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浅析玻璃幕墙的遮阳设计
来源: | 作者:bjddzy | 发布时间: 2018-01-22 | 1948 次浏览 | 分享到:
一、前言
  在全世界的能源消耗中,无论是发达国家还是发展中国家,建筑能耗在总能耗中所占的比重都是很大的。建筑用能的高低取决于建筑围护结构的保温隔热性能、建筑的密闭性等。目前在世界性能源紧张的今天节能已成为一种趋势,减少通过玻璃的能量损失越来越被建筑师和建筑使用者所重视,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外围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。
  二、玻璃幕墙的遮阳设计措施
  1、选择合适的玻璃幕墙
  玻璃幕墙是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位。幕墙的玻璃不但要满足传热系数的要求,还要满足遮阳系数的要求。传热系数越小,保温效果越好;遮阳系数越小,阳光辐射的透过率就越小,夏季空调的能耗可减少。选择合适玻璃类型主要从热特性和光学性能考虑。(1)吸热玻璃。吸热玻璃是一种能够吸收太阳能的平板玻璃,它是利用玻璃中的金属离子对太阳能进行的选择性吸收,同时呈现不同的颜色。(2)热反射玻璃。能将太阳能反射回大气中而达到阻挡太阳能进入室内使太阳能不在室内转化为热能的目的。太阳能进入室内的量越少,空调负荷也就越小;热反射玻璃的反射率越高说明其对太阳能的控制越强,但是玻璃的可见光透过率会随着反射率的升高而降低,影响采光效果,太高的玻璃反射率也可能出现光污染问题。(3)中空玻璃。中空玻璃的隔热性能好,是因为其内部的空气层处于一个封闭的空间,气体不产生对流,且空气的导热系数仅是玻璃的1/27。所以,中空玻璃是有较好节能效果的。通常,炎热地区和夏热冬暖地区宜选择吸热玻璃和热反射玻璃;夏热冬冷地区宜选择带热反射玻璃的中空玻璃;
  2、玻璃幕墙遮阳形式设计
  如果没有有效的外遮阳措施来配合,玻璃的温室效应往往会造成夏季室内过热,特别是对于窗墙比较大的东、西、南立面。玻璃幕墙可以通过选择合理的玻璃材质来影响太阳光的辐射,但是装设遮阳板、遮阳百页等外遮阳远比改变玻璃材质的效果大。遮阳形式来分,一般分为四种:水平遮阳、垂直遮阳、综合式遮阳和挡板式遮阳。 (1)水平式遮阳在玻璃前采用伸出重叠的平板这种形式的遮阳,能有效地遮挡太阳高度角较大的,从玻璃幕墙上方投射下来的阳光。故它适用于南向的玻璃幕墙建筑物。(2)垂直式遮阳。设于玻璃前之凸出板的垂直式遮阳,能有效地遮挡角度较小的,从玻璃窗侧斜射进来的阳光。但对于角度较大的,从玻璃窗上面射下来的阳光,或接近日出、日没时平射的阳光,它不起遮挡作用。故垂直式的遮阳主要适用于东北、北和西北向附近的玻璃幕墙建筑。(3)综合式遮阳。能有效地遮挡高度角中等的,从玻璃窗前射下来的阳光。遮阳效果比较均匀,故它适用于东南或西南向的玻璃幕墙建筑。综合式遮阳既有水平遮阳构件,又有垂直遮阳构件,能有效地遮挡高度角中等的从玻璃窗前射下来的阳光。遮阳效果比较均匀,适用于东南或西南向的玻璃幕墙。(4)挡板式遮阳这种形式的遮阳,能有效地遮挡高度角较小的,正射窗口的阳光。故它主要用于东西向的玻璃幕墙建筑。由于遮阳系统对室内采光、通风及冬季日照等亦带来不同层次的影响。目前出现一种遮阳采光系统,其采用遮阳板和导光板组合的遮采光系统,形式一般为在建筑玻璃幕墙或窗上部装设一水平遮阳设施,其功用除了可直接阻碍太阳的直射光热外,更可间接利用遮阳板设计将太阳光反射至天花板,再经天花板将自然光导入室内较深处。
  3、玻璃幕墙遮阳构造设计
  玻璃幕墙的主要由面玻璃和肋玻璃组成,它们之间可以完全通过结构胶进行连接,设置形式有: (1)遮阳板面的组合与构造。在满足阻挡直射阳光的前提下,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页的,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,为了克服这个缺点,板面应该离开玻璃墙面一定的距离安装,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作用。(3)材料与颜色。为了减轻自重,遮阳构件以采用轻质为宜。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的吸收系数要小,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。遮阳构件的颜色对隔热效果也有影响。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、玻璃幕墙遮阳智能化设计
  随着智能建筑的异军突起,智能遮阳系统成为建筑智能化系统不可或缺的一部分,遮阳系统的智能化将是建筑智能化系统最新和最有潜力的一个发展分支。建筑幕墙的遮阳系统智能化就是对控制遮阳板角度调节或遮阳帘升降的电机的控制系统采用现代计算机集成技术。目前国内外的厂商已经成功开发出以下几种控制系统:(1)时间电机控制系统这种时间控制器储存了太阳升降过程的记录,而且,已经事先根据太阳在不同季节的不同起落时间作了调整。因此,在任何地方,控制器都能很准确地使电机在设定的时间进行遮阳板角度调节或窗帘升降。并且还能利用阳光热量感应器(热量可调整),来进一步自动控制遮阳帘的高度或遮阳板角度,使房间不被太强烈的阳光所照射。(2)气候电机控制系统这种控制器是一个完整的气候站系统,装置有太阳/风速/雨量/温度感应器。此控制器在厂里己经输入基本程序,包括光强弱/风力/延长反应时间的数据。这些数据可以根据地方和所需而随时更换。而“延长反应时间”这一功能使遮阳板或窗帘不会因为太阳光的小小改变而立刻做出反应。遮阳系统能够实现节能的目的,需要靠它的智能控制系统,这种智能化控制系统是一套较为复杂的系统工程,是从功能要求到控制模式到信息采集到执行命令到传动机构的全过程控制系统。它涉及到气候测量、制冷机运行状况的信息采集、电力系统配置、楼宇控制、计算机控制、外立面构造等多方面的因素。智能遮阳系统的节能功效可以在设计阶段就能被计算机推导软件容易并可靠地计算出来。
  总之,玻璃幕墙的遮阳设计涉及因素众多,不仅与形式有关,而且与构造设计也有很大的关联,需要设计人员在工作实践中不断摸索和总结。