淺談玻璃幕墻遮陽對建筑節能的意義

顏美琴

摘要：玻璃幕墻是現代化建筑的主要外圍護結構之一，其設計不僅要滿足建筑美學和建筑功能的要求，而且還應充分體現當前國際上流行的建筑設計三大原則：“開放與交流、舒適與自然、環保與節能?！辈Ａ粔^傳統砌體外墻更應注重建筑遮陽的應用。本文結合工程實例主要介紹玻璃幕墻遮陽對于建筑節能的意義。

關鍵字：玻璃幕墻遮陽建筑節能

一、玻璃幕墻遮陽的必要性

建筑主體節能最重要的方面是有效的建筑單體設計，主要包括隔熱（窗、墻、屋頂）、遮陽、通風。以玻璃幕墻為外圍護結構的建筑，玻璃幕墻是整個建筑物熱交換、熱傳導最活躍、最敏感的部位，玻璃幕墻的能耗占整個建筑能耗的40%左右，因此發展玻璃幕墻的遮陽是建筑節約能源最有潛力的工具。

二、玻璃幕墻遮陽的研究

建筑外圍護結構的節能設計，開窗、方位、遮陽和隔熱材料等因素環環相扣，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，結果如下：

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須確保和顧及適當的自然采光，并免除心里的封閉感。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。

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、遮陽百葉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（發射率太大的反射玻璃會造成眩光污染的公害），所以要選擇適當的反射玻璃。

建筑方位因素是外墻節能設計的第三要素（占13.8%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放置。

因此，采用遮陽措施不僅是玻璃幕墻建筑節能設計的必要手段，而且也是標準較高的玻璃幕墻在建筑設計上的必要手段。

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構組成，玻璃表面換熱性強，熱透射率高，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，特別在炎熱地區。在玻璃幕墻上設置遮陽系統，可以最大限度的減少陽光的直接照射，以避免室內過熱。設置遮陽后，有以下作用及效果：

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筆直。遮陽系數愈小，透過外圍護結構的太陽輻射熱量愈小，放熱效果愈好。而設置遮陽措施對已玻璃幕墻建筑具有良好的防熱效果。

遮陽對室內溫度作用

遮陽對防止室內溫度上升有明顯作用。在夏熱地區試驗觀測表明，在閉窗的情況下，有無遮陽，室溫差值較大。而有遮陽時，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。遮陽對空調房間可減少冷負荷，對于空調建筑來說，遮陽也是節約電能的主要措施之一。

四、玻璃幕墻遮陽對采光的影響

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降低室內的照度，因此，在設計遮陽系統設計時應充分考慮并盡量滿足室內天然采光的要求。

五、玻璃幕墻遮陽對建筑外觀的作用

大部分玻璃幕墻建筑的立面設計都是平板化，沒有設計外遮陽等遮陽設施，以體現其干凈、利索、通透的建筑風格。國外的不少金屬玻璃幕墻的設計案例以輕巧的金屬板設計成為優美的遮陽形式并成為建筑造型有趣的一部分。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。

六、玻璃幕墻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，具體視遮陽設施的構造情況而定；對玻璃表面上升的熱空氣有阻擋作用，不利散熱。

七、玻璃幕墻遮陽的形式及構造設計

遮陽具有防止太陽輻射，避免產生眩光，改善室內環境氣候、及建筑外光上光影美學效果之功能，但也對室內的采光、通風帶來不同層次的影響。遮陽系統本身而言，根據位置分為外部遮陽與內部遮陽，其中又可分為活動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。

根據地區的氣候特點和房間的使用要求，可以把遮陽作為永久性的或臨時性的。永久性的就是在玻璃幕墻內外設置各種形式的遮陽板和遮陽簾，臨時性的就是在玻璃的內外設置輕便的布簾、竹簾、軟百葉、帆布篷等。在永久性的遮陽設施中，按其構件能否活動，有可分為固定式或活動式兩種?；顒邮降恼陉柨梢曇荒曛屑竟澋淖儞Q，一天的時間變化和天空的陰晴情況，任意調節遮陽板的角度；在寒冷的季節，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外，還與構造設計有很大的關系，設計時要特別注意以下幾點：

1、遮陽板面的組合與構造

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，應該選擇對通風、采光、視野、構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，并減少對通風、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防熱和通風的影響很大。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壓作用導入室內。這種情況對綜合式遮陽更為嚴重。遮陽板面得安裝應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，且應使遮陽板盡可能減少擋風，最好還能兼起導風入室的作用。

3、遮陽板的材料和顏色

為了減輕自重，遮陽構件以采用輕質量為宜。遮陽構件經常暴露在室外，受日曬雨淋，容易損壞，因此要求材料堅固耐久。如果遮陽是活動式的，又要求輕便靈活，以便調節或拆除。材料的外表面對太陽輻射熱得吸收系數要小，設計時可根據上述的要求并結合實際情況來選擇適宜的遮陽材料。

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

4、外遮陽和內遮陽

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。裝在窗口內側的布簾、軟百頁等遮陽設施，其所吸收的太陽輻射熱，大部分散發給室內空氣。裝在外側的遮陽板，吸收的輻射熱，大部分散發給室外的空氣，從而減輕了對室內溫度的影響。因此采用外遮陽（遮陽板）是最好的建筑節能方法。

八、玻璃幕墻遮陽技術的運用和工程實例

近年來，廣東新建的大型公共建筑和標志性建筑中也對各種幕墻遮陽技術和遮陽形式進行了探索和實踐，以下對典型工程廣州亞運綜合體育館的幕墻遮陽技術應用作簡要介紹。 廣州亞運城綜合體育館位于廣州亞運城西南面，總建筑面積6.55萬平方米，于2010年11月正式投入第16屆亞運會的使用。

廣州亞運城綜合體育館在外形設計上充分考慮了遮陽問題，其建筑造型和大屋檐的設計具有較好的自遮陽效果。在工程設計中對其夏季的遮陽效果進行了計算分析，廣州地區的夏季基本為4月到11月，針對各月典型天全天逐時的遮陽效果進行了模擬分析。夏季的遮陽重點關注條件最惡劣的西面。廣州市氣象參數顯示，夏季西面的太陽輻射照度在下午16點左右達到最大值。分析可知，體育館的形體和大屋蓋設計對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候效果較好，例如6～7月份的10點到16點。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建筑節能的作用和效果是非常顯著的，作為建筑節能的一種新途徑，有著巨大的實用潛力。

九.結語

總之，合理的遮陽系統對玻璃幕墻建筑的藝術與技術的作用和效果，尤其是在建筑節能與智能化方面，都需要我們不斷地去開發和研究。建筑遮陽不應該僅是一組組物理數字計算，只要合理的整合技術和藝術，就可以成為具有表現力的建筑立面要素，成為可呼吸的建筑表皮，更好的發揮其作用，來實現建筑節能。