玻璃幕墙节能设计探讨

甘志超&nbsp,

摘要：金属玻璃幕墙在高层建筑被广泛应用，其原因是具有轻量化、不燃化、耐震、施工迅速等优点。减少传统混凝土外墙大量的钢筋及混凝土使用量，达到了节能环保的目的，但是玻璃幕墙作为建筑外维护结构也是热传导比较敏感的部位，在节能方面需要采取遮阳技术。本文就遮阳技术在建筑幕墙设计中的应用进行分析。

关键词：玻璃幕墙；遮阳技术；作用与效果

前言

遮阳技术的应用让建筑节能效果非常明显。遮阳系统也是比较传统的节能技术，根本目的是把过多的阳光辐射进入室内，另一方面也可以防止阳光入室内造成强烈的眩光，为使用者提供适宜的视觉工作环境。而遮阳技术与众多节能技术相比，具有立竿见影的作用。

1、幕墙遮阳的作用与效果

玻璃幕墙表面换热性强及热透射率高，对室内热条件起到极大的影响作用。夏季的阳光透过玻璃射入室内是造成室内过热的主要原因，特别是南方炎热地区。因而在玻璃幕墙上设置遮阳系统，可以最大限度减少阳光的直接照射，从而避免室内过热，是炎热地区建筑防热的主要措施之一。设置遮阳后，会有以下作用及效果：

1.1遮阳对太阳辐射的作用

外围护结构的保温隔热性能受许多因素的影响，其中影响最大的指标就是遮阳系数。一般来说，遮阳系数受到材料本身特性和环境的控制。遮阳系数就是透过有遮阳措施的围护结构和没有遮阳措施的围护结构的太阳辐射热量愈小，防热效果愈好。在广州地区进行实测得到的各主要朝向窗口的遮阳系数分别为：西向17%，南向45%，北向60%。由此可见，遮阳对遮挡太阳辐射热的效果是相当大的，玻璃幕墙建筑设置遮阳措施更是效果明显。

1.2遮阳对室内温度作用

遮阳防止室内温度上升有明显作用，在广州某西向房间试验观测表明：在闭窗的情况下，有、无遮阳，室内最大差值达20℃，平均差值14℃。而且有遮阳时，房间温度波幅值较小，室温出现最大值的时间延迟，室内温度场均匀。因此，遮阳对空调房间可减少冷负荷，所以对空调建筑来说，遮阳更是节约电能的主要措施之一。

1.3遮阳对采光的作用

从天然采光的观点来看，遮阳措施会阻挡直射阳光，防止眩光，使室内照度分布比较均匀，有助于视觉的正常工作。对周围环境来说，遮阳可分散玻璃幕墙的玻璃（尤其是镀膜玻璃）的反射光，避免了大面积玻璃反光造成的污染。但是，由于遮阳措施有挡光作用，从而会降低室内照度，在阴雨天更为不利。因此，在遮阳系统设计时要有充分的考虑，尽量满足室内天然采光的要求。

1.4遮阳对建筑外观的作用

遮阳系统在玻璃幕墙外观的玻璃墙体上形成光影效果，体现出现代建筑艺术美学效果。因此，在欧洲建筑界，已经把外遮阳系统作为一种活跃的立面元素，加以利用，甚至称为双层立面形式。一层是建筑物本身的立面，另一层则是动态的遮阳状态的立面形式。这种具有“动感”的建筑物形象不是因为建筑立面的时尚需要，而是现代技术解决人类对建筑节能和享受自然需求而产生的一种新的现代建筑形态。

1.5遮阳对房间通风的影响

遮阳设施对房间通风有一定的阻挡作用，在开启窗通风的情况下，室内的风速会减弱22～47%，具体视遮阳设施的构造情况而定。而对玻璃表面上升的热空气有阻挡作用，不利散热，因此在遮阳的构造设计时应加以注意。

2、遮阳的形式及构造设计

遮阳系统本身而言，根据地区的气候特点和房间的使用要求，可以把遮阳作为的永久性的或临时性的；以位置上来分有“外部遮阳”与“内部遮阳”之区分，其中又可分为“活动式遮阳”及“固定式遮阳”。

活动式的遮阳可视一年中季节的变换，一天的时间变化和天空的阴晴情况，任意调节遮阳板的角度；在寒冷的季节，可以避免遮挡阳光，争取日照。（见图1）这种遮阳设施的灵活性大，使用合理，因此近年在国外的建筑中应用广泛。

图1

一般来讲，明色室内百叶只可挡住17%太阳辐射热，而室外南向仰角45度的水平遮阳板，可轻易遮去68%的太阳辐射热，两者间的遮阳效果相差甚大。装在窗口内侧的布帘，软百叶等遮阳设施，其所吸收的太阳辐射热，大部分将散发给室内空气。如果装在外侧的遮阳板，则吸收的辐射热，大部分将散发给室外的空气，从而减轻了室内温度的影响。因此采用外遮阳（遮阳板）是最好的建筑节能之道。

幕墙外遮阳形式多样，兼顾幕墙外立面效果与遮阳功能，一般分为：垂直遮阳、水平遮阳、综合式遮阳。

2.1垂直式遮阳（图2）

图2

设于玻璃前之凸出板的垂直式遮阳，能有效地遮挡角度较小的，从玻璃窗侧斜射进来的阳光。但对于角度较大的，从玻璃窗上面射下来的阳光，或接近日出、日没时平射的阳光，它不起遮挡作用。故垂直式的遮阳主要适用于东北，北和西北向附近的玻璃幕墙建筑。

竖向玻璃飞翼即是建筑师建筑效果上的考虑，也可以起到遮阳的效果（采用彩釉玻璃效果更佳）。虽没有铝合金等非透明材料的遮阳构造效果明显，但对幕墙的整体遮阳功能也起到一定的作用。

2.2水平式遮阳（见图3）

图3

在玻璃前采用伸出重叠的平板这种形式的遮阳，能有效地遮挡太阳高度角较大地，从玻璃幕墙上方投射下来的阳光。故它适用南向的玻璃幕墙建筑物。

2.3综合式遮阳（见图4）

图4

综合式遮阳能有效遮挡高角度中等的，从玻璃窗前射下来的阳光。遮阳效果比较均匀，故它使用于东南或西南向的玻璃幕墙建筑。

综合以上遮阳形式，可以总结外遮阳系统具有以下优点：

（1）对空气无污染。外遮阳使用材料多为铝合金或玻璃等，都为可回收环保产品，置于室外不会对室内空气无任何污染。

（2）节约空间。避免了阳光直射室内用品产生的老化现象。置于室外室不占用室内空间，大大节约了室内空间。

（3）降低能耗。采用外遮阳可以与幕墙统一安装，工厂流水生产线，比各家各户窗帘的生产大大降低了材料的损耗，减少了环境的污染，能使遮阳行业的发展上升到更高的层次，也融合和国家十五计划的低碳节能政策。

（4）美化建筑。室内遮阳由于各家各户窗帘的选择不同，本来很漂亮的每栋大楼，在窗帘装完之后，形形色色的窗帘杂乱无章，很不雅观，为城市的美观性大打折扣，而安装户外遮阳后，楼盘的外墙形象全部统一，线条感很强，即使户内装上个性化的窗帘装饰，也不会对城市形象有半点影响。

（5）降低光污染。当太阳光照射强烈时，城市里建筑物的玻璃幕墙、釉面砖墙、磨光大理石和各种涂料等装饰反射光线，明晃白亮、眩眼夺目，采用外遮阳，有效降低光污染。

3、遮阳系数智能化设计

智能遮阳系统通常是由遮阳百叶（帘）、电机及控制系统组成，控制系统软件是智能遮阳控制系统的一个组成部分，与控制系统硬件配套使用，根据周围自然条件的变化，通过系统线路，自动调整帘片角度或作整体升降，完成对遮阳百叶的智能控制功能，既阻断辐射热、减少阳光直射、避免产生眩光，又充分利用自然光，节约能源。

智能遮阳系统，根据其自身特点，可分为人工电动控制及感应智能控制。人工电动控制可以人为根据一天内太阳光的照射角度及强弱对遮阳系统进行角度的调节。而感应智能控制则是通过探头对太阳照射高度位置、方向及太阳光强弱的感应而自动调节遮阳板的遮阳方向、角度、位置、遮阳面积大小等，以达到遮阳的目的，这种遮阳系统对用于屋面采光系统的遮阳具有特别好的效果。

参考文献：

[1]张铁凤，陈真宇.浅谈玻璃幕墙节能技术[J].江西建材，2014，22：94.

[2]魏诚亮.玻璃幕墙施工质量控制及安装技术[J].门窗，2014，09：15-16.

[3]路峰，王鹏.探析玻璃幕墙节能设计[J].门窗，2014，01：242.

[4]胡赛.浅谈节能型建筑幕墙设计[J].江西建材，2014，18：16.