广州市玻璃幕墙建筑不同季节光环境比较分析

房巧丽，周 健，周丽旋，王娟娟，吴彦瑜，彭晓春

(环境保护部华南环境科学研究所，广东 广州 510655)

近年来, 玻璃幕墙由于具有美观、新颖、安装方便等优点，被作为建筑物围护结构而广泛使用，许多商厦、办公楼纷纷安装了玻璃幕墙。随着人们对环境问题的日益重视，也逐渐认识到玻璃幕墙光污染危害的严重性。玻璃幕墙产生的强烈眩光给建筑周边地区人们的生活、学习、工作都可能带来不利影响，严重影响了人类的健康、自然环境、交通安全等诸多方面[1,2]。

20世纪90年代起，广州许多商厦、办公楼纷纷安装了玻璃幕墙。在广州市越秀区的东风路、中山路、环市路、人民路一带，天河区的天河北路商业区、珠江新城商务区等区域，随处可见高大亮丽的玻璃幕墙建筑。2005年底广州玻璃幕墙使用面积已超过1000万平方米，并呈现逐年快速增长趋势[3]。随着广州城市建设的快速发展，一座座玻璃幕墙大厦接二连三的在广州市区拔地而起，发展迅速，玻璃幕墙光污染危害范围和程度不断扩大。2010年6月份针对光污染的一次调查结果显示，有一半以上参加调查的市民认为自己曾经或正在被光污染困扰， 40%的被调查市民认为光污染“非常严重”[4]。而近几年来， 对于玻璃幕墙光污染的研究处于起步阶段，针对玻璃幕墙光污染的监测评价、防治研究较少[5～12]，本研究通过监测广州市不同季节(分别选择春分、夏至、秋分、冬至四个节气进行分析)玻璃幕墙建筑的光污染状况，分析广州市不同季节玻璃幕墙建筑光污染的影响因素，并对玻璃幕墙建筑光污染的危害与进行了评价，为光污染控制与管理提供科学依据。

1 玻璃幕墙光污染概念及影响因素

1.1 玻璃幕墙光污染概念

玻璃幕墙光污染是指反射太阳光并产生辐射热对周围的影响。当太阳光照到玻璃幕墙上后，按照入射和反射的定律，产生强烈的反射光，投到人的眼睛或物体上，产生强光的照射作用，而受到损害。强光聚焦反射可以引起接受照射的物体引起燃烧。

1.2 玻璃幕墙光污染影响因素

玻璃幕墙光反射影响因素有天气和季节、地理位置、方向、太阳高度角、入射角、方位角和各种玻璃的热工特征(反射率)等, 光污染在特定的方向特定的时间下产生，影响范围随建筑高度增加而增大。

2 监测

2.1 主要仪器与监测方法

主要仪器：TES专业级照度计1339。

监测方法：分别测量直射日光在地面上产生的照度(Es)和天空光晴天时在地面上的照度(Ea)；测Es时，在空旷的地方(无树木、建筑物等遮挡)，将照度计正对太阳(距离地面1米左右)，待数据相对平稳后，不同方位取6个数据做记录。测Ea时，在空旷的地方(无树木、建筑物等遮挡)，身体背向太阳，避免太阳直射到探头，手持照度计，(距离地面1米左右)待数据相对平稳后，不同方位取6个数据做记录。

2.2 敏感点点位确定

本次调查监测选取广州天河区A座商业大楼，高120米，东、西、南、北四面均有玻璃幕墙，大楼临近马路，周围有公路、商业区、居民区、学校等敏感点，大楼形状以及周围敏感点分布情况见图1(图1中同心圆以A楼为中心，半径分别为100米、200米、300米、400米和500米)：

图1 玻璃幕墙建筑及其周围敏感点分布图Fig.1 Diagram for distribution of glass curtain wall and sensitive points around

2.3 测量时间和时间段

测量时间(2012年)：春分(3月20日)、夏至(6月21日)、秋分(9月22日)、冬至(12月21日)；

测量时间段：9：00、11：00、14：00、16：00。

2.4 太阳高度角、入射角、方位角(表1)

表1 广州不同季节、不同时段太阳高度角Table 1 Solar elevation angle of different seasons, different times in Guangzhou

2.5 监测数据

用TES专业级照度计1339测量得到2012年不同季节、不同时间广州市某大楼监测点的照度值，不同方位每个时间点测量六个数据，求取平均值，Es和Ea不同季节和不同时间段的照度测量值见表2。

表2 Es和Ea不同季节、不同时间段的照度测量值Table 2 Illuminance measurements of different seasons、different times for Es and Ea

3 分析与评价

3.1 评价方法

鉴于国内有关光污染法律法规欠缺的现状，对于光污染的环境影响评价，一般根据玻璃反射光的特性，确定评价依据为《玻璃幕墙光学性能》(GB/T18091—2000)和《关于在建设工程中使用幕墙玻璃的有关规定的通知》(沪建材(98)第0322号)，并参照《环境影响评价技术导则》(HJ/T211-213-93)中的建设项目环境影响评价的技术方法。

光环境受到破坏主要是眩光的出现[14,15]。眩光与光源亮度呈线性相关，因此选择目标亮度作为评价指标[5]，参考玻璃幕墙反射眩光评价标准[6]，对受影响范围内的居民住宅小区、道路上行驶车辆和行人等敏感因素进行评价。

3.2 计算方法

根据反射材料亮度计算公式，计算幕墙表面的亮度[8]：

(1)

(2)

式中B——幕墙表面的亮度(cd /m2);

ρ——反射率；

F——入射光通量；

F1——反射光通量。

根据太阳直射光和天空光在地面上的照度推算玻璃幕墙的照度：

Edv=(Es+Ea)·cosi

(3)

cosi=cosh·cosβ

(4)

式中Edv——玻璃幕墙面上直射日光照度(lx);

Es——直射日光在地面上产生的照度(lx);

h——太阳高度角(°);

Ea——天空光晴天时在地面上的照度(lx);

i——太阳入射角(°);

β——太阳与玻璃幕墙面法线间的平面方位角(°)。

影响范围的计算公式：

(5)

式中W——影响范围(m)；

H——建筑高度(m)。

3.3 评价结果

3.3.1 反射率

反射率是玻璃幕墙的热工特征之一，主要影响反射光亮度的大小。我们分别采用30%和40%来作为计算时的参数参考值，目的是了解不同的反射率对于计算得到的目标亮度的影响。

3.3.2 目标亮度等级

通过监测测量得到的Es和Ea，运用式(3)，可得出不同时间点玻璃幕墙上的照度Edv值，结合玻璃幕墙的反射比ρ，运用式(1)，可以得出幕墙表面的亮度B，依据表2的玻璃幕墙眩光评价等级，分析结果见表3，并按反射率为0.3和0.4作图，分别如图2、图3所示。

表3 不同季节、不同反射率玻璃幕墙污染等级Table 3 Glass curtain wall pollution grade of different seasons、different reflectivity

图2 反射率为0.3时不同季节、不同时间段的幕墙表面亮度Fig.2 The surface brightness of wall in different season and different time with 0.3 reflection ratio

图3 反射率为0.4时不同季节、不同时间段的幕墙表面亮度Fig.3 The surface brightness of wall in different season and different time with 0.4 reflection ratio

由表3可知，上午11点和下午14点光污染等级为4级，眩光感觉程度为不能忍受，玻璃幕墙反射光污染严重，而上午9点和下午16点光污染等级为1级，眩光感觉程度为可接受，基本无光污染产生。故上午11点和下午14点是光污染分析的重点时段。

由图2、图3可知：玻璃幕墙的反射率越大，光亮度越大。反射光亮度7000cd/m2为不舒适的限值。玻璃幕墙反射比为0.3时，9点、16点，污染等级为1级，基本没有光污染，而11点、14点的反射光亮度近10000cd/m2，污染等级几乎都为4级，眩光感觉程度为不能忍受，将可能产生光污染；当玻璃幕墙反射比为0.4时，9点、11点的玻璃幕墙的污染等级在1级至3级范围内均有分布，而11点、14点的污染等级均为4级，反射光亮度甚至达到14000 cd/m2，将可能产生严重光污染。

玻璃幕墙的反射比是影响光污染产生的重要因素，为了限制玻璃幕墙有害光的反射， 2000年国家质量技术监督局颁布的《玻璃幕墙光学性能》(GB/T 18091—2000)，玻璃幕墙应采用反射比不大于0.30的幕墙玻璃。早期建设的玻璃幕墙建筑采用的幕墙玻璃在玻璃幕墙光反射比在0.3～0.8之间[6]，有严重的光污染现象，根据夏至监测数据和分析可知，如研究对象——广州某大楼的玻璃幕墙采用反射比0.2以下的幕墙玻璃，则不会造成光污染现象。

3.3.3 影响范围

大楼高为120米，东南西北均有玻璃幕墙，根据式(5)可计算得出反射光的影响距离，不同时段的影响范围见表4及图4。

表4 玻璃幕墙建筑不同时段的影响范围Table 4 Glass curtain wall sphere of influence at different times

图4 玻璃幕墙建筑不同时段影响范围柱状图Fig.4 Glass curtain wall scope of the histogarm at different time

由图1可知大楼东、南、西、北四面均有玻璃幕墙装饰，上午太阳从东方升起，照射到玻璃幕墙建筑的东面幕墙玻璃上，反射光主要影响的区域为东面道路、商住区，东南面居民区、商住区、学校和道路。下午太阳位于西方，照射到玻璃幕墙的西面玻璃上，反射光主要影响的区域为西南面学校、居民区、商业区，西北面学校、居民区、商业区，商住区、道路行人和驾驶员。

玻璃幕墙建筑高度是玻璃幕墙反射光影响范围的重要影响因素，根据式(5)，选取分析80m、120m、160m、200m 4个不同高度的玻璃幕墙建筑及9点、11点、14点、16点4个时段进行分析，结果见表5及图5～图8。

表5 各季节不同建筑高度在不同时段的影响范围Table 5 Influence range of different building height in different time periods in all seasons

图5 春分时不同建筑高度在不同时段的影响范围Fig.5 Influence range of different building height in different time periods in Spring equinox

图6 夏至时不同建筑高度在不同时段的影响范围Fig.6 Influence range of different building height in different time periods in Summer solstice

图7 秋分时不同建筑高度在不同时段的影响范围Fig.7 Influence range of different building height in different time periods in Autumnal equinox

图8 冬至时不同建筑高度在不同时段的影响范围Fig.8 Influence range of different building height in different time periods in Winter solstice

由图5～图8可知：随着玻璃幕墙建筑高度的增加，玻璃幕墙影响范围随之增大。由图1可知：广州某大楼东侧和北侧均有道路；东南侧200m有居民楼，400 m有学校和商住区；南侧100m内有居民楼，300m有学校；西侧100m内有居民楼，200m有商业区；西北侧及北侧100m内有商业区，300m有学校和商住区，400米有居民楼。玻璃幕墙建筑均会对附近或远或近的敏感点产生光污染现象。

4 结论

(1)研究对象广州某玻璃幕墙建筑反射率在0.3或0.4时，上午11点和下午14点光污染等级均为3级或4级，眩光感觉程度为不能忍受，玻璃幕墙反射光污染严重；11点时，位于大楼东侧的30m距离的住宅楼受到反射光污染，14点时，位于大楼西南侧60m道路行人和驾驶员受到反射光污染。 9点和16点光污染等级为1级或2级，眩光感觉程度为可接受，基本无光污染产生。

(2)玻璃幕墙的反射率越大，光亮度越大，玻璃幕墙应采用反射比不大于0.3的幕墙玻璃。随着玻璃幕墙建筑高度的增加，玻璃幕墙影响范围随之增大，选址需考虑周边敏感点分布特点。

5 建议

对于城市玻璃幕墙建筑有害光反射的控制可从产生反射光亮度的大小和反射光的影响范围两个方面考虑。 在进行玻璃幕墙建筑的选址、幕墙玻璃的选材和建筑设计时都要充分考虑玻璃幕墙的反射率和玻璃幕墙的高度这两个因素，通过采取低反射率的幕墙玻璃，综合考虑选址地周边敏感点分布，合适设计建筑物高度控制玻璃幕墙的光环境污染影响。

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