夏季遮阳防晒,冬季引入阳光,玻璃幕墙的遮阳设计有何讲究?

百材号角 2023-11-20
3329 字丨阅读本文需 8 分钟

玻璃幕墙是一种美观新颖的建筑墙体装饰方法,是现代高层建筑时代的显著特征,玻璃幕墙不仅实现了建筑护结构中墙体与门窗的合二为一,而且把建筑围护结构的使用功能与装饰功能巧妙地融为一体,使建筑更具现代感和装饰艺术性。玻璃幕墙的这种良好特性,使它一经问世就得到人们的重视和青睐。

建筑幕墙不同于填充墙,它是由面板和支承结构组成的完整的结构系统;它在自身平面内可以承受较大的变形或者相对于主体结构可以有足够的位移能力;它是不分担主体结构所受的荷载和作用的围护结构。幕墙通常由面板(玻璃、铝板、石板、陶瓷板等)玻璃组件据资料介绍普通玻璃应用于建筑上,有1/3能量是通过玻璃的传导而损失的。玻璃幕墙在提供良好采光的同时却又带来了采暖与制冷能耗高的隐患,这是建筑能耗的一个薄弱环节。因此,研究玻璃幕墙的节能设计对建筑节能工作的开展有重要意义。

01

玻璃幕墙遮阳设计的必要性

人们正面对着资源枯竭、环境恶化、生态破坏等一系列问题。据统计,在发展中国家,建筑能耗占总能耗的27.6%,随着经济的发展和人民生活水平的不断提高,这个比例会不断增长。强调低污染、低耗能的绿色环保建筑应顺应时代的要求,我国颂布了一系列法规和政策对建筑节能和使用资源做出了规定。玻璃幕墙遮阳设计是十分必要。建筑结构的节能设计,由开窗、遮阳到隔热材料等因素环环相扣,这些因素影响建筑物的耗能。主要因素有:

1、窗墙开窗率是影响外墙节能的最重要因素之一,减少窗口面积率也是降低能源重要的手段之一,但考虑到确保有充足的自然采光,以免会产生心理的封闭感。但对玻璃幕墙透明效果的追求,可以通过减少窗口面积或提高遮光来满足能源需求。

2、外遮阳和玻璃遮蔽是影响外墙节能的第二重要因素,玻璃材料和外部遮阳效果可能会受屏蔽率大小的影响,但安装遮阳板后效果比较明显。玻璃材料可以选择反射性玻璃,高反射率玻璃和吸热玻璃(但反射率反光太多会造成眩光污染)。

3、建筑朝向是影响外墙节能设计的第三要素(总体比例占12%)。大面积的玻璃幕墙应避免东照西晒。建筑应朝北南方向配置。

02

玻璃幕墙遮阳的效果

如果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,设置遮阳后,会有以下作用及效果:

一、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比值。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。

二、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。

三、遮阳对建筑外观的作用。一般人都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,但是由国外的许多案例我们可以发现金属玻璃幕墙能以轻巧的金属板设计成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。

四、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,室温最大差值达2°C,平均差值1.4°C。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。

五、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。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。

03

玻璃幕墙遮阳分类

1.按遮挡太阳辐射的途径分类

(1)窗口遮阳

窗口的遮阳形式多种多样,有窗帘、百叶等内遮阳的形式,有玻璃自遮阳形式,有遮阳设施位于双层玻璃中间的窗口中置式,有遮阳篷等活动外遮阳形式,也有水平遮阳、垂直遮阳、栅格遮阳等固定外遮阳形式。 在各种遮阳系统中,外遮阳系统在降低建筑室内得热,调节室内光、热环境方面最为有效,被认为是最理想的被动节能措施之—。

(2)屋顶遮阳

屋顶遮阳是通过屋顶构件的作用,保护屋顶不受暴晒,降低室内热负荷,同时也能丰富立面造型,创造有性格的建筑。

(3)建筑表面遮阳

建筑表面是承担建筑外部围护界面的物质系统,通常包括屋顶和外墙。 其功能主要有保温隔热、通风、采光、遮阳、隔音等。 随着现代科学技术的发展,技术手段更加先进,材料更为多样,建筑表面也变得更加复杂,由单层表面发展为多层表面,并从建筑中分离出来,单独承担一个或几个外围护功能。承担遮阳功能的表面层称为建筑表面遮阳。

(4)建筑自遮阳

建筑自遮阳包括挑檐、骑楼、花格窗等。 其特点是均为建筑功能构件,同时能起到建筑遮阳的作用。 如挑檐、骑楼有避雨、为人们提供活动空间的作用,花格窗则缘于对建筑装饰的需要。 这种遮阳方式由来以久,从古罗马的建筑柱廊到现代主义建筑大师赖特设计的草原住宅都可以看到这种遮阳形式。 其优点是遮阳效果好,富有地方特色,建造容易,缺点是耐久性稍差。

2.按遮阳构件的形状与效果分类

(1)水平遮阳

由于太阳高度角和方位角在一年四季中循环往复地变化,遮阳构件产生的阴影区也随之改变,因此,设计水平遮阳时要考虑不同纬度、季节和时间的阴影变化。 这种遮阳形式能有效地遮挡太阳高度角较大时窗口上方投射下来的阳光,在我国宜设置于南向或接近南向的窗口上,可有较理想的阴影区。 此外,水平遮阳经过计算的遮阳板宽度及位置还能够有效地遮挡夏季的阳光,并最大限度地将冬季的阳光引入室内。

(2)垂直遮阳

太阳方位角决定垂直遮阳效果。垂直遮阳能够有效地遮挡高度角很小的斜射光线,因此,垂直遮阳适用于东北和西北方向。

(3)综合式遮阳

综合式遮阳兼有水平遮阳和垂直遮阳的优点,对于各种朝向和高度角的阳光都比较有效。 其中,垂直构件或水平构件均可做成固定式或活动式,可左右倾斜或上下倾斜,以满足遮阳要求。

(4)档板式遮阳

档板式遮阳平行于窗口的遮阳设施,能有效地遮挡高度角较小的正射窗口的阳光,主要适用于东西向阳光强烈的地区。 其缺点是对视线和通风的阻挡严重,所以一般不宜采用固定的建筑构件。

(5)百叶式遮阳

百叶式遮阳是广泛使用的一种遮阳万式,其优点是能够根据需要调节角度,综合满足遮阳和采光通风的需要。例如法兰克福商业银行采用了先进的自动控制百叶遮阳系统,轻质的铝合金百叶遮挡住夏季的直射阳光,将柔和的漫射光线引向室内。

3.按遮阳构件的可控性分类

根据遮阳构件能否随季节与时间的变化进行角度和尺寸的调节,甚至在冬季可否便于拆卸,窗口遮阳可分为2种:

(1)固定式遮阳

固定式遮阳是结合建筑立面、造型处理和窗过梁设置,用钢筋混凝土等做成的永久性构件,通常为建筑固定式遮阳物不可分割和变动的组成部分。其优点是成本低,建成后就不需要再调整。缺点是不能根据季节、天气和一天内时间的变化进行调整来满足室内环境的需求,缺少灵活性。

(2)可调节式遮阳

可调节式遮阳可以根据季节、时间的变化以及天空的阴暗情况,任意调整遮阳板的角度。在寒冷季节,为了避免遮挡太阳辐射,争取日照,还可拆除。这种遮阳形式灵活性大,使用科学合理,近年来在国内外建筑中应可调节式遮阳应用比较广泛。

经过特殊设计的可调屋顶遮阳,在太阳辐射较弱的阴天,屋面可调遮阳片完全收起来使室内得到最大的太阳辐射。在太阳辐射较强的晴天,可调遮阳片则打开成一定角度,使室内获得适量的太阳辐射。在寒冷的夜晚,可调遮阳片则完全打开覆盖屋面,从而增大热阻值,起到保温的作用。

最后

玻璃幕墙的造型外观漂亮,整体感强,由玻璃幕墙装饰的楼体由于采用大面积玻璃和金属结构,其玻璃表面换热性强,热透射率高,所以会对室内热条件有极大的影响。在烈日炎炎的夏季,浓裂的阳光透过玻璃射入室内,是造成室内温度过热的主要原因。特别在我国广东等南方炎热地区玻璃幕墙的房屋就更难熬。如果人体再受到阳光的直接照射,将会感到炎热难受。

文章来源: 玻璃视界view,专业幕墙门窗设计施工,上海住程幕墙维保

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