廣州城市玻璃幕墻建筑不同季節(jié)光環(huán)境影響分析

李方鴻，吳彥瑜，彭曉春，房巧麗，宋巍巍，周麗旋

1．環(huán)境保護部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510655

2．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128

玻璃幕墻作為一種美觀新穎的墻體裝飾材料將圍護功能與建筑裝飾藝術(shù)有機結(jié)為一體，在中國高層建筑物的外墻裝飾中被廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)90年代起，廣州市越秀區(qū)和天河區(qū)等諸多商務(wù)區(qū)域陸續(xù)建起高大雄偉的玻璃幕墻建筑。然而玻璃幕墻采用涂膜玻璃和鍍膜玻璃，在帶給人們高科技、高品位享受的同時，也產(chǎn)生了一些引人關(guān)注的光污染問題。當(dāng)直射玻璃幕墻的天空光照射玻璃表面時，所產(chǎn)生的反射眩光會給建筑周邊地區(qū)人們的生活、學(xué)習(xí)、工作帶來不利影響，嚴(yán)重影響人類健康、自然環(huán)境、交通安全、經(jīng)濟和能源等諸多方面［1-2］，并且光污染的危害范圍不斷擴大，程度不斷增強。因此，迫切需要對現(xiàn)有光污染進行改善，進一步建立安全、良好、舒適的光環(huán)境。

近幾年的統(tǒng)計顯示:2005年底廣州玻璃幕墻使用面積已超過1 000萬平方米，并呈現(xiàn)逐年快速增長趨勢［3］。2010年6月針對光污染的一次調(diào)查結(jié)果顯示，超過50%的被訪者認(rèn)為自己曾經(jīng)或正在被光污染困擾，40%的被訪者認(rèn)為光污染“非常嚴(yán)重”［4］。而近幾年來，玻璃幕墻光污染的研究處于起步階段，針對玻璃幕墻光污染的監(jiān)測評價、防治研究較少［5-10］。通過監(jiān)測廣州市不同季節(jié)(春分、夏至、秋分、冬至4個階段)玻璃幕墻建筑的光污染狀況，分析廣州市不同季節(jié)玻璃幕墻建筑光污染的影響因素，并對玻璃幕墻建筑光污染的危害進行評價，為光污染控制與管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 玻璃幕墻光污染概念及影響因素

1.1 光污染概念

光污染是指對人體具有某些危害的人為改變的光環(huán)境。玻璃幕墻光污染是指反射太陽光并產(chǎn)生輻射熱對周圍的影響。當(dāng)太陽光照到玻璃幕墻后，按照入射和反射的定律，產(chǎn)生強烈的反射光，投射到人的眼睛或物體上，產(chǎn)生強光的照射作用，使其受損。

1.2 影響因素

玻璃幕墻光反射影響因素有光源強度、天氣和季節(jié)、地理位置、方向、太陽高度角、入射角、方位角和各種玻璃的熱工特征(反射率)等，光污染在特定的方向和時間下產(chǎn)生，影響范圍隨建筑高度增加而增大。

2 光污染監(jiān)測

2.1 主要儀器與方法

采用TES專業(yè)級照度計1339。分別測量直射日光在地面上產(chǎn)生的照度(Es)和天空光晴天時在地面上的照度(Ea)。測Es與Ea時，在空曠無遮擋的地方手持照度計(此時照度計距離地面高度1 m左右)，將照度計正對太陽，待數(shù)據(jù)相對平穩(wěn)后，取不同方位的6個數(shù)據(jù)做記錄。

2.2 敏感點點位確定

為了解廣州玻璃幕墻建筑在四季不同的光污染狀況，選擇廣州天河區(qū)某商業(yè)大樓，高150 m左右，南北朝向，四面均有玻璃幕墻，周圍有公路、商業(yè)樓區(qū)、住宅區(qū)等敏感點，大樓形狀和立面以及周圍敏感點分布情況見圖1。

圖1 玻璃幕墻建筑周圍敏感點分布圖

3 分析與評價

3.1 評價方法

玻璃幕墻反射光亮度作為評價指標(biāo)，根據(jù)太陽高度角、入射角、方位角和建筑高度計算反射光影響范圍。

以《玻璃幕墻光學(xué)性能》(GB/T 18091—2000)和《關(guān)于在建設(shè)工程中使用幕墻玻璃的有關(guān)規(guī)定的通知》［滬建材(98)第0322號］，以及《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則》(HJ/T 211—213—1993)中建設(shè)項目環(huán)境影響評價的技術(shù)方法作為評價依據(jù)。

3.2 計算方法

太陽高度角、入射角、方位角計算公式為

式中:h為太陽高度角;φ為地理緯度;t為太陽時角;i為太陽入射角;β為壁面太陽方位角;A為太陽方位角;δ為太陽赤緯。

根據(jù)太陽直射光和天空光在地面上的照度推算玻璃幕墻的照度:

式中:Edv為玻璃幕墻面上直射日光照度，lx;Es為直射日光在地面上產(chǎn)生的照度，lx;Ea為天空光晴天時在地面上的照度，lx。

根據(jù)反射材料亮度計算公式，計算幕墻表面的亮度［8］:

式中:B為幕墻表面的亮度，cd/m2;ρ為反射率;F為入射光通量;F1為反射光通量。

影響范圍的計算公式:式中:W為影響范圍，m;H為建筑高度，m。

3.3 數(shù)據(jù)記錄

3.3.1 太陽高度角、入射角、方位角

根據(jù)式(1)～式(3)以及監(jiān)測點的經(jīng)緯度，分別計算出4個不同季節(jié)廣州監(jiān)測點的太陽高度角、入射角、方位角。

3.3.2 照度值

用照度計測量得到2012年不同季節(jié)、不同時段廣州市某大樓監(jiān)測點的照度值，不同方位每個時間點測量6個數(shù)據(jù)，取平均值，Es和Ea在不同季節(jié)、不同時段的照度測量值見表1。

表1 Es和Ea不同季節(jié)和時間段的照度測量值

3.3.3 反射率

反射率是玻璃幕墻的熱工特征之一，主要影響反射光亮度的大小，目前分別采用30%和40%作為參數(shù)參考值。

4 評價結(jié)果

4.1 玻璃幕墻的眩光分析

通過測量得到Es和Ea，運用式(4)，得出不同時間點玻璃幕墻上的照度(Ev)值，結(jié)合玻璃幕墻的反射比(ρ)，運用式(5)，得出幕墻表面的亮度(B)。依據(jù)胡玲等［6］提出的玻璃幕墻反射光眩光評價標(biāo)準(zhǔn)，分析得出具體結(jié)果，見表2。

表2 不同季節(jié)和反射率玻璃幕墻污染等級及炫光評價等級

由表2可見，當(dāng)玻璃幕墻反射率為30%時，4個季節(jié)中9:00和16:00光污染等級均為1級，眩光感覺程度為“可接受”;14:00和夏至、秋分、冬至11:00光污染等級為4級，眩光感覺程度為“不能忍受”;春分11:00光污染等級為3級，眩光感覺程度為“能忍受”。

當(dāng)玻璃幕墻反射率為40%時，春分、冬至9:00和16:00、秋分9:00光污染等級均為1級，眩光感覺程度為“可接受”;秋分16:00光污染等級為2級，眩光感覺程度為“不舒適”;夏至9:00和16:00光污染等級為3級，眩光感覺程度為“能忍受”;4個季節(jié)中11:00和14:00光污染等級為4級，眩光感覺程度為“不能忍受”。

綜合上述按不同季節(jié)、不同時間段的分析結(jié)果得出，玻璃幕墻反射光污染最為嚴(yán)重的時間均在上午11:00和下午14:00。

4.2 影響范圍估算

大樓高為151.8 m，東、南、西、北均有玻璃幕墻，根據(jù)太陽高度角和式(7)可計算得出反射光的影響距離，不同時段的影響范圍見表3。

表3 玻璃幕墻建筑不同時段的影響范圍

由于研究中玻璃幕墻建筑為南北朝向，上午9:00和下午16:00的反射光影響范圍雖然大，但陽光相對較弱，對東南面居民和東面的道路影響較小。上午11:00和下午14:00，陽光很強，對南面住宅樓和道路上的行人和機動車司機可能造成一定的影響。除此之外，還有商業(yè)大樓樓與樓之間的反射相互影響，使得辦公樓室內(nèi)溫度增高。

5 建議

光污染雖然危害大，但只要采取適當(dāng)措施仍然可以預(yù)防。通過對城市規(guī)劃、環(huán)境設(shè)計以及綠色建筑材料等方面提出建議來改善玻璃幕墻光環(huán)境污染，加強規(guī)劃控制管理，綜合考慮選址地周邊敏感點分布，在鬧市區(qū)、居民密集區(qū)和交通要道集中區(qū)域應(yīng)適當(dāng)限制玻璃幕墻的使用，減少建筑物外墻面玻璃幕墻的使用面積，通過采用新型環(huán)保的低反射率的幕墻玻璃以及合理設(shè)計建筑物高度來控制玻璃幕墻的光環(huán)境污染影響。

［1］王東，羅啟秀，孔令豐．光污染防治立法的研究與探討［J］．環(huán)境科學(xué)與管理，2011，36(2):36-40．

［2］劉潔，鐘齊佳，彭曉春，等．城市光污染控制管理初探［C］．中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集．北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2011．

［3］陳強，王璐，杜芳，等．玻璃幕墻頻頻自爆——穗將有“玻璃雨”之虞［N］．羊城晚報，2010-07-24(a3)．

［4］文婷，吳懌．光污染有“光”無“法”投訴難［N］．南方都市報，2010-06-30(SA47)．

［5］劉昭麗，江霜英．玻璃幕墻光污染環(huán)境影響評價案例分析［J］．四川環(huán)境，2009，28(10):85-90．

［6］胡玲，陳紅，李盈盈，等．玻璃幕墻有害反射光評價標(biāo)準(zhǔn)研究［J］．硅谷，2008(22):86．

［7］房巧麗，周健，謝莉，等．廣州市玻璃幕墻建筑夏季光環(huán)境監(jiān)測與評價［J］．環(huán)境污染與防治，2013(11):48-51．

［8］謝莉，房巧麗，吳彥瑜，等．中國光環(huán)境質(zhì)量管理體系研究［J］．環(huán)境保護科學(xué)，2013(4):97-100．

［9］謝莉，房巧麗，劉潔，等．中國光環(huán)境管理技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)研究［J］．環(huán)境科學(xué)與管理，2012(12):34-37．

［10］陸文湘，劉富強．玻璃幕墻光污染環(huán)境影響評價探討［J］．廣州環(huán)境科學(xué)，2002，17(1):42-45．