Ecotect 建筑物理環境分析在生活中的應用

楊 愷

(華中科技大學，湖北 武漢 430074)

1 概述

我們身處在各種各樣的環境中，無時無刻不感受著周圍環境的冷暖變化。在我們能用語言及邏輯清晰地描述出我們的感受及其原因前，每個人都曾有一段僅能用感知來判斷事物的時期。那時候的深刻體驗，如今來看，原來并不是不著邊際的胡思亂想，而是我們對外界最本能的反應。

2 研究環境背景描述

筆者選擇的研究主體是兒時的住處，因為那是貫穿小學生涯的居處，所以是整個童年的記憶所在。

筆者住在湖北省洪湖市，洪湖市位于湖北省南部，長江與東荊河之間，西南隔長江與湖南省臨湘縣相鄰。東經113°07′～114°05′，北緯29°39′～30°02′。面積為 2 519 km2。東、南、北三面為長江，東荊河環繞，西面的洪湖與荊北水系相連，地勢比較平坦低洼，全境自西北向東南呈緩傾斜，且南北高，中間低，地面一般海拔高度在23 m～28 m之間。河、湖、渠交織成稠密水網，水面占總面積的30%左右。

事實上洪湖市的氣候環境與武漢差異不大，但總覺得家鄉的氣候遠遠比武漢這個城市舒適。居住的院子在一條深巷中，背后是田野。

3 感性分析研究部分

在大概讀一二年級的時候，有一天放學回家，突然驚奇地發現自己家里飯廳的那堵墻被拆掉了，露出一個驚人的大洞。那幾天，我們家都是在幾乎沒有什么圍護的大洞旁邊吃飯的。這樣的狀況很快結束，原來是爸爸決定要讓原本那面實墻加上一排窗變成全玻璃窗式的。那個時候，從沒見過玻璃幕墻，也未曾聽說過在外立面做落地窗的，更何況是在多層住宅的飯廳。這種感覺很新奇，尤其是當媽媽在玻璃上貼了一層花紋貼紙，使得白天從室外看不到室內，但是室內卻可以看到室外，美中不足的是晚上情況恰好相反。這面玻璃墻，讓童年回憶充滿光亮的部分，每天放學回來，會先在飯桌上寫好作業，然后等著媽媽端上飯菜。家人的交流幾乎都在那面玻璃墻旁邊的飯桌上。至今還記得，晚上我們圍在飯桌邊，制作作為小舅舅結婚禮物的風鈴時，玻璃窗扇上的貼紙反射出的瑩瑩的光芒。盡管我困得打哈欠，但仍舊眷戀那片光幕而不肯離開。

那個時候不會用空調，也沒有暖氣，但生活很愜意，不會被極端的溫度折騰得跳腳，也經常能享受到柔柔的風拂過。

4 研究主體詳細測量及建模結果

筆者所在的住宅樓未發生改變時的示意圖見圖1。

圖1 住宅樓示意圖

5 理性分析研究部分

墻，在詞典中的解釋是，用磚石等砌成承架房頂或隔開內外的建筑物。它是建筑物豎直方向的主要構件，起分隔、圍護和承重等作用，還有隔熱、保溫、隔聲等功能。

磚石墻與玻璃墻的不同點在于:

1)磚石墻優于玻璃的保溫隔熱作用;2)玻璃的透光性給室內帶來更多自然光實驗過程:在Ecotect中建立了一個比較簡易的三層的模型，見圖2。

圖2 實驗模型（一）

因為家鄉的氣候大致與武漢的一樣，所以我采用了武漢的數據加載然后分析采光比，見圖3。

圖3 采光比分析圖

從圖3中可以看出在Ecotect中模擬的結果并不讓人滿意。雖然全玻璃的開窗使得采光比較部分開窗確實有了增長，但效果不明顯，而且隨著進深增加，客廳內部的空間的采光很少。

經過分析，原因為玻璃幕墻是朝北的，一年四季沒有直射光，所以即使是夏天這樣大面積的開窗也沒有讓人感覺炎熱。但相應的，它對于采光的改善也沒有人想象的那么顯著。

接下來的問題是，如何讓玻璃幕墻更好的發揮它的優勢，增加采光量，給客廳營造更好的光線。

單向反射玻璃即在玻璃表面涂上一層強反射的金屬膜，可以將大部分光線都反射回去。在白天，室外日照強烈，光線大部分被反射回來，所以在室外只能看到外面環境映在玻璃上的倒影。室內光線暗淡，被反射回來的光線也很少，所以在室內的人接收到室外的光線，能看清室外的環境。到了晚上，就反過來，室內光線比較強烈，室外光線比較暗淡，所以在室內的人看不清室外，而在室外的人反而能看清室內。

筆者通過對建筑物理中側窗尺度、位置對室內采光的影響，窗長的變化對室內采光的影響，房屋布置對建筑采光影響，不同角度的眩光感覺，側窗采光改善措施，不同玻璃的采光效果等等方面對建筑物本身進行分析，結合理論知識以及根據實際情況，筆者提出了以下思索:

通過之前的實驗及理論分析得知，玻璃幕墻比之于磚石墻面開窗，有如下的優點和缺點:

優點:玻璃幕墻的采光量大于磚石墻。

缺點:1)玻璃幕墻面朝北面，自然光條件不是很好，由于窗墻比過大，導致冬季散熱量大;2)將玻璃幕墻看作側窗，由于大角度進光，導致產生眩光的幾率大，眩光嚴重;3)太陽西曬問題也值得考慮;4)雖然進光量大，但照度不均，飯廳能獲得較好的光線條件，但與之相連的客廳光線較暗淡。

改善措施:

1)在玻璃幕墻外設置百葉:a.減輕眩光;b.在夜間不采光時將百葉放成垂直狀態，完全遮住窗洞，以減少冬天光線和能量的外泄，降低電能和熱能的損耗;

2)對玻璃幕墻，由于它是上下兩層玻璃窗扇組合而成，可將中間橫擋加寬，在橫擋以上的玻璃改為指向性玻璃，以增加房間照度的均勻性，改善房間深處照度低的問題;

3)對于磚石墻面，可將對面建筑(南向)立面處理成淺色，由于太陽在南向垂直面形成很高照度，使墻面成為一個亮度相當高的反射光源，可使北向房間的采光量增加很多。但注意避免太過光滑的立面肌理，以免眩光嚴重。

6 改善策略措施的驗證性分析

驗證手段:實驗。

實驗過程:依然是在完全黑暗的密閉空間，只不過對飯廳做了些許修改。依照之前的思考，將玻璃幕墻的玻璃上做了橫擋，同時另用水紋玻璃模擬擴散光玻璃，進行了改善性實驗研究。

實驗對象:1)加長了橫擋及更換了橫擋以上的玻璃的房間;2)在對面增加淺色可反射光的墻面的磚石墻房間。

實驗結果:增加反射率為0.83的橫擋的Ecotect模型如圖4所示。

圖4 實驗模型（二）

增加橫擋后的效果見圖5。

圖5 增加橫擋后的效果圖

從測試結果可以看出增加了橫擋特別是較長的橫擋之后，對室內光線的改善效果顯著。

將玻璃改為折射率為0.85的折射玻璃后的效果見圖6。

圖6 折射率為0.85的折射玻璃效果圖

由圖6可知修改了玻璃折射率的效果并不顯著。

經過以上一系列的實驗，可以知道在玻璃幕墻上設置橫擋可以增加南面的采光，而改為折射玻璃的效用并沒有理論上那么好，但這也有可能與朝向有關。

7 環境感知因素與科學分析因素的交互影響關系

環境感知因素與科學分析因素的交互影響關系見圖7。

8 未來可延伸的研究方向

建筑外表面色彩及材質對周邊建筑光照的影響。

增加側窗進光量的措施及構造要點。

全玻璃幕墻的保溫隔熱性能改善方法及鍍膜玻璃的夜間設置。

圖7 環境感知因素與科學分析因素的交互影響關系

9 結語

通過之前一系列的實驗及理性分析，得出玻璃幕墻在增加光線量及制造室內外通透感上有著較好的效果，但顯然在保溫隔熱，避免眩光和控制室內均勻照度上還存在較大缺陷，但種種劣勢都可以通過相應手段得到解決;同時磚石墻面要想增加進光量也可在不設置為全玻璃幕墻的情況下通過其他手段得到解決。

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