建筑玻璃幕墻建筑的遮陽采光如何節(jié)能

1.前言

　　20世紀(jì)，世界建筑科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，發(fā)達(dá)國家建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能和氣密性大有提高，采暖、空調(diào)和遮陽的設(shè)備與技術(shù)日益進(jìn)步，人們可以在越來越更為優(yōu)裕和舒適的室內(nèi)環(huán)境中生活與工作。從經(jīng)典型建筑珍品到粗糙的鄉(xiāng)土建筑，建筑遮陽無不得到充分重視，并以不同方式體現(xiàn)出來。

　　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）、電動遮陽簾、通風(fēng)。合理的建筑物遮陽設(shè)計(jì)可以使空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗降低約16%～29%. 玻璃幕墻的遮陽節(jié)能 1玻璃幕墻遮陽的必要性

　　70年代能源危機(jī)后，發(fā)展了不同系統(tǒng)來增強(qiáng)玻璃幕墻的熱性能。玻璃幕墻是公共建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)，是建筑物熱交換、熱傳導(dǎo)最活躍、最敏感的部位，電動遮陽簾是傳統(tǒng)墻體失熱損失的5～6倍，其能耗約占整個建筑能耗的40%左右，故玻璃幕墻的節(jié)能有極其重要的地位。

　　在國內(nèi)，隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑節(jié)能是中國經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位的節(jié)能環(huán)保意識不斷提高，對玻璃幕墻的節(jié)能要求也不斷的提高。雖然玻璃幕墻建筑采用遮陽措施能達(dá)到理想的隔熱節(jié)能效果，但在國內(nèi)，現(xiàn)階段各方對此重視不夠。一棟設(shè)計(jì)不良的全為玻璃幕墻的建筑物，其全年空調(diào)耗電量可能是一般混凝土外墻大樓的4倍。而玻璃幕墻的使用壽命達(dá)五十年之久，其節(jié)能效果當(dāng)然遠(yuǎn)勝于短壽命的冷氣機(jī)、冰箱、鍋爐等。故玻璃幕墻建筑的節(jié)能比其他建筑產(chǎn)品節(jié)能更為重要，發(fā)展玻璃幕墻的遮陽技術(shù)也是建筑節(jié)約能源最有潛力的工具。 2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)，由開窗、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。臺灣的西拉雅研究室曾對臺灣的辦公建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，對建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的各要素的耗能量進(jìn)行分析，其分析結(jié)果

　　從上表可以得出結(jié)論：

　　①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睦淼姆忾]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(qiáng)不透光地方的隔熱設(shè)計(jì)來達(dá)到節(jié)能要求。

　　②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、遮陽百頁等外遮陽遠(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（反射率太大的反射玻璃會造成眩光污染的公害），所以要選擇適當(dāng)?shù)姆瓷洳ＡА?/p>

　　③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，建筑的長向應(yīng)朝南北向放置。

　　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)較高的玻璃幕墻建筑在建筑設(shè)計(jì)上的必要手段。 3遮陽的作用與效果

　　由于玻璃幕墻由玻璃和金屬結(jié)構(gòu)組成，而玻璃表面換熱性強(qiáng)，熱透射率高，故對室內(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。特別在南方炎熱地區(qū)，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(shè)置遮陽系統(tǒng)，可以**限度減少陽光的直接照射，從而避免室內(nèi)過熱，是炎熱地區(qū)建筑防熱的主要措施之一。設(shè)置遮陽后，會有以下作用及效果： 3.1遮陽對太陽輻射的作用

　　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**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)的太陽輻射熱量的比值。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，防熱效果愈好。由此可見，遮陽對遮擋太陽輻射熱的效果是相當(dāng)大的，玻璃幕墻建筑設(shè)置遮陽措施更是效果明顯。 3.2遮陽對室內(nèi)溫度作用

　　遮陽對防止室內(nèi)溫度上升有明顯作用，在夏熱地區(qū)試驗(yàn)觀測表明，在閉窗的情況下，有無遮陽，室溫差值較大。而且有遮陽時，房間溫度波幅值較小，室溫出現(xiàn)**值的時間延遲，室內(nèi)溫度場均勻。因此，遮陽對空調(diào)房間可減少冷負(fù)荷，所以對空調(diào)建筑來說，遮陽更是節(jié)約電能的主要措施之一。 3.3遮陽對采光的作用

　　從天然采光的觀點(diǎn)來看，遮陽措施會阻擋直射陽光，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。對周圍環(huán)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(nèi)照度，在陰雨天更為不利。因此，在遮陽系統(tǒng)設(shè)計(jì)時要有充分的考慮，盡量滿足室內(nèi)天然采光的要求。側(cè)面采光有可能導(dǎo)致房間內(nèi)的亮度過高，有時會引起眩光。選擇何種形式的玻璃需要兼顧采光和節(jié)能兩個方面的要求。采用遮陽篷可以兼顧能效和采光。

2.3.4遮陽對建筑外觀的作用

　　一般人認(rèn)為玻璃幕墻設(shè)計(jì)只能平板化，無法設(shè)計(jì)外遮陽等遮陽設(shè)施，但是由國外的許多案例我們可以發(fā)現(xiàn)金屬玻璃幕墻能以輕巧的金屬板設(shè)計(jì)成優(yōu)美的遮陽形式并成為建筑造型有趣的一部份。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)出現(xiàn)代建筑藝術(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，另一層則是動態(tài)的遮陽狀態(tài)的立面形式。這種具有"動感"的建筑物形象不是因?yàn)榻ㄖ⒚娴臅r尚需要，而是現(xiàn)代技術(shù)解決人類對建筑節(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)。 3.5遮陽對房間通風(fēng)的影響

　　遮陽設(shè)施對房間通風(fēng)有一定的阻擋作用，電動百葉在開啟窗通風(fēng)的情況下，室內(nèi)的風(fēng)速會減弱22%-47%，具體視遮陽設(shè)施的構(gòu)造情況而定；對玻璃表面上升的熱空氣有阻擋作用，不利散熱，在遮陽的構(gòu)造設(shè)計(jì)時應(yīng)加以注意。 4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、及建筑外觀上光影美學(xué)效果之功能，但也對室內(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，其中又可分為活動式遮陽及固定式遮陽。就遮陽形式來分，一般分為四種：水平遮陽、垂直遮陽、綜合式遮陽和電動百葉擋板式。

　　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**性的或臨時性的。**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，臨時性的就是在玻璃的內(nèi)外設(shè)置輕便的布簾，竹簾，軟百頁，帆布蓬等。在**性的遮陽設(shè)施中，按其構(gòu)件能否活動，有可分為固定式或活動式兩種。活動式的遮陽可視一年中季節(jié)的變換，一天的時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)時要特別注意以下幾點(diǎn)： 4.1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。為了使于熱空氣的散逸，并減少對通風(fēng)，采光的影響，常將板面做成百頁的或部分做成百頁的，或中間層做成百頁的。遮陽板可用鋁板，輕金屬或混泥土制做。 4.2遮陽板的安裝位置

　　圖3的遮陽設(shè)施的靈活性大，使用合理，因此近年在國外的建筑中應(yīng)用較廣。

　　遮陽板安裝的位置對防熱和通風(fēng)的影響很大。例如將板面緊靠墻面布置時，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)。這種情況對綜合式遮陽更為嚴(yán)重，為了克服這個缺點(diǎn)，板面應(yīng)該離開玻璃墻面一定的距離安裝，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)，**還能兼起導(dǎo)風(fēng)入室作用。 4.3材料與顏色

　　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，因此要材料堅(jiān)固耐久。如果遮陽室活動式的，又要求輕便靈活，以便調(diào)節(jié)或拆除。材料的外表面對太陽輻射熱的吸收系數(shù)要小，設(shè)計(jì)時可根據(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)件的顏色對隔熱效果也有影響。以安裝在玻璃幕墻內(nèi)側(cè)的百葉簾為例，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。 4.4外遮陽和內(nèi)遮陽

　　一般來講，室外南向仰角45°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，從而減輕了對室內(nèi)溫度的影響。因此采用外遮陽（遮陽板）是**的建筑節(jié)能之道。 遮陽系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)

　　遮陽系統(tǒng)智能化的諸多優(yōu)點(diǎn)被忽略，或僅僅作為樓宇的點(diǎn)綴而已。我們認(rèn)為智能遮陽系統(tǒng)是建筑智能化系統(tǒng)不可或缺的一部分。遮陽系統(tǒng)為改善室內(nèi)環(huán)境而設(shè)，如今一種新型的智能玻璃幕墻技術(shù)先后在德國、英國等西歐國家得到發(fā)展。

　　智能玻璃幕墻廣義上包括玻璃幕墻、通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)環(huán)境檢測系統(tǒng)、樓宇自動控制系統(tǒng)。其技術(shù)核心是一種有別與傳統(tǒng)幕墻的特殊幕墻-熱通道幕墻，它的**特點(diǎn)是由內(nèi)外兩層幕墻之間形成一個通風(fēng)換氣層，由于此換氣層中空氣的流通或循環(huán)的作用，使內(nèi)層幕墻的溫度接近室內(nèi)溫度，減小溫差因而它比傳統(tǒng)的幕墻采暖時節(jié)約能源42%-52%，制冷時節(jié)約能源38%-60%.在空氣腔中增加日光控制裝置（如百葉、光反射板、熱反射板等），可以同時滿足建筑自然通風(fēng)、自然采光的要求。另外由于雙層幕墻的使用，整個幕墻的隔音效果得到了很大的提高。 結(jié)束語

　　合理的電動百葉遮陽系統(tǒng)對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。對國內(nèi)外建筑遮陽技術(shù)的調(diào)研；對適用性遮陽構(gòu)造方案的研究；對遮陽構(gòu)造性能系數(shù)的研究；對適用遮陽系統(tǒng)節(jié)能軟件的開發(fā)；對遮陽構(gòu)造藝術(shù)性的評價將是我們以后的工作重點(diǎn)。

　　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。