑室内热环境的需求，结合地域气候特色，对建筑形态或空间进行合理设计，有利于促进优质建筑的产生。
4 结语
将遮阳与太阳能应用相结合，既遮挡不需要的部分太阳辐射、降低建筑能耗，又可利用被遮挡的阳光，同時降低投资成本，具有广阔的发展前景。相对于普通的外遮阳装置，既节能环保，又节约了建筑的初投资。太阳能应用与遮阳的结合，既能满足建筑遮阳的需求，又是太阳能与建筑设计一体化的合理形式，一体化设计使太阳能应用、遮阳等节能技术措施与建筑整体结合良好，营造出独特的建筑特点与美感，成为技术与艺术的融合。
关键词：建筑技术 太阳能 建筑遮阳 建筑节能
在21世纪的世界发展浪潮中，可持续发展已成为毋庸置疑的发展主流。当前，中国的建筑能耗已接近社会终端总能耗的30%，到2020年将接近40%，因此降低建筑能耗、在建筑中使用绿色能源具有重要意义。太阳能是最重要的绿色能源之一，中国地处北半球欧亚大陆的东部，主要处于温带和亚热带，具有十分丰富的太阳能资源。21世纪可再生能源政策网站的统计报告表明，2010年各类可再生能源的增长率中光伏发电与太阳热能收集达到75%。太阳能集热器、太阳能光伏板可同時对建筑产生遮阳效果，通过合理设计可以在主要利用太阳能的同時，产生被动节能效果，对于太阳能应用、遮阳产品设计与建筑一体化具有重要意义。随着太阳能产品在建筑供热系统和自发电系统中的作用越来越重要，将能源产品和遮阳产品结合成新的建筑构件，应是建筑节能的一个发展方向。
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太阳能遮阳系统安装与分类
1.1太阳能遮阳设施安装面
太阳能遮阳设施安装面主要包括垂直安装面、水平采光项安装面及倾斜采光顶安装面（见图1）。垂直安装面最为普遍，能有效控制从墙体四周进入室内的太阳辐射：水平采光顶安装面及倾斜采光项安装面能有效解决大面积室内自然采光与太阳辐射过热问题，大量应用于大型公共建筑如机场、火车站、展览馆、图书馆等等，这类建筑一般周围开阔无遮挡，十分适合大面积光伏遮阳阵列的布置。
1.2太阳能与遮阳结合分类
太阳能与遮阳结合运用，常包括太阳能集热器遮阳和太阳能光电板遮阳两个方面。
太阳能集热器遮阳系统的核心是通过各种主动或者被动式的吸热蓄热构件在对太阳辐射进行吸收储存的同時对建筑提供遮阳保障。太阳能集热器遮阳根据集热器的安装位置，可分为阳台集热器遮阳（见图2）、挑檐集热器遮阳、墙面集热器遮阳（见图3）和幕墙集热器遮阳。图2为德州太阳谷太极轩的阳台空间集热器遮阳构件设置，遮阳构件既能满足遮阳与集热器的功能，也成为太极轩造型中的重要元素。
太阳能光伏遮阳系统的核心是通过光伏组件接受太阳辐射产生电能的同時阻挡太阳光对室内的照射从而达到节能效果。在这种遮阳体系中，光伏组件多被直接应用于屋面以及窗口遮阳当中。太阳能光电板遮阳根据材料加工工艺及安装方式的不同，主要分为常规组件遮阳和中空组件遮阳。
常规组件遮阳包括固定式光电遮阳（见图4），通过支架安装在建筑物的南向窗外的水平遮阳构件；可调节式太阳光电遮阳，可以通过电推杆调节光电板的角度，从而实现冬季最大程度透过阳光，夏季最大程度遮挡阳光，并使光电板可以达到最佳倾角，提高光电转化率。中空组件遮阳指采用特殊的材料和工艺，将光伏组件做成屋顶、窗户、幕墙等形状，既直接作为建筑材料使用，又利用太阳能发电，还为建筑提供外遮阳。
随着遮阳构件中百叶的大量应用，新的具有太阳能利用功效的百叶也被研发出来。一种百叶形式为光伏器件单面玻璃封装后与铝合金叶片组装，保持了遮阳叶片的流畅外形，外观统一整洁，铝叶片表面颜色多样，叶片强度好，可用于大跨距设计。
还有的百叶形式为光伏器件双面玻璃封装后直接作为遮阳叶片使用，大跨距時还需通过中心支撑主轴来传递荷载：通过调节光伏电池之间的间隙或在光伏电池上打孔，可以调节叶片的透光率，由于光伏电池的双面均能保持空气流畅，有利于降低电池片温度，提高发电效率，但这种封装形式外观较为凌乱，仍有待改进。
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太阳能遮阳系统的影响因素
太阳能与建筑遮阳相结合技术在建筑中得到应用的同時也对其所运行和依赖的环境和安装方式有着较为严格的要求，如果在设计中对这些因素考虑不足就会大大降低太阳能的利用效率。其中城市地理位置及其光照条件、建筑所处的基地环境和太阳能遮阳系统设置位置及形式都对太阳能遮阳系统的效率产生影响。
城市地理位置及其光照条件，主要体现在太阳的运行轨迹及太阳光照射强度，不同气候、不同纬度的城市有较大差异。太阳能系统发挥吸收太阳能的時间主要集中在上午9時至下午15時，因此应结合当地太阳高度角的特点选取适宜的角度。
建筑所处基地环境，主要涉及基地是否对建筑的朝向有较大限制，周边建筑与研究建筑之间的高度差异及建筑间间距大小。若基地对建筑的朝向有较大的限制，导致建筑偏离正南方向过多可能影响太阳能的发电效率：建筑立面利用太阳能的最佳角度应为建筑正南正负15°，当超过30°的偏差時，发电效率较差。周边建筑因高度差大、建筑间距小等会影响建筑低层部分太阳能产品的应用。
太阳能遮阳系统设置位置及形式也会对太阳能遮阳系统的效率有较大影响，如屋顶部分受周围环境的影响相对立面部分的影响小。与固定遮阳相结合的太阳能遮阳系统发电效率固定；而与可变遮阳相结合的太阳能遮阳系统则因为遮阳构件使用中的变化，使太阳能构件受光面产生改变，影响太阳能遮阳系统发电效率。
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太阳能遮阳实例设计手法分析
为了能更好地应用具有太阳能利用及遮阳双重功效的构件，建筑师在设计中也常对建筑形态进行改变以适应这种新的节能模式。
瑞典哥德堡林德霍尔姆的社区活动中心“齿轮”KUGGEN（见图5），重复的房间单元从北向支柱开始每层扩展2个房间单元，使得每层向南扩展了1500m2，为下层提供了遮阳，带光伏电池的自动遮阳板环绕建筑移动，既达到对室内的遮阳又满足发电的需求。 法国“Gebroula”住宅（见图6）在更新设计中，设计师J.P.Chiantello在顶部设计了一顶金属的“冠冕”形成包裹起顶层的坡屋面，在为顶层住户提供遮阳的同時将太阳能整合于坡屋面的南坡上，集热器作为屋面覆层与屋顶和谐的整合形成雕塑版的屋顶。在这个整合设计中，2块31.5m2的集热器的色彩与屋面的深灰色非常相近融合在一起，新加屋面的倾角为太阳能的集热提供了更好的角度。
挪威Oslo市的Bellona办公楼（见图7），南立面的每层墙体产生倾斜，形成波浪状，使墙面分为形成外倾面和内倾面，240块集热器被安装外倾面上，非常利于集热器的安装与采集热量。且这种倾斜模式，为下层空间提供了良好的遮阳性能。与整体造型发生的变化相比，在住宅、办公等常规建筑中，通过局部屋面或墙体的倾斜或波折来安装集热器，是种既方便设置集热器，又利于建筑遮阳构件的布局安排，能减少附加构件使用的设计策略。
奥地利ENW楼（见图8）包括40m2到90m2不等的61套住宅，1500m2的办公区和一个自助餐厅。太阳能是热水与采暖组合系统，提供14%总需求的热量。240m2的集热器被整合于屋顶的雨篷上，为建筑这栋非营利建筑提供能量的同時，为项层住户提供遮阳挡雨功能。
丹麦南部Toftlund的Bmndtland展览会议中心（见图9）运用了大规模的PV光电板阵列，这些半透明的光电板与中庭屋顶玻璃相结合，既作为发电元件，又可起到遮阳构件的作用，避免曝晒引起的过热。阳光穿过光电板在室内造成了有趣的光影效果，随着季节、天气以及每天時刻的不同而瞬息万变，使普通的中庭空间平添了无限生机。
丹麦哥本哈根Kollektivhuset残疾人公寓（见图10），在2002年的改造设计中，扩大并加封了玻璃阳台。阳台空间对室内形成气候缓冲区，并起到遮阳作用。玻璃立面由三层构成，外面一层为挡雨与降噪的玻璃面板，中间于栏杆位置整台设计了光电板系统，同時在室内的窗户位置附加了一层可以移动的平板玻璃。用户可以根据需求推拉或者关闭平板玻璃，排除或者利用光电板背面产生的热量。
以上这些实例的应用，展示出技术的运用可以促进或者改变建筑原本的形态，而并非单纯附加的构件。太阳能应用构件与遮阳构件的结合，是主动技术与被动技术的结合，既能利用太阳辐射热产生所需的能量，也能减少室内不需要的太阳辐射产生的不利影响。在建筑方案设计中，综合考虑室内热环境的需求，结合地域气候特色，对建筑形态或空间进行合理设计，有利于促进优质建筑的产生。
4 结语
将遮阳与太阳能应用相结合，既遮挡不需要的部分太阳辐射、降低建筑能耗，又可利用被遮挡的阳光，同時降低投资成本，具有广阔的发展前景。相对于普通的外遮阳装置，既节能环保，又节约了建筑的初投资。太阳能应用与遮阳的结合，既能满足建筑遮阳的需求，又是太阳能与建筑设计一体化的合理形式，一体化设计使太阳能应用、遮阳等节能技术措施与建筑整体结合良好，营造出独特的建筑特点与美感，成为技术与艺术的融合。