玻璃幕墻遮陽設(shè)計--提倡建筑遮陽系統(tǒng)智能化

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


　　前言

    20世紀，世界建筑科學技術(shù)突飛猛進，房屋建筑快速發(fā)展，各發(fā)達國家建筑圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱和氣密性能大有提高，采暖、空調(diào)和照明的設(shè)備與技術(shù)日益進步，人們越來越能夠在更為優(yōu)裕和舒適的室內(nèi)環(huán)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(huán)境惡化、生態(tài)破壞、氣候變暖等一系列嚴峻問題。據(jù)統(tǒng)計，在我國這個發(fā)展中國家，建筑能耗占社會總能耗的27.6%，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活質(zhì)量提高，這個比例還會不斷增長。強調(diào)節(jié)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(guī)和政策來對建筑節(jié)能和合理使用資源做出明確的規(guī)定。


     隨著我國玻璃幕墻熱的發(fā)展，去年全國已經(jīng)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(yōu)點，在現(xiàn)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(shè)計主流。金屬玻璃幕墻可以減少傳統(tǒng)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(jié)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(huán)保的目的。


    玻璃幕墻是現(xiàn)代高檔建筑較多采用的外圍護結(jié)構(gòu)，是建筑物熱交換、熱傳導最活躍、最敏感的部位，是傳統(tǒng)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(jié)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(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計，由開窗、方位、遮陽到隔熱材料等因素環(huán)環(huán)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(jié)構(gòu)進行研究，對建筑外圍護結(jié)構(gòu)的各要素的耗能量進行分析，其結(jié)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(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顧及確保適當?shù)淖匀?a href='../../zsk/ct.asp?id=6179' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>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(shè)計來達到節(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(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(jié)能設(shè)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(nèi)，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，建筑節(jié)能是中國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，建設(shè)單位和設(shè)計單位的節(jié)能環(huán)保意識也不斷提高，對玻璃幕墻的節(jié)能要求也不斷的提高，現(xiàn)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(shù)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(shù)。


    以上隔熱保溫措施原理比較簡單，使玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)大大降低。這些節(jié)能措施在建筑現(xiàn)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(jié)能作用，但在國內(nèi)，現(xiàn)階段各方對此重視不夠。一棟設(shè)計不良的全為玻璃幕墻建筑的全年空調(diào)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(jié)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(jié)能比其他建筑產(chǎn)品節(jié)能更為重要。所以發(fā)展玻璃幕墻的遮陽技術(shù)也是建筑物是節(jié)約能源最有潛力的工具。


    另外，在建筑設(shè)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(nèi)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(nèi)深度大于0.5米 ；


　　4) 陽光照射室內(nèi)時間超過一小時 ；


   采用遮陽措施不僅是玻璃幕墻建筑節(jié)能設(shè)計的必要手段，而且是標準較高玻璃幕墻建筑的建筑設(shè)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(jié)構(gòu)組成，而玻璃表面換熱性強，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)，可以最大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：


　　1) 遮陽對太陽輻射的作用。外圍護結(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結(jié)構(gòu)和沒有遮陽措施的圍護結(jié)構(gòu)的太陽輻射熱量的比值。遮陽系數(shù)愈小，透過外圍護結(jié)構(gòu)的太陽輻射熱量愈小，防熱效果愈好。在廣州地區(qū)進行實測得到的各主要朝向窗口的遮陽系數(shù)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(shè)置遮陽措施更是效果明顯。


　　2) 遮陽對室內(nèi)溫度作用。遮陽防止室內(nèi)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(xiàn)最大值的時間延遲，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) 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(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)計時要有充分的考慮，盡量滿足室內(nèi)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(shè)計只能平板化，無法設(shè)計外遮陽等遮陽設(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為建筑立面的時尚需要，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)。


　　5) 遮陽對房間通風的影響。遮陽設(shè)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(nèi)的風速會減弱22-47%，具體視遮陽設(shè)施的構(gòu)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(gòu)造設(shè)計時應加以注意。

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