淺談玻璃幕墻遮陽對(duì)建筑節(jié)能的意義

顏美琴

摘要：玻璃幕墻是現(xiàn)代化建筑的主要外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之一，其設(shè)計(jì)不僅要滿足建筑美學(xué)和建筑功能的要求，而且還應(yīng)充分體現(xiàn)當(dāng)前國(guó)際上流行的建筑設(shè)計(jì)三大原則：“開放與交流、舒適與自然、環(huán)保與節(jié)能。”玻璃幕墻較傳統(tǒng)砌體外墻更應(yīng)注重建筑遮陽的應(yīng)用。本文結(jié)合工程實(shí)例主要介紹玻璃幕墻遮陽對(duì)于建筑節(jié)能的意義。

關(guān)鍵字：玻璃幕墻遮陽建筑節(jié)能

一、玻璃幕墻遮陽的必要性

建筑主體節(jié)能最重要的方面是有效的建筑單體設(shè)計(jì)，主要包括隔熱（窗、墻、屋頂）、遮陽、通風(fēng)。以玻璃幕墻為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑，玻璃幕墻是整個(gè)建筑物熱交換、熱傳導(dǎo)最活躍、最敏感的部位，玻璃幕墻的能耗占整個(gè)建筑能耗的40%左右，因此發(fā)展玻璃幕墻的遮陽是建筑節(jié)約能源最有潛力的工具。

二、玻璃幕墻遮陽的研究

建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)，開窗、方位、遮陽和隔熱材料等因素環(huán)環(huán)相扣，這些因素影響建筑物的耗能量。臺(tái)灣的西拉雅研究室曾對(duì)臺(tái)灣的辦公建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，對(duì)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的各要素的耗能量進(jìn)行分析，結(jié)果如下：

外墻的開窗率是外墻節(jié)能的最重要因素，降低開窗面積率是節(jié)能最重要手段，但是降低開窗率也必須確保和顧及適當(dāng)?shù)淖匀徊晒猓⒚獬睦锏姆忾]感。但是對(duì)于追求通透效果的玻璃幕墻而言，只能采用降低開啟窗面積并加強(qiáng)不透光地方的隔熱設(shè)計(jì)來達(dá)到節(jié)能要求。

外遮陽和玻璃遮蔽是外墻節(jié)能的第二重要因素，玻璃材質(zhì)及外遮陽都影響遮蔽率的大小，但是裝設(shè)遮陽板、遮陽百葉等外遮陽遠(yuǎn)比改變玻璃材質(zhì)的效果大。玻璃材質(zhì)可選擇高反射率的反射玻璃和吸熱玻璃（發(fā)射率太大的反射玻璃會(huì)造成眩光污染的公害），所以要選擇適當(dāng)?shù)姆瓷洳ＡА?/p>

建筑方位因素是外墻節(jié)能設(shè)計(jì)的第三要素（占13.8%的比重）。大面積的玻璃幕墻應(yīng)避免東照西曬，建筑的長(zhǎng)向應(yīng)朝南北向放置。

因此，采用遮陽措施不僅是玻璃幕墻建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的必要手段，而且也是標(biāo)準(zhǔn)較高的玻璃幕墻在建筑設(shè)計(jì)上的必要手段。

三、玻璃幕墻遮陽的作用和效果

玻璃幕墻主要由玻璃和金屬結(jié)構(gòu)組成，玻璃表面換熱性強(qiáng)，熱透射率高，對(duì)室內(nèi)熱條件有極大的影響。在夏季，陽光透過玻璃射入室內(nèi)，是造成室內(nèi)過熱的主要原因，特別在炎熱地區(qū)。在玻璃幕墻上設(shè)置遮陽系統(tǒng)，可以最大限度的減少陽光的直接照射，以避免室內(nèi)過熱。設(shè)置遮陽后，有以下作用及效果：

遮陽對(duì)太陽輻射的作用

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能受許多因素的影響，其中影響最大的指標(biāo)就是遮陽系數(shù)。一般來說，遮陽系數(shù)受到材料本身特性和環(huán)境的控制。遮陽系數(shù)就是透過有遮陽措施的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和沒有遮陽措施的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽輻射熱量的筆直。遮陽系數(shù)愈小，透過外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽輻射熱量愈小，放熱效果愈好。而設(shè)置遮陽措施對(duì)已玻璃幕墻建筑具有良好的防熱效果。

遮陽對(duì)室內(nèi)溫度作用

遮陽對(duì)防止室內(nèi)溫度上升有明顯作用。在夏熱地區(qū)試驗(yàn)觀測(cè)表明，在閉窗的情況下，有無遮陽，室溫差值較大。而有遮陽時(shí)，房間溫度波幅值較小，室溫出現(xiàn)最大值的時(shí)間延遲，室內(nèi)溫度場(chǎng)均勻。遮陽對(duì)空調(diào)房間可減少冷負(fù)荷，對(duì)于空調(diào)建筑來說，遮陽也是節(jié)約電能的主要措施之一。

四、玻璃幕墻遮陽對(duì)采光的影響

遮陽措施會(huì)阻擋直射陽光，防止眩光，使室內(nèi)照度分布比較均勻，有助于視覺的正常工作。對(duì)周圍環(huán)境來說，遮陽可以分散玻璃幕墻的玻璃（尤其是鍍膜玻璃）的反射光，避免大面積玻璃反光造成光污染。而在陰雨天，遮陽措施因擋光的緣故確會(huì)降低室內(nèi)的照度，因此，在設(shè)計(jì)遮陽系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮并盡量滿足室內(nèi)天然采光的要求。

五、玻璃幕墻遮陽對(duì)建筑外觀的作用

大部分玻璃幕墻建筑的立面設(shè)計(jì)都是平板化，沒有設(shè)計(jì)外遮陽等遮陽設(shè)施，以體現(xiàn)其干凈、利索、通透的建筑風(fēng)格。國(guó)外的不少金屬玻璃幕墻的設(shè)計(jì)案例以輕巧的金屬板設(shè)計(jì)成為優(yōu)美的遮陽形式并成為建筑造型有趣的一部分。遮陽系統(tǒng)在玻璃幕墻外觀的玻璃墻體上形成光影效果，體現(xiàn)出藝術(shù)美學(xué)效果。因此，在歐洲建筑界，已經(jīng)把外遮陽系統(tǒng)作為一種活躍的立面元素，加以利用，甚至稱之為雙層立面形式。一層是建筑物本身的立面，另一層則是動(dòng)態(tài)的遮陽狀態(tài)的立面形式。這種具有“動(dòng)感”的建筑物形象不是因?yàn)榻ㄖ⒚娴臅r(shí)尚需要，而是現(xiàn)代技術(shù)解決人類對(duì)建筑節(jié)能和享受自然需求而產(chǎn)生的一種新的現(xiàn)代建筑形態(tài)。

六、玻璃幕墻遮陽對(duì)房間通風(fēng)的影響

遮陽設(shè)施對(duì)房間通風(fēng)有一定的阻擋作用，具體視遮陽設(shè)施的構(gòu)造情況而定；對(duì)玻璃表面上升的熱空氣有阻擋作用，不利散熱。

七、玻璃幕墻遮陽的形式及構(gòu)造設(shè)計(jì)

遮陽具有防止太陽輻射，避免產(chǎn)生眩光，改善室內(nèi)環(huán)境氣候、及建筑外光上光影美學(xué)效果之功能，但也對(duì)室內(nèi)的采光、通風(fēng)帶來不同層次的影響。遮陽系統(tǒng)本身而言，根據(jù)位置分為外部遮陽與內(nèi)部遮陽，其中又可分為活動(dòng)式遮陽及固定式遮陽。就遮陽形似來分，一般分為四種：水平遮陽、垂直遮陽、綜合式遮陽和擋板式。

根據(jù)地區(qū)的氣候特點(diǎn)和房間的使用要求，可以把遮陽作為永久性的或臨時(shí)性的。永久性的就是在玻璃幕墻內(nèi)外設(shè)置各種形式的遮陽板和遮陽簾，臨時(shí)性的就是在玻璃的內(nèi)外設(shè)置輕便的布簾、竹簾、軟百葉、帆布篷等。在永久性的遮陽設(shè)施中，按其構(gòu)件能否活動(dòng)，有可分為固定式或活動(dòng)式兩種。活動(dòng)式的遮陽可視一年中季節(jié)的變換，一天的時(shí)間變化和天空的陰晴情況，任意調(diào)節(jié)遮陽板的角度；在寒冷的季節(jié)，可以避免遮擋陽光，爭(zhēng)取日照。

遮陽的效果除與遮陽形式有關(guān)外，還與構(gòu)造設(shè)計(jì)有很大的關(guān)系，設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意以下幾點(diǎn)：

1、遮陽板面的組合與構(gòu)造

在滿足阻擋直線陽光的前提下，可以有不同板面組合的形式，應(yīng)該選擇對(duì)通風(fēng)、采光、視野、構(gòu)造和立面處理等要求更為有利的形式。為了便于熱空氣的散逸，并減少對(duì)通風(fēng)、采光的影響，常將板面做成百頁的或部分做成百葉的，或中間層做成百頁的。遮陽板可用鋁板、輕金屬或混凝土制作。

2、遮陽板的安裝位置

遮陽板安裝的位置對(duì)防熱和通風(fēng)的影響很大。例如將板面緊靠墻面布置時(shí)，受熱表面加熱而上升的熱空氣將受室外風(fēng)壓作用導(dǎo)入室內(nèi)。這種情況對(duì)綜合式遮陽更為嚴(yán)重。遮陽板面得安裝應(yīng)距離玻璃墻面有一定的距離，以使大部分熱空氣沿著墻面排走，且應(yīng)使遮陽板盡可能減少擋風(fēng)，最好還能兼起導(dǎo)風(fēng)入室的作用。

3、遮陽板的材料和顏色

為了減輕自重，遮陽構(gòu)件以采用輕質(zhì)量為宜。遮陽構(gòu)件經(jīng)常暴露在室外，受日曬雨淋，容易損壞，因此要求材料堅(jiān)固耐久。如果遮陽是活動(dòng)式的，又要求輕便靈活，以便調(diào)節(jié)或拆除。材料的外表面對(duì)太陽輻射熱得吸收系數(shù)要小，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)上述的要求并結(jié)合實(shí)際情況來選擇適宜的遮陽材料。

遮陽的構(gòu)件的顏色對(duì)隔熱效果也有影響。以安裝在玻璃幕墻內(nèi)側(cè)的百業(yè)簾為例，暗色、中間色和白色的遮陽系數(shù)分別為：86%、74%、和62%。白色的比暗色的要減少24%。為了加強(qiáng)表面的反射，減少吸收，遮陽簾朝向陽光的一面，應(yīng)為淺色發(fā)亮的顏色，而在背陽光的一面，應(yīng)為較暗的無光澤顏色，以免引起眩光。

4、外遮陽和內(nèi)遮陽

一般來講，室外南向仰角45度的水平遮陽板，可輕易遮去68%的太陽輻射熱。裝在窗口內(nèi)側(cè)的布簾、軟百頁等遮陽設(shè)施，其所吸收的太陽輻射熱，大部分散發(fā)給室內(nèi)空氣。裝在外側(cè)的遮陽板，吸收的輻射熱，大部分散發(fā)給室外的空氣，從而減輕了對(duì)室內(nèi)溫度的影響。因此采用外遮陽（遮陽板）是最好的建筑節(jié)能方法。

八、玻璃幕墻遮陽技術(shù)的運(yùn)用和工程實(shí)例

近年來，廣東新建的大型公共建筑和標(biāo)志性建筑中也對(duì)各種幕墻遮陽技術(shù)和遮陽形式進(jìn)行了探索和實(shí)踐，以下對(duì)典型工程廣州亞運(yùn)綜合體育館的幕墻遮陽技術(shù)應(yīng)用作簡(jiǎn)要介紹。 廣州亞運(yùn)城綜合體育館位于廣州亞運(yùn)城西南面，總建筑面積6.55萬平方米，于2010年11月正式投入第16屆亞運(yùn)會(huì)的使用。

廣州亞運(yùn)城綜合體育館在外形設(shè)計(jì)上充分考慮了遮陽問題，其建筑造型和大屋檐的設(shè)計(jì)具有較好的自遮陽效果。在工程設(shè)計(jì)中對(duì)其夏季的遮陽效果進(jìn)行了計(jì)算分析，廣州地區(qū)的夏季基本為4月到11月，針對(duì)各月典型天全天逐時(shí)的遮陽效果進(jìn)行了模擬分析。夏季的遮陽重點(diǎn)關(guān)注條件最惡劣的西面。廣州市氣象參數(shù)顯示，夏季西面的太陽輻射照度在下午16點(diǎn)左右達(dá)到最大值。分析可知，體育館的形體和大屋蓋設(shè)計(jì)對(duì)西面的玻璃幕墻遮陽起到一定的遮陽效果。其遮陽效果在太陽高度角較高的時(shí)候效果較好，例如6～7月份的10點(diǎn)到16點(diǎn)。遮陽效果如圖2所示。

從上面的工程中，我們可以清楚地看到玻璃幕墻遮陽對(duì)建筑節(jié)能的作用和效果是非常顯著的，作為建筑節(jié)能的一種新途徑，有著巨大的實(shí)用潛力。

九.結(jié)語

總之，合理的遮陽系統(tǒng)對(duì)玻璃幕墻建筑的藝術(shù)與技術(shù)的作用和效果，尤其是在建筑節(jié)能與智能化方面，都需要我們不斷地去開發(fā)和研究。建筑遮陽不應(yīng)該僅是一組組物理數(shù)字計(jì)算，只要合理的整合技術(shù)和藝術(shù)，就可以成為具有表現(xiàn)力的建筑立面要素，成為可呼吸的建筑表皮，更好的發(fā)揮其作用，來實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。