浅析玻璃幕墙遮阳系统智能化设计
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作者: 蒋维成
摘要：本文结合笔者多年工作的实践经验，对目前玻璃幕墙遮阳系统现状进行了深入地比较与分析，谨供大家作参考之用。
关键词：玻璃幕墙 遮阳系统 智能化设计
0 前言
玻璃幕墙是现代建筑较多采用的外围护结构，是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，是传统墙体失热损失的5~6倍，单层玻璃幕墙的能耗约占整个建筑能耗的40%左右。一栋设计不良的全为玻璃幕墙建筑的全年空调耗电量，可能是一般混凝土外墙大楼的四倍。故玻璃幕墙建筑的节能比其他建筑产品节能更为重要。所以玻璃幕墙的遮阳技术也是建筑物是节约能源最有潜力的工具。
1 遮阳的作用与效果
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。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，是炎热地区建筑防热的主要措施之一。设置遮阳后，会有以下作用及效果:
⑴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。
⑵遮阳对室内温度作用。遮阳防止室内温度上升有明显作用，对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。
⑶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。
⑷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。
2 遮阳的形式及构造设计
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，软百页，帆布蓬等。在永久性的遮阳设施中，按其构件能否活动，又可分为固定式和活动式两种。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。这种遮阳设施的灵活性大，使用合理，因此近年在国外的建筑中应用较广。
就我国所处地理纬度来说，各种遮阳板基本形式适应及朝向范围如下:
⑴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。
⑵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。
⑶综合式遮阳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。
⑷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。
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:
⑴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。
⑵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。
⑶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。
3 遮阳系统智能化设计
现今高资讯科技化的社会，人们的生活形态已逐渐改变，创造高资讯科技化和人性化的生活空间与环境，己成为目前建筑物生产力与经济效益外的另一项重要规划设计课题。智能化建筑的室内环境的控制是以智能化的方式控制物理或以自动化的方式，以达到建筑物的安全、健康、节能、舒适与高效率的工作环境，智能化建筑不仅需要令各种设备系统的效能均处于最适化的运转下，更需要使设备系统和空间的使用及构造材料，施工方法系统整体结合，充分考虑视觉、听觉及触觉和感觉感受，以满足高性能及高感性的人性化设计。当暖通和综合照明系统的智能化正被人们接受并广泛成为大型楼宇和现代家居之必需时，遮阳系统智能化的诸多优点却被忽略，或仅仅作为楼宇的点缀而已。
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:
⑴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。
⑵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、制冷机组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。
4 结语
因此，通过上文的叙述可以得出采用遮阳措施不仅是玻璃幕墙建筑节能设计的必要手段，而且还是标准较高玻璃墙建筑的建筑设计的必要手段。
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