Ecotect 建筑物理環(huán)境分析在生活中的應(yīng)用

楊 愷

(華中科技大學(xué)，湖北 武漢 430074)

1 概述

我們身處在各種各樣的環(huán)境中，無時無刻不感受著周圍環(huán)境的冷暖變化。在我們能用語言及邏輯清晰地描述出我們的感受及其原因前，每個人都曾有一段僅能用感知來判斷事物的時期。那時候的深刻體驗，如今來看，原來并不是不著邊際的胡思亂想，而是我們對外界最本能的反應(yīng)。

2 研究環(huán)境背景描述

筆者選擇的研究主體是兒時的住處，因為那是貫穿小學(xué)生涯的居處，所以是整個童年的記憶所在。

筆者住在湖北省洪湖市，洪湖市位于湖北省南部，長江與東荊河之間，西南隔長江與湖南省臨湘縣相鄰。東經(jīng)113°07′～114°05′，北緯29°39′～30°02′。面積為 2 519 km2。東、南、北三面為長江，東荊河環(huán)繞，西面的洪湖與荊北水系相連，地勢比較平坦低洼，全境自西北向東南呈緩傾斜，且南北高，中間低，地面一般海拔高度在23 m～28 m之間。河、湖、渠交織成稠密水網(wǎng)，水面占總面積的30%左右。

事實上洪湖市的氣候環(huán)境與武漢差異不大，但總覺得家鄉(xiāng)的氣候遠遠比武漢這個城市舒適。居住的院子在一條深巷中，背后是田野。

3 感性分析研究部分

在大概讀一二年級的時候，有一天放學(xué)回家，突然驚奇地發(fā)現(xiàn)自己家里飯廳的那堵墻被拆掉了，露出一個驚人的大洞。那幾天，我們家都是在幾乎沒有什么圍護的大洞旁邊吃飯的。這樣的狀況很快結(jié)束，原來是爸爸決定要讓原本那面實墻加上一排窗變成全玻璃窗式的。那個時候，從沒見過玻璃幕墻，也未曾聽說過在外立面做落地窗的，更何況是在多層住宅的飯廳。這種感覺很新奇，尤其是當(dāng)媽媽在玻璃上貼了一層花紋貼紙，使得白天從室外看不到室內(nèi)，但是室內(nèi)卻可以看到室外，美中不足的是晚上情況恰好相反。這面玻璃墻，讓童年回憶充滿光亮的部分，每天放學(xué)回來，會先在飯桌上寫好作業(yè)，然后等著媽媽端上飯菜。家人的交流幾乎都在那面玻璃墻旁邊的飯桌上。至今還記得，晚上我們圍在飯桌邊，制作作為小舅舅結(jié)婚禮物的風(fēng)鈴時，玻璃窗扇上的貼紙反射出的瑩瑩的光芒。盡管我困得打哈欠，但仍舊眷戀那片光幕而不肯離開。

那個時候不會用空調(diào)，也沒有暖氣，但生活很愜意，不會被極端的溫度折騰得跳腳，也經(jīng)常能享受到柔柔的風(fēng)拂過。

4 研究主體詳細測量及建模結(jié)果

筆者所在的住宅樓未發(fā)生改變時的示意圖見圖1。

圖1 住宅樓示意圖

5 理性分析研究部分

墻，在詞典中的解釋是，用磚石等砌成承架房頂或隔開內(nèi)外的建筑物。它是建筑物豎直方向的主要構(gòu)件，起分隔、圍護和承重等作用，還有隔熱、保溫、隔聲等功能。

磚石墻與玻璃墻的不同點在于:

1)磚石墻優(yōu)于玻璃的保溫隔熱作用;2)玻璃的透光性給室內(nèi)帶來更多自然光實驗過程:在Ecotect中建立了一個比較簡易的三層的模型，見圖2。

圖2 實驗?zāi)Ｐ停ㄒ唬?/p>

因為家鄉(xiāng)的氣候大致與武漢的一樣，所以我采用了武漢的數(shù)據(jù)加載然后分析采光比，見圖3。

圖3 采光比分析圖

從圖3中可以看出在Ecotect中模擬的結(jié)果并不讓人滿意。雖然全玻璃的開窗使得采光比較部分開窗確實有了增長，但效果不明顯，而且隨著進深增加，客廳內(nèi)部的空間的采光很少。

經(jīng)過分析，原因為玻璃幕墻是朝北的，一年四季沒有直射光，所以即使是夏天這樣大面積的開窗也沒有讓人感覺炎熱。但相應(yīng)的，它對于采光的改善也沒有人想象的那么顯著。

接下來的問題是，如何讓玻璃幕墻更好的發(fā)揮它的優(yōu)勢，增加采光量，給客廳營造更好的光線。

單向反射玻璃即在玻璃表面涂上一層強反射的金屬膜，可以將大部分光線都反射回去。在白天，室外日照強烈，光線大部分被反射回來，所以在室外只能看到外面環(huán)境映在玻璃上的倒影。室內(nèi)光線暗淡，被反射回來的光線也很少，所以在室內(nèi)的人接收到室外的光線，能看清室外的環(huán)境。到了晚上，就反過來，室內(nèi)光線比較強烈，室外光線比較暗淡，所以在室內(nèi)的人看不清室外，而在室外的人反而能看清室內(nèi)。

筆者通過對建筑物理中側(cè)窗尺度、位置對室內(nèi)采光的影響，窗長的變化對室內(nèi)采光的影響，房屋布置對建筑采光影響，不同角度的眩光感覺，側(cè)窗采光改善措施，不同玻璃的采光效果等等方面對建筑物本身進行分析，結(jié)合理論知識以及根據(jù)實際情況，筆者提出了以下思索:

通過之前的實驗及理論分析得知，玻璃幕墻比之于磚石墻面開窗，有如下的優(yōu)點和缺點:

優(yōu)點:玻璃幕墻的采光量大于磚石墻。

缺點:1)玻璃幕墻面朝北面，自然光條件不是很好，由于窗墻比過大，導(dǎo)致冬季散熱量大;2)將玻璃幕墻看作側(cè)窗，由于大角度進光，導(dǎo)致產(chǎn)生眩光的幾率大，眩光嚴重;3)太陽西曬問題也值得考慮;4)雖然進光量大，但照度不均，飯廳能獲得較好的光線條件，但與之相連的客廳光線較暗淡。

改善措施:

1)在玻璃幕墻外設(shè)置百葉:a.減輕眩光;b.在夜間不采光時將百葉放成垂直狀態(tài)，完全遮住窗洞，以減少冬天光線和能量的外泄，降低電能和熱能的損耗;

2)對玻璃幕墻，由于它是上下兩層玻璃窗扇組合而成，可將中間橫擋加寬，在橫擋以上的玻璃改為指向性玻璃，以增加房間照度的均勻性，改善房間深處照度低的問題;

3)對于磚石墻面，可將對面建筑(南向)立面處理成淺色，由于太陽在南向垂直面形成很高照度，使墻面成為一個亮度相當(dāng)高的反射光源，可使北向房間的采光量增加很多。但注意避免太過光滑的立面肌理，以免眩光嚴重。

6 改善策略措施的驗證性分析

驗證手段:實驗。

實驗過程:依然是在完全黑暗的密閉空間，只不過對飯廳做了些許修改。依照之前的思考，將玻璃幕墻的玻璃上做了橫擋，同時另用水紋玻璃模擬擴散光玻璃，進行了改善性實驗研究。

實驗對象:1)加長了橫擋及更換了橫擋以上的玻璃的房間;2)在對面增加淺色可反射光的墻面的磚石墻房間。

實驗結(jié)果:增加反射率為0.83的橫擋的Ecotect模型如圖4所示。

圖4 實驗?zāi)Ｐ停ǘ?/p>

增加橫擋后的效果見圖5。

圖5 增加橫擋后的效果圖

從測試結(jié)果可以看出增加了橫擋特別是較長的橫擋之后，對室內(nèi)光線的改善效果顯著。

將玻璃改為折射率為0.85的折射玻璃后的效果見圖6。

圖6 折射率為0.85的折射玻璃效果圖

由圖6可知修改了玻璃折射率的效果并不顯著。

經(jīng)過以上一系列的實驗，可以知道在玻璃幕墻上設(shè)置橫擋可以增加南面的采光，而改為折射玻璃的效用并沒有理論上那么好，但這也有可能與朝向有關(guān)。

7 環(huán)境感知因素與科學(xué)分析因素的交互影響關(guān)系

環(huán)境感知因素與科學(xué)分析因素的交互影響關(guān)系見圖7。

8 未來可延伸的研究方向

建筑外表面色彩及材質(zhì)對周邊建筑光照的影響。

增加側(cè)窗進光量的措施及構(gòu)造要點。

全玻璃幕墻的保溫隔熱性能改善方法及鍍膜玻璃的夜間設(shè)置。

圖7 環(huán)境感知因素與科學(xué)分析因素的交互影響關(guān)系

9 結(jié)語

通過之前一系列的實驗及理性分析，得出玻璃幕墻在增加光線量及制造室內(nèi)外通透感上有著較好的效果，但顯然在保溫隔熱，避免眩光和控制室內(nèi)均勻照度上還存在較大缺陷，但種種劣勢都可以通過相應(yīng)手段得到解決;同時磚石墻面要想增加進光量也可在不設(shè)置為全玻璃幕墻的情況下通過其他手段得到解決。

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