浅谈玻璃幕墙遮阳对建筑节能的意义

颜美琴

摘要：玻璃幕墙是现代化建筑的主要外围护结构之一，其设计不仅要满足建筑美学和建筑功能的要求，而且还应充分体现当前国际上流行的建筑设计三大原则：“开放与交流、舒适与自然、环保与节能。”玻璃幕墙较传统砌体外墙更应注重建筑遮阳的应用。本文结合工程实例主要介绍玻璃幕墙遮阳对于建筑节能的意义。

关键字：玻璃幕墙遮阳建筑节能

一、玻璃幕墙遮阳的必要性

建筑主体节能最重要的方面是有效的建筑单体设计，主要包括隔热（窗、墙、屋顶）、遮阳、通风。以玻璃幕墙为外围护结构的建筑，玻璃幕墙是整个建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，玻璃幕墙的能耗占整个建筑能耗的40%左右，因此发展玻璃幕墙的遮阳是建筑节约能源最有潜力的工具。

二、玻璃幕墙遮阳的研究

建筑外围护结构的节能设计，开窗、方位、遮阳和隔热材料等因素环环相扣，这些因素影响建筑物的耗能量。台湾的西拉雅研究室曾对台湾的办公建筑的外围护结构进行研究，对建筑外围护结构的各要素的耗能量进行分析，结果如下：

外墙的开窗率是外墙节能的最重要因素，降低开窗面积率是节能最重要手段，但是降低开窗率也必须确保和顾及适当的自然采光，并免除心里的封闭感。但是对于追求通透效果的玻璃幕墙而言，只能采用降低开启窗面积并加强不透光地方的隔热设计来达到节能要求。

外遮阳和玻璃遮蔽是外墙节能的第二重要因素，玻璃材质及外遮阳都影响遮蔽率的大小，但是装设遮阳板、遮阳百叶等外遮阳远比改变玻璃材质的效果大。玻璃材质可选择高反射率的反射玻璃和吸热玻璃（发射率太大的反射玻璃会造成眩光污染的公害），所以要选择适当的反射玻璃。

建筑方位因素是外墙节能设计的第三要素（占13.8%的比重）。大面积的玻璃幕墙应避免东照西晒，建筑的长向应朝南北向放置。

因此，采用遮阳措施不仅是玻璃幕墙建筑节能设计的必要手段，而且也是标准较高的玻璃幕墙在建筑设计上的必要手段。

三、玻璃幕墙遮阳的作用和效果

玻璃幕墙主要由玻璃和金属结构组成，玻璃表面换热性强，热透射率高，对室内热条件有极大的影响。在夏季，阳光透过玻璃射入室内，是造成室内过热的主要原因，特别在炎热地区。在玻璃幕墙上设置遮阳系统，可以最大限度的减少阳光的直接照射，以避免室内过热。设置遮阳后，有以下作用及效果：

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的笔直。遮阳系数愈小，透过外围护结构的太阳辐射热量愈小，放热效果愈好。而设置遮阳措施对已玻璃幕墙建筑具有良好的防热效果。

遮阳对室内温度作用

遮阳对防止室内温度上升有明显作用。在夏热地区试验观测表明，在闭窗的情况下，有无遮阳，室温差值较大。而有遮阳时，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。遮阳对空调房间可减少冷负荷，对于空调建筑来说，遮阳也是节约电能的主要措施之一。

四、玻璃幕墙遮阳对采光的影响

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，遮阳可以分散玻璃幕墙的玻璃（尤其是镀膜玻璃）的反射光，避免大面积玻璃反光造成光污染。而在阴雨天，遮阳措施因挡光的缘故确会降低室内的照度，因此，在设计遮阳系统设计时应充分考虑并尽量满足室内天然采光的要求。

五、玻璃幕墙遮阳对建筑外观的作用

大部分玻璃幕墙建筑的立面设计都是平板化，没有设计外遮阳等遮阳设施，以体现其干净、利索、通透的建筑风格。国外的不少金属玻璃幕墙的设计案例以轻巧的金属板设计成为优美的遮阳形式并成为建筑造型有趣的一部分。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，甚至称之为双层立面形式。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。

六、玻璃幕墙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，具体视遮阳设施的构造情况而定；对玻璃表面上升的热空气有阻挡作用，不利散热。

七、玻璃幕墙遮阳的形式及构造设计

遮阳具有防止太阳辐射，避免产生眩光，改善室内环境气候、及建筑外光上光影美学效果之功能，但也对室内的采光、通风带来不同层次的影响。遮阳系统本身而言，根据位置分为外部遮阳与内部遮阳，其中又可分为活动式遮阳及固定式遮阳。就遮阳形似来分，一般分为四种：水平遮阳、垂直遮阳、综合式遮阳和挡板式。

根据地区的气候特点和房间的使用要求，可以把遮阳作为永久性的或临时性的。永久性的就是在玻璃幕墙内外设置各种形式的遮阳板和遮阳帘，临时性的就是在玻璃的内外设置轻便的布帘、竹帘、软百叶、帆布篷等。在永久性的遮阳设施中，按其构件能否活动，有可分为固定式或活动式两种。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。

遮阳的效果除与遮阳形式有关外，还与构造设计有很大的关系，设计时要特别注意以下几点：

1、遮阳板面的组合与构造

在满足阻挡直线阳光的前提下，可以有不同板面组合的形式，应该选择对通风、采光、视野、构造和立面处理等要求更为有利的形式。为了便于热空气的散逸，并减少对通风、采光的影响，常将板面做成百页的或部分做成百叶的，或中间层做成百页的。遮阳板可用铝板、轻金属或混凝土制作。

2、遮阳板的安装位置

遮阳板安装的位置对防热和通风的影响很大。例如将板面紧靠墙面布置时，受热表面加热而上升的热空气将受室外风压作用导入室内。这种情况对综合式遮阳更为严重。遮阳板面得安装应距离玻璃墙面有一定的距离，以使大部分热空气沿着墙面排走，且应使遮阳板尽可能减少挡风，最好还能兼起导风入室的作用。

3、遮阳板的材料和颜色

为了减轻自重，遮阳构件以采用轻质量为宜。遮阳构件经常暴露在室外，受日晒雨淋，容易损坏，因此要求材料坚固耐久。如果遮阳是活动式的，又要求轻便灵活，以便调节或拆除。材料的外表面对太阳辐射热得吸收系数要小，设计时可根据上述的要求并结合实际情况来选择适宜的遮阳材料。

遮阳的构件的颜色对隔热效果也有影响。以安装在玻璃幕墙内侧的百业帘为例，暗色、中间色和白色的遮阳系数分别为：86%、74%、和62%。白色的比暗色的要减少24%。为了加强表面的反射，减少吸收，遮阳帘朝向阳光的一面，应为浅色发亮的颜色，而在背阳光的一面，应为较暗的无光泽颜色，以免引起眩光。

4、外遮阳和内遮阳

一般来讲，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。装在窗口内侧的布帘、软百页等遮阳设施，其所吸收的太阳辐射热，大部分散发给室内空气。装在外侧的遮阳板，吸收的辐射热，大部分散发给室外的空气，从而减轻了对室内温度的影响。因此采用外遮阳（遮阳板）是最好的建筑节能方法。

八、玻璃幕墙遮阳技术的运用和工程实例

近年来，广东新建的大型公共建筑和标志性建筑中也对各种幕墙遮阳技术和遮阳形式进行了探索和实践，以下对典型工程广州亚运综合体育馆的幕墙遮阳技术应用作简要介绍。 广州亚运城综合体育馆位于广州亚运城西南面，总建筑面积6.55万平方米，于2010年11月正式投入第16届亚运会的使用。

广州亚运城综合体育馆在外形设计上充分考虑了遮阳问题，其建筑造型和大屋檐的设计具有较好的自遮阳效果。在工程设计中对其夏季的遮阳效果进行了计算分析，广州地区的夏季基本为4月到11月，针对各月典型天全天逐时的遮阳效果进行了模拟分析。夏季的遮阳重点关注条件最恶劣的西面。广州市气象参数显示，夏季西面的太阳辐射照度在下午16点左右达到最大值。分析可知，体育馆的形体和大屋盖设计对西面的玻璃幕墙遮阳起到一定的遮阳效果。其遮阳效果在太阳高度角较高的时候效果较好，例如6～7月份的10点到16点。遮阳效果如图2所示。

从上面的工程中，我们可以清楚地看到玻璃幕墙遮阳对建筑節能的作用和效果是非常显著的，作为建筑节能的一种新途径，有着巨大的实用潜力。

九.结语

总之，合理的遮阳系统对玻璃幕墙建筑的艺术与技术的作用和效果，尤其是在建筑节能与智能化方面，都需要我们不断地去开发和研究。建筑遮阳不应该仅是一组组物理数字计算，只要合理的整合技术和艺术，就可以成为具有表现力的建筑立面要素，成为可呼吸的建筑表皮，更好的发挥其作用，来实现建筑节能。