玻璃外墙的节能与环保

王鑫 杨引 李振作 王晶晶

【摘要】伴随着社会经济发展，玻璃外墙已广泛应用于建筑领域。在玻璃外墙建筑的节能环保方面，玻璃外墻产生的光污染问题越来越多地受到人们的关注，本文就光污染问题进行对玻璃外墙建筑的节能环保进行研究分析。

【关键词】玻璃外墙；光污染；节能环保

基金项目：武昌工学院科研立项自费项目（2014XS07）

1 引言

玻璃外墙是一种新型墙体，具有独特的风格、高雅亮丽的外形。它将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素相结合，使建筑呈现出现代的气息，因此，它被广泛应用于装饰外墙的多层和高层建筑。在国内外各大城市都建有宏伟华丽的玻璃外墙建筑，如纽约世界贸易中心，北京长城饭店，上海金茂大厦都采用了玻璃外墙。它巧妙地融合了传统的窗与墙，呈现出现代建筑独特的风格和特点。这不仅给城市建设注入了新的活力，也展示了现代建筑技术的进步和建筑材料创新的一个新概念。玻璃外墙的独特优势是美观大方，视野开阔，充满现代品位；但它的缺点也不容忽视，玻璃外墙会产生比较强的光污染、造成能源的高度浪费等。大约在20世纪80年代，建筑玻璃外墙被传入中国，在北京，上海，广州，深圳等大中型城市，用玻璃装饰为外墙的建筑随处可见，然而，玻璃外墙光污染的问题也随之出现，影响着人类的健康、工作、安全等，这种有强反光能力的玻璃外墙就是制造光污染的最典型“凶手”。近年来，国内外频繁出现关于玻璃外墙光污染问题的投诉案例。因此，有效防治并且充分利用玻璃外墙的光污染，进而改善玻璃外墙建筑的节能环保，必须引起人们的高度重视。

2 玻璃外墙与光污染

2.1 建筑玻璃外墙的光污染

“建筑玻璃外墙的光污染”是近年来公众关注的一个新话题。建筑玻璃外墙的光污染，是指采用涂膜玻璃或镀膜玻璃的建筑玻璃外墙，在阳光直射和其它光线照射在玻璃外墙表面时，因玻璃外墙发生镜面反射而产生的眩光，造成生态环境恶化和影响人们生活的现象。这种现象，即所谓的建筑玻璃外墙的光污染。

2.2 对道路交通的影响

许多意外交通事故是光污染造成的。道路两侧的玻璃外墙建筑，像一面巨大的镜子，在阳光或照明灯的照射下对路口的交通灯和正在行驶的车辆进行反射。反射光有时比光本身更强烈，反光的玻璃外墙与传统的粉刷墙体相比，其反射光的能力要高出十几倍，甚至几十倍。强烈的光线反射进入正在高速行驶的汽车内，会造成人的突发性失明和视觉上的障碍，会瞬间刺激驾驶员的视觉， 严重危及行人和驾驶员的视觉功能，容易引发交通事故。

据武汉的一些机动车驾驶员反映，下午2点左右从岳家嘴行驶至洪山广场，沿途建筑玻璃外墙强烈的反光刺激让人难以睁眼，若不警惕，这种光污染可能会导致交通事故的发生，使人民群众的人身安全受到威胁。据了解，在广州、深圳等一线城市，很多交通事故是因城市道路两侧玻璃外墙建筑反射的光而造成的。

2.3 对居民生活的影响

光污染也是居民生活中的烦恼。 在居民生活区附近，一些建筑的玻璃外墙反射的光线会对其周围的居民住宅楼产生强烈的影响。光学专家表示，建筑物的玻璃外墙反射的光线十分强烈，其反射率高达80%以上，甚至更高。那些建在居民生活区附近的玻璃外墙建筑，夏日将外光源反射到居室中，破坏了室内原有的良好气氛，同时会使室内温度平均上升4～6℃，而且强烈的反射光会加快一些家居用品的老化速度。长期处于光污染的环境中，居民的正常生活和工作状态也会受到严重影响。反射的光线对人的眼睛影响巨大，容易造成视觉功能的丧失，而且还可能引发头晕、失眠、心悸和郁闷等类似神经衰弱的症状，长时间活动在这种环境中，人的正常生理及心理会受到影响，长此以往，会引发某些严重疾病。在聚光方面，如果长时间以及大强度的照射就会出现火灾，虽然出现火灾的情况还比较少，但还是存在着火灾的安全隐患，居民的人身安全得不到保障。据了解，居住在玻璃外墙建筑周围的居民，有不少人抱怨说，家里白天也要挂上窗帘，否则谁也受不了玻璃外墙反射的强光和强热。

2.4 加剧“城市热岛效应”

城市建筑物的玻璃外墙对强光的反射是城市气温升高的一个主要原因。玻璃外墙不同于混凝土墙，玻璃外墙不仅会吸收热量，还会把阳光反射回局部空间，从而使建筑周围温度升高，加剧“城市热岛效应”。在现代城市中，高层建筑聚集的市区与其市郊的温差可能高达2～3℃，有的甚至更高。

2.5 严重影响城市形象

光洁、透明、高雅美观的特性，使得玻璃外墙成为现代建筑外墙装饰的首选。但由于一些建筑玻璃外墙所用材质低劣，施工质量不高，出现色泽不均以及波纹各异，在阳光下，每块玻璃显现的光影并不是均匀一致，而是四处漫射。这样的玻璃外墙建筑物，难以联系上明快、大气、豪华这些形容词，只会使人感到滑稽可笑，城市形象也因此大打折扣。

3 玻璃外墙光污染的防治措施与节能环保

3.1 选用节能环保型材质的玻璃

随着科学技术的不断发展，建筑玻璃外墙材料的类型越来越多。在玻璃材料的制作工艺上，为避免玻璃外墙带来的光污染，根据玻璃的一些特征和建筑功能的要求，选用反光能力弱的玻璃用于建筑玻璃外墙是防止玻璃外墙造成光污染的关键。同时，合理利用玻璃外墙吸收的强光强热，可促进节能环保型社会的发展。

目前，节能的玻璃品种有吸热玻璃、镀膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃等。吸热玻璃能较强吸收光线辐射产生的热能，对光的反射能力弱，造成的光污染影响不大，吸热玻璃可减少太阳能进入室内，但它吸收的热能会散发到室外，从而加剧城市热岛效应。镀膜玻璃对光和热具有较强的反射能力，能将强光和强热反射回大气中，有效阻挡它们进入室内，但镀膜玻璃的透光率很低，影响采光效果，而且对强光和强热有着过高的反射能力，可能会出现严重的光污染问题。中空玻璃能够解决热能传递的问题，普通中空玻璃只能解决热能传递的热对流问题，而高性能中空玻璃可解决热能的辐射、对流和传导问题，节能的效果十分显著。和中空玻璃相比，真空玻璃的隔热效果更好。光电幕墙玻璃指的是用EVA胶片把太阳电池和金属导线固定在两层玻璃间，同时搭配外部蓄电、充电装置构成太阳能发电系统的外墙玻璃，它可将光能转化成电能，还具有隔音、隔热等功能，是一种节能环保的新型建材，我国上海陆家嘴时代金融中心、浙江利时大厦等都在相继使用光电幕墙玻璃。

近年来，在玻璃外墙材料的选择方面，Low—E型低反射玻璃、微晶玻璃等反射能力弱的玻璃都是值得推廣的。

3.2 玻璃外墙的形状与光污染

一般常见的玻璃外墙的形状大多为平面，安装玻璃的形状以正方形或长方形为主。例如中国上海的金茂大厦，莫斯科的首都大厦和法国卢浮宫等。此类玻璃外墙容易造成光污染。

相比平面的玻璃外墙，弧形的玻璃外墙不仅使建筑物的造型美观，还可以利用弧形外墙上的玻璃反射或多次反射太阳光。利用合理的玻璃反射角度和太阳能电池板的安放位置，变废为宝，把太阳光反射到太阳能电池板上。世界著名弧形玻璃外墙的建筑有：英国的盖茨黑德大厦和大英博物馆等。但这些弧形玻璃外墙建筑只考虑了建筑物的美观，并未利用弧形玻璃外墙来减少光污染。

曲面玻璃的应用虽然能改变建筑物形状﹑改变太阳光反射途径，但也存在弊端。曲面玻璃的应用可使太阳光发生折射，玻璃外墙的折射性产生的畸变现象容易对建筑物产生负面影响 ，从室内向室外看景物失真，造成建筑美的丧失和视觉的不舒适。因此在应用曲面玻璃作为窗或幕墙时，除了注意玻璃的反射太阳光的效果更应该注意玻璃的折射性可能会带来不利的影响。

虽然国内外早已有很多不同形状的玻璃外墙和形式多样的曲面玻璃建筑物，但这些建筑采用弧形外墙和曲面玻璃，其目的是为了建筑物的外形美观，并未考虑利用玻璃的反射性来减少光污染。因此，利用玻璃外墙的形状和玻璃的形状减少光污染这一领域仍处空白，具有较好的研究前景和较高的研究价值。

3.3 合理设置玻璃外墙安置角度

目前，社会上存在大面积大区域使用反射率非常强的玻璃材料。如果当玻璃外墙没有安置在朝阳或是光照时间较长的一面以及与人或者特定的物件没有恰好的角度的话也是不会出现光污染的，根据地球和太阳之间的位置一直处于不断变化的位置，所以，恰好产生光污染角度也是有特定时间的。

光污染的强度及危害性与玻璃安置的位置、方向和高度都是有紧密的连系的。因为人观看的范围是在两米高左右±15°夹角之内，污染情况是最强的，光的反射强度是由反射的玻璃和人眼之间的距离决定的，当距离越大强度越小反之越大，因此，太阳和反射物之间的位置决定着产生反射光和直接照射的日光，所以需要改变它们之间的位置关系，使反射光不聚集于一点而是朝向四周，这样就不会射到人群比较集中和街道上。为了满足现代的城市发展及需要我们将不可避免的大面积使用玻璃外墙，我们就更加需要注意玻璃安装的方向和位置，根据太阳的高度角和方位角，我们可以得知，在东偏南45°和北偏西80°的区间范围内最好是不在此方位内安装和使用玻璃外墙 。另外我们在设计玻璃外墙的时候应该尽可能的让我们反射的角度调整到强光和长时间的光反射到周围绿化带或者大树上，这样可以极大限度的减少光污染。我们之所以会感觉到不适是因为在这个玻璃外墙上产生了镜面反射，所以我们的当下之急就是通过设计和调整玻璃安装的角度和位置使本来发生镜面反射的反射光变成漫反射，这样光污染将会大大减小。

3.4 自然条件对玻璃外墙的影响

玻璃外墙在自然条件下将会受到极大的影响，就拿风来举例，每当乌云密布，狂风乱作时，玻璃外墙总会被无情的摧残，因为大多数玻璃含有磷酸盐等腐化的物质，随着时间的推移，玻璃也将慢慢风化，从而对玻璃外墙的反光起到了不小的影响。

雨水的冲刷也会对玻璃外墙带来极大的影响，特别是暴雨来临的时候，雨水不停地冲击着玻璃外墙，导致玻璃外墙表面聚集大量水珠，反光的效果也会变得极差，就算是雨后，水珠干透，玻璃外墙表面也会留下污垢，严重影响反光的效果，导致室内采光不均匀，形成漆黑一片，极度影响人们的生活。

为减轻风、雨、阳光等自然条件对玻璃外墙的影响，应该定期用擦窗机对玻璃外墙进行清洗，可以用溶剂清洗，如二甲苯、甲苯、无机酒精或乙醚等溶剂去除玻璃外墙表面的污垢。在建筑群的周围，合理栽植花草，广植绿色草坪，以改善和调解玻璃外墙采光环境的污染。（指导老师： 付明琴 武昌工学院土木工程学院）

参考文献

[1] 孙静，王建国.玻璃幕墙光污染的原因及对策.河北建筑工程学院学报，2005.

[2] 赵云云.玻璃幕墙的光污染与防治措施.门窗，2008.

[3] 单亚亚.简述对现代建筑玻璃幕墙的看法.城市建设理论研究（电子版），2012.

[4] 李静.玻璃幕墙，路在何方.21世纪建筑材料，2011.

[5] 刘锦子.节能建筑玻璃的研究、应用与发展.建材发展导向，2007.

[6] 宿海燕.玻璃在建筑节能设计中的作用.北京工业大学，2006.

[7] 郭一帆.浅析玻璃幕墙存在的问题及发展方向.城市建设理论研究（电子版），2011.