玻璃幕墙的遮阳

玻璃幕墙的遮阳
本文论述了在节能成为当今建筑发展总趋势的环境下，以玻璃幕墙为外围护结构的建筑节能的一个重要措施就是对玻璃幕墙进行遮阳设计。

在指出玻璃幕墙遮阳设计重要性的同时，也对玻璃幕墙遮阳系统的类型、构造和方式进行分析，并通过实例对遮阳系统的构造技术进行探讨。

标签：玻璃幕墙；节能；遮阳
引言：
建筑玻璃幕墙在近三十几年的发展中日趋成熟，在现代建筑中的应用也越来越广泛。

随着现代玻璃制造工艺的不断进步和建筑科学技术的发展，使得建筑在安全性、透明度、反射性、隔热性等方面都有了巨大的改善，因而促使玻璃幕墙得到迅速发展。

玻璃幕墙是现代高层建筑普遍采用的外围护结构，是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，是传统墙体热量损失的5-6倍，玻璃幕墙的能耗约占整个建筑能耗的40%左右，因此玻璃幕墙的节能是一个不可忽视的关键。

由于玻璃幕墙由玻璃和金属结构组成，而玻璃表面换热性强、热透射率高，故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，因此玻璃幕墙的遮阳是玻璃外墙节能的重要因素。

另外，在建筑设计中要求，当建筑具备下列条件时（建筑标准较高的房间，仅有1～2两项）就要采用遮阳措施：
1）室内气温大于29℃；
2）太阳辐射强度大于240千卡/米时；
3）阳光照射室内深度大于0.5米；
4）阳光照射室内时间超过一小时；
由此可见，遮阳措施不仅是玻璃幕墙建筑节能设计的一种必要手段，也是标准较高玻璃幕墙建筑的建筑设计的必要措施之一。

1.遮阳的作用及效果
在玻璃幕墙上设置遮阳系统，可以最大限度地减少阳光的直接照射，从而避免室内过热，这是有玻璃幕墙类建筑防热的主要措施之一。

设置遮阳后，会有如下作用及效果：
（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。

遮阳系数愈小，透过外围护结构的太阳辐射热量愈小，防热效果愈好。

在上海地区进行实测得到的各主要朝向窗口设置遮阳措施后的遮阳系数分别为：西向17%，南向45%，北向60%。

由此可见，遮阳对遮挡太阳辐射热的作用是相当大的，玻璃幕墙建筑设置遮阳措施更是效果明显。

（2）遮阳对室内温度的作用
遮阳对防止室内温度上升有明显作用，在上海地区某西向房间试验观测表明，在闭窗的情况下，有无遮阳室温最大差值达2℃，平均差值1.4℃。

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。

（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光污染。

（4）遮阳对建筑外观的作用
以前认为玻璃幕墙设计只能平板化，无法设计外遮阳等遮阳设施，但是近几年的许多实例我们可以发现玻璃幕墙能用轻巧的金属板设计成优美的遮阳形式并以此成为完善建筑造型的一部分。

遮阳系统在玻璃幕墙外观的玻璃墙体上形成光影效果，也能体现出现代建筑艺术美学效果。

遮阳系统作为一种活跃的立面元素，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。

（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。

但是遮阳设施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.遮阳常用的类型
（1）选择性透光遮阳
利用材料的吸收、反射和透射特性，控制进入室内的阳光。

如高层建筑中常
采用的各种热反射薄膜，low-E、有色、彩釉玻璃等等。

通过利用材料的光谱特性，控制阳光的进入。

（2）内遮阳
位于玻璃幕墙系统的室内侧，与幕墙玻璃有紧密的热光接触。

常见的有幕帘、软百叶帘等形式。

（3）中间遮阳
位于玻璃幕墙系统的内部或两层门窗之间。

中间遮阳的热光交互作用与玻璃和薄膜相似，可看作两层空气间层中的一个夹层。

常见的形式有在双层玻璃之间设置百叶帘，在双层幕墙的夹层中设置遮阳叶片等形式。

（4）外遮阳
外遮阳是一种最常用的遮阳形式，位于玻璃幕墙系统的室外侧。

按其构造形式可分为固定式建筑构件遮阳和活动式遮阳。

根据安装位置，常用的包括水平遮阳、垂直遮阳、挡板遮阳、外置活动卷帘等形式，也可利用建筑的围廊、周围的树木或藤蔓植物来遮阳。

其中，最常见的为水平遮阳、垂直遮阳、水平和垂直的综合遮阳以及挡板遮阳等形式。

从遮阳效果来看，外遮阳是最佳的选择。

尤其是采用活动式外遮阳，在夏季阳光强烈时阻挡进入室内的阳光，但在冬季需要阳光时就可让阳光进入室内。

3.遮阳设计的分析
由于幕墙的遮阳设计的形式多种多样，采取哪一种方式需要根据具体情况而定。

幕墙玻璃的材质以及外遮阳都影响遮蔽率的大小，但是装设遮阳板、遮阳百叶等遮阳装置远比改变幕墙玻璃材质的效果来得大。

一般来讲，室内百叶只可挡去17%的太阳辐射热，而室外南向仰角45度的水平遮阳板就可以轻易遮去69%的太阳辐射热。

装在玻璃幕墙内侧的遮阳设施所吸收的太阳辐射热，大部分会散发给室内空气；但如果是装在玻璃幕墙外侧的遮阳板，则会将所吸收的辐射热大部分散发至室外的空气，从而减轻了室内温度的影响。

虽然设置外遮阳设施是遮挡太阳辐射热最有效的手段，但具体设计需要各方面的综合协调。

下面通过实例来看具体的遮阳设计。

4.遮阳设计实例
（1）清华的低能耗示范楼–南立面
南立面的幕墙遮阳方式是与东立面幕墙类似的水平内遮阳，使自然光尽可能地进入室内，同时降低热量的获得。

我们在双层玻璃幕墙中间设置了小型的电动水平内遮阳百叶卷帘，叶片宽度为50mm，叶片角度可调。

百叶运动方式与常规
的由上端固定下落方式，而是下端固定上升方式，这样可保证遮挡太阳辐射却不影响室内采光，光线可从窗上部照射入室内。

百叶叶片能够根据室内采光度和太阳光的不同照射角度等，及时调整遮阳百叶的角度，从而达到室内采光与遮阳两者间的和谐。

冬季白天叶片角度平行于太阳高度角变化，最小限度遮挡太阳辐射，夜间则关上叶片，增加幕墙热阻，减少与天空辐射的热能损失。

夏季白天叶片垂直于太阳高度角变化，可减少太阳辐射同时获得良好的室内自然采光，夜间则打开叶片，增加与天空的辐射换热，强化建筑物的夜间冷却。

该示范楼南立面的外循环式幕墙夹层稍窄，为110mm，室外侧为8mm钢化玻璃，内侧为8mmlow-e+18A+4/pvb/4mm夹胶玻璃，因此该电动内置式遮阳百叶宽度仅为25mm。

（2）日本东京MidTown项目中，塔楼B和E中，各个立面都采用了大面积的玻璃幕墙，由于各个朝向需要遮挡太阳辐射的时段和位置都不相同，所以必须根据不同的朝向选择适当的遮阳形式。

东京地区夏至日太阳高度角变化范围：0～73.5度，方位角变化范围：-120～120度。

东立面和南立面都需要设置外置式遮阳板。

可选择的方案有垂直遮阳和水平遮阳（在设计中我们设计的遮阳板不仅成为建筑外观极好的装饰，同时针对建筑采光的需要进行外遮阳板的尺寸、外型調整过多次）。

我们在东立面采用了固定式的水平外置式遮阳板，南立面则采用了垂直外置式遮阳板。