玻璃幕墻遮陽設計--提倡建筑遮陽系統智能化

　　摘要:本文在節能環保為當今國際上建筑發展的總趨勢的環境下，論述建筑節能的重要途徑就是對外圍護結構進行隔熱保溫，提出在我國尤其是南方地區以玻璃幕墻為外圍護結構的建筑，建筑節能的一個重要措施就是對玻璃幕墻進行遮陽設計。指出玻璃幕墻遮陽設計的重要性，對遮陽系統的構造和方式進行探討，并提倡建筑遮陽系統智能化。


　　前言

    20世紀，世界建筑科學技術突飛猛進，房屋建筑快速發展，各發達國家建筑圍護結構的保溫隔熱和氣密性能大有提高，采暖、空調和照明的設備與技術日益進步，人們越來越能夠在更為優裕和舒適的室內環境中生活與工作，人類建筑文明取得了前所未有的成就。在此同時，人們也不得不面對著資源枯竭、環境惡化、生態破壞、氣候變暖等一系列嚴峻問題。據統計，在我國這個發展中國家，建筑能耗占社會總能耗的27.6%，隨著經濟的發展和人民生活質量提高，這個比例還會不斷增長。強調節能、低污染、低耗能的綠色建筑順應時代的要求而生，我國也頌布了一系列法規和政策來對建筑節能和合理使用資源做出明確的規定。


     隨著我國玻璃幕墻熱的發展，去年全國已經超過150萬平方米， 近幾年玻璃幕墻總面積超過300萬平方米。金屬玻璃幕墻具有輕量化、不燃化、耐震、施工迅速等優點，在現代都市高樓化，防火、防震、施工安全的要求前提下，已成為不可阻擋的趨勢，今后將成為高樓建筑的設計主流。金屬玻璃幕墻可以減少傳統混凝土外墻大量的鋼筋、混凝土使用量，對于減少高耗能建材使用所達到的節約能源、資源有很大的幫助。而且金屬玻璃幕墻較易于回收利用，也可達到環保的目的。


    玻璃幕墻是現代高檔建筑較多采用的外圍護結構，是建筑物熱交換、熱傳導最活躍、最敏感的部位，是傳統墻體失熱損失5～6倍，幕墻的能耗約占整個建筑能耗的40%左右，故幕墻的節能有極其重要的地位。


    一、玻璃幕墻遮陽的必要性 ：


    建筑外圍護結構的節能設計，由開窗、方位、遮陽到隔熱材料等因素環環相扣， 這些因素左右建筑物的耗能量。臺灣的西拉雅研究室曾對臺灣的辦公建筑的外圍護結構進行研究，對建筑外圍護結構的各要素的耗能量進行分析，其結果分析如下：


地 點  開窗率 建筑方位 外遮陽和玻璃遮蔽因素 玻璃Ui值 外墻隔熱因素
臺 北  49.0    13.8         22.3             1.2     1.2

從以上可以得出結論 ：


　　1) 外墻的開窗率是外墻節能的最重要因素，降低開窗面積率是節能最重要手 段 ，但是降低開窗率也必顧及確保適當的自然采光，并免除心理的封閉感。但是對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不透光地方的隔熱設計來達到節能要求。


　　2) 外遮陽和玻璃遮蔽是外墻節能的第二重要因素，玻璃材質及外遮陽都影響遮蔽率的大小，但是裝設遮陽板、遮陽百頁等外遮陽遠比改變玻璃材質的效果大。玻璃材質可選擇高反射率的反射玻璃和吸熱玻璃(唯反射率太大的反射玻璃會造成眩光污染的公害)。


　　3) 建筑方位因素是外墻節能設計的第三要素(占了12％的比重)。大面積的玻璃幕墻應避免東照西曬。建筑的長向應朝南北向配置。


    在國內，隨著市場經濟的發展，建筑節能是中國經濟社會可持續發展的迫切需要，建設單位和設計單位的節能環保意識也不斷提高，對玻璃幕墻的節能要求也不斷的提高，現階段提高玻璃幕墻隔熱保溫性能的主要措施有：


　　1)采用鍍膜玻璃、LOW-E玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃等玻璃處理技術以減少太陽透過玻璃的直接輻射。


　　2)采用鋁塑復合材料、斷熱橋型材等高熱阻材料應用技術。


    以上隔熱保溫措施原理比較簡單，使玻璃幕墻結構的傳熱系數大大降低。這些節能措施在建筑現階段已應用較廣。雖然玻璃幕墻建筑采用遮陽措施能達到更好的隔熱節能作用，但在國內，現階段各方對此重視不夠。一棟設計不良的全為玻璃幕墻建筑的全年空調耗電量，可能是一般混凝土外墻大樓的四倍。而玻璃幕墻的使用壽命達五十年之長，其節能效果當然遠勝于短壽命的冷氣機、冰箱、鍋爐等。故玻璃幕墻建筑的節能比其他建筑產品節能更為重要。所以發展玻璃幕墻的遮陽技術也是建筑物是節約能源最有潛力的工具。


    另外，在建筑設計中要求，當建筑具備下列條件時（建筑標準較高的房間，僅有1～2兩項）就要采用遮陽措施：


　　1) 室內氣溫大于29℃；


　　2) 太陽輻射強度大于240千卡/米時 ；


　　3) 陽光照射室內深度大于0.5米 ；


　　4) 陽光照射室內時間超過一小時 ；


   采用遮陽措施不僅是玻璃幕墻建筑節能設計的必要手段，而且是標準較高玻璃幕墻建筑的建筑設計的必要手段。


　　二、遮陽的作用與效果

    由于玻璃幕墻由玻璃和金屬結構組成，而玻璃表面換熱性強，熱透射率高，故對室內熱條件有極大的影響，在夏季，陽光透過玻璃射入室內，是造成室內過熱的主要原因。特別在南方炎熱地區，如果人體再受到陽光的直接照射，將會感到炎熱難受。


    在玻璃幕墻上設置遮陽系統，可以最大限度減少陽光的直接照射，從而避免室內過熱，是炎熱地區建筑防熱的主要措施之一。設置遮陽后，會有以下作用及效果：


　　1) 遮陽對太陽輻射的作用。外圍護結構的保溫隔熱性能受許多因素的影響，其中影響最大的指標就是遮陽系數。一般來說，遮陽系數受到材料本身特性和環境的控制。遮陽系數就是透過有遮陽措施的圍護結構和沒有遮陽措施的圍護結構的太陽輻射熱量的比值。遮陽系數愈小，透過外圍護結構的太陽輻射熱量愈小，防熱效果愈好。在廣州地區進行實測得到的各主要朝向窗口的遮陽系數分別為：西向17%，南向45%，北向60%。由此可見，遮陽對遮擋太陽輻射熱的效果是相當大的，玻璃幕墻建筑設置遮陽措施更是效果明顯。


　　2) 遮陽對室內溫度作用。遮陽防止室內溫度上升有明顯作用，在廣州某西向房間試驗觀測表明：在閉窗的情況下，有、無遮陽，室溫最大差值達2℃,平均差值1.4℃。而且有遮陽時，房間溫度波幅值較小，室溫出現最大值的時間延遲，室內溫度場均勻。因此，遮陽對空調房間可減少冷負荷，所以對空調建筑來說，遮陽更是節約電能的主要措施之一。


　　3) 遮陽對采光的作用。從天然采光的觀點來看，遮陽措施會阻擋直射陽光，防止眩光，使室內照度分布比較均勻，有助于視覺的正常工作。對周圍環境來說，遮陽可分散玻璃幕墻的玻璃（尤其是鍍膜玻璃）的反射光，避免了大面積玻璃反光造成光污染。但是，由于遮陽措施有擋光作用，從而會降低室內照度，在陰雨天更為不利。因此，在遮陽系統設計時要有充分的考慮，盡量滿足室內天然采光的要求。


　　4) 遮陽對建筑外觀的作用。一般人都認為玻璃幕墻設計只能平板化，無法設計外遮陽等遮陽設施，但是由國外的許多案例我們可以發現金屬玻璃幕墻能以輕巧的金屬板設計成優美的遮陽形式并成為建筑造型有趣的一部份。遮陽系統在玻璃幕墻外觀的玻璃墻體上形成光影效果，體現出現代建筑藝術美學效果。因此，在歐洲建筑界，已經把外遮陽系統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，另一層則是動態的遮陽狀態的立面形式。這種具有 “動感” 的建筑物形象不是因為建筑立面的時尚需要，而是現代技術解決人類對建筑節能和享受自然需求而產生的一種新的現代建筑形態。


　　5) 遮陽對房間通風的影響。遮陽設施對房間通風有一定的阻擋作用，在開啟窗通風的情況下，室內的風速會減弱22-47%，具體視遮陽設施的構造情況而定。而對玻璃表面上升的熱空氣有阻擋作用，不利散熱，因此在遮陽的構造設計時應加以注意。

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