房巧麗，周 健，周麗旋，王娟娟，吳彥瑜，彭曉春

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

近年來, 玻璃幕墻由于具有美觀、新穎、安裝方便等優(yōu)點，被作為建筑物圍護結(jié)構(gòu)而廣泛使用，許多商廈、辦公樓紛紛安裝了玻璃幕墻。隨著人們對環(huán)境問題的日益重視，也逐漸認識到玻璃幕墻光污染危害的嚴重性。玻璃幕墻產(chǎn)生的強烈眩光給建筑周邊地區(qū)人們的生活、學(xué)習(xí)、工作都可能帶來不利影響，嚴重影響了人類的健康、自然環(huán)境、交通安全等諸多方面[1,2]。

20世紀90年代起，廣州許多商廈、辦公樓紛紛安裝了玻璃幕墻。在廣州市越秀區(qū)的東風(fēng)路、中山路、環(huán)市路、人民路一帶，天河區(qū)的天河北路商業(yè)區(qū)、珠江新城商務(wù)區(qū)等區(qū)域，隨處可見高大亮麗的玻璃幕墻建筑。2005年底廣州玻璃幕墻使用面積已超過1000萬平方米，并呈現(xiàn)逐年快速增長趨勢[3]。隨著廣州城市建設(shè)的快速發(fā)展，一座座玻璃幕墻大廈接二連三的在廣州市區(qū)拔地而起，發(fā)展迅速，玻璃幕墻光污染危害范圍和程度不斷擴大。2010年6月份針對光污染的一次調(diào)查結(jié)果顯示，有一半以上參加調(diào)查的市民認為自己曾經(jīng)或正在被光污染困擾， 40%的被調(diào)查市民認為光污染“非常嚴重”[4]。而近幾年來， 對于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[5～12]，本研究通過監(jiān)測廣州市不同季節(jié)(分別選擇春分、夏至、秋分、冬至四個節(jié)氣進行分析)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與進行了評價，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 玻璃幕墻光污染概念

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上后，按照入射和反射的定律，產(chǎn)生強烈的反射光，投到人的眼睛或物體上，產(chǎn)生強光的照射作用，而受到損害。強光聚焦反射可以引起接受照射的物體引起燃燒。

1.2 玻璃幕墻光污染影響因素

玻璃幕墻光反射影響因素有天氣和季節(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特定的時間下產(chǎn)生，影響范圍隨建筑高度增加而增大。

2 監(jiān)測

2.1 主要儀器與監(jiān)測方法

主要儀器：TES專業(yè)級照度計1339。

監(jiān)測方法：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時，在空曠的地方(無樹木、建筑物等遮擋)，將照度計正對太陽(距離地面1米左右)，待數(shù)據(jù)相對平穩(wěn)后，不同方位取6個數(shù)據(jù)做記錄。測Ea時，在空曠的地方(無樹木、建筑物等遮擋)，身體背向太陽，避免太陽直射到探頭，手持照度計，(距離地面1米左右)待數(shù)據(jù)相對平穩(wěn)后，不同方位取6個數(shù)據(jù)做記錄。

2.2 敏感點點位確定

本次調(diào)查監(jiān)測選取廣州天河區(qū)A座商業(yè)大樓，高120米，東、西、南、北四面均有玻璃幕墻，大樓臨近馬路，周圍有公路、商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、學(xué)校等敏感點，大樓形狀以及周圍敏感點分布情況見圖1(圖1中同心圓以A樓為中心，半徑分別為100米、200米、300米、400米和500米)：

圖1 玻璃幕墻建筑及其周圍敏感點分布圖Fig.1 Diagram for distribution of glass curtain wall and sensitive points around

2.3 測量時間和時間段

測量時間(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)；

測量時間段：9：00、11：00、14：00、16：00。

2.4 太陽高度角、入射角、方位角(表1)

表1 廣州不同季節(jié)、不同時段太陽高度角Table 1 Solar elevation angle of different seasons, different times in Guangzhou

2.5 監(jiān)測數(shù)據(jù)

用TES專業(yè)級照度計1339測量得到2012年不同季節(jié)、不同時間廣州市某大樓監(jiān)測點的照度值，不同方位每個時間點測量六個數(shù)據(jù)，求取平均值，Es和Ea不同季節(jié)和不同時間段的照度測量值見表2。

表2 Es和Ea不同季節(jié)、不同時間段的照度測量值Table 2 Illuminance measurements of different seasons、different times for Es and Ea

3 分析與評價

3.1 評價方法

鑒于國內(nèi)有關(guān)光污染法律法規(guī)欠缺的現(xiàn)狀，對于光污染的環(huán)境影響評價，一般根據(jù)玻璃反射光的特性，確定評價依據(jù)為《玻璃幕墻光學(xué)性能》(GB/T18091—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)，并參照《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則》(HJ/T211-213-93)中的建設(shè)項目環(huán)境影響評價的技術(shù)方法。

光環(huán)境受到破壞主要是眩光的出現(xiàn)[14,15]。眩光與光源亮度呈線性相關(guān)，因此選擇目標(biāo)亮度作為評價指標(biāo)[5]，參考玻璃幕墻反射眩光評價標(biāo)準(zhǔn)[6]，對受影響范圍內(nèi)的居民住宅小區(qū)、道路上行駛車輛和行人等敏感因素進行評價。

3.2 計算方法

根據(jù)反射材料亮度計算公式，計算幕墻表面的亮度[8]：

(1)

(2)

式中B——幕墻表面的亮度(cd /m2);

ρ——反射率；

F——入射光通量；

F1——反射光通量。

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：

Edv=(Es+Ea)·cosi

(3)

cosi=cosh·cosβ

(4)

式中Edv——玻璃幕墻面上直射日光照度(lx);

Es——直射日光在地面上產(chǎn)生的照度(lx);

h——太陽高度角(°);

Ea——天空光晴天時在地面上的照度(lx);

i——太陽入射角(°);

β——太陽與玻璃幕墻面法線間的平面方位角(°)。

影響范圍的計算公式：

(5)

式中W——影響范圍(m)；

H——建筑高度(m)。

3.3 評價結(jié)果

3.3.1 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。我們分別采用30%和40%來作為計算時的參數(shù)參考值，目的是了解不同的反射率對于計算得到的目標(biāo)亮度的影響。

3.3.2 目標(biāo)亮度等級

通過監(jiān)測測量得到的Es和Ea，運用式(3)，可得出不同時間點玻璃幕墻上的照度Edv值，結(jié)合玻璃幕墻的反射比ρ，運用式(1)，可以得出幕墻表面的亮度B，依據(jù)表2的玻璃幕墻眩光評價等級，分析結(jié)果見表3，并按反射率為0.3和0.4作圖，分別如圖2、圖3所示。

表3 不同季節(jié)、不同反射率玻璃幕墻污染等級Table 3 Glass curtain wall pollution grade of different seasons、different reflectivity

圖2 反射率為0.3時不同季節(jié)、不同時間段的幕墻表面亮度Fig.2 The surface brightness of wall in different season and different time with 0.3 reflection ratio

圖3 反射率為0.4時不同季節(jié)、不同時間段的幕墻表面亮度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點和下午14點光污染等級為4級，眩光感覺程度為不能忍受，玻璃幕墻反射光污染嚴重，而上午9點和下午16點光污染等級為1級，眩光感覺程度為可接受，基本無光污染產(chǎn)生。故上午11點和下午14點是光污染分析的重點時段。

由圖2、圖3可知：玻璃幕墻的反射率越大，光亮度越大。反射光亮度7000cd/m2為不舒適的限值。玻璃幕墻反射比為0.3時，9點、16點，污染等級為1級，基本沒有光污染，而11點、14點的反射光亮度近10000cd/m2，污染等級幾乎都為4級，眩光感覺程度為不能忍受，將可能產(chǎn)生光污染；當(dāng)玻璃幕墻反射比為0.4時，9點、11點的玻璃幕墻的污染等級在1級至3級范圍內(nèi)均有分布，而11點、14點的污染等級均為4級，反射光亮度甚至達到14000 cd/m2，將可能產(chǎn)生嚴重光污染。

玻璃幕墻的反射比是影響光污染產(chǎn)生的重要因素，為了限制玻璃幕墻有害光的反射， 2000年國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布的《玻璃幕墻光學(xué)性能》(GB/T 18091—2000)，玻璃幕墻應(yīng)采用反射比不大于0.30的幕墻玻璃。早期建設(shè)的玻璃幕墻建筑采用的幕墻玻璃在玻璃幕墻光反射比在0.3～0.8之間[6]，有嚴重的光污染現(xiàn)象，根據(jù)夏至監(jiān)測數(shù)據(jù)和分析可知，如研究對象——廣州某大樓的玻璃幕墻采用反射比0.2以下的幕墻玻璃，則不會造成光污染現(xiàn)象。

3.3.3 影響范圍

大樓高為120米，東南西北均有玻璃幕墻，根據(jù)式(5)可計算得出反射光的影響距離，不同時段的影響范圍見表4及圖4。

表4 玻璃幕墻建筑不同時段的影響范圍Table 4 Glass curtain wall sphere of influence at different times

圖4 玻璃幕墻建筑不同時段影響范圍柱狀圖Fig.4 Glass curtain wall scope of the histogarm at different time

由圖1可知大樓東、南、西、北四面均有玻璃幕墻裝飾，上午太陽從東方升起，照射到玻璃幕墻建筑的東面幕墻玻璃上，反射光主要影響的區(qū)域為東面道路、商住區(qū)，東南面居民區(qū)、商住區(qū)、學(xué)校和道路。下午太陽位于西方，照射到玻璃幕墻的西面玻璃上，反射光主要影響的區(qū)域為西南面學(xué)校、居民區(qū)、商業(yè)區(qū)，西北面學(xué)校、居民區(qū)、商業(yè)區(qū)，商住區(qū)、道路行人和駕駛員。

玻璃幕墻建筑高度是玻璃幕墻反射光影響范圍的重要影響因素，根據(jù)式(5)，選取分析80m、120m、160m、200m 4個不同高度的玻璃幕墻建筑及9點、11點、14點、16點4個時段進行分析，結(jié)果見表5及圖5～圖8。

表5 各季節(jié)不同建筑高度在不同時段的影響范圍Table 5 Influence range of different building height in different time periods in all seasons

圖5 春分時不同建筑高度在不同時段的影響范圍Fig.5 Influence range of different building height in different time periods in Spring equinox

圖6 夏至?xí)r不同建筑高度在不同時段的影響范圍Fig.6 Influence range of different building height in different time periods in Summer solstice

圖7 秋分時不同建筑高度在不同時段的影響范圍Fig.7 Influence range of different building height in different time periods in Autumnal equinox

圖8 冬至?xí)r不同建筑高度在不同時段的影響范圍Fig.8 Influence range of different building height in different time periods in Winter solstice

由圖5～圖8可知：隨著玻璃幕墻建筑高度的增加，玻璃幕墻影響范圍隨之增大。由圖1可知：廣州某大樓東側(cè)和北側(cè)均有道路；東南側(cè)200m有居民樓，400 m有學(xué)校和商住區(qū)；南側(cè)100m內(nèi)有居民樓，300m有學(xué)校；西側(cè)100m內(nèi)有居民樓，200m有商業(yè)區(qū)；西北側(cè)及北側(cè)100m內(nèi)有商業(yè)區(qū)，300m有學(xué)校和商住區(qū)，400米有居民樓。玻璃幕墻建筑均會對附近或遠或近的敏感點產(chǎn)生光污染現(xiàn)象。

4 結(jié)論

(1)研究對象廣州某玻璃幕墻建筑反射率在0.3或0.4時，上午11點和下午14點光污染等級均為3級或4級，眩光感覺程度為不能忍受，玻璃幕墻反射光污染嚴重；11點時，位于大樓東側(cè)的30m距離的住宅樓受到反射光污染，14點時，位于大樓西南側(cè)60m道路行人和駕駛員受到反射光污染。 9點和16點光污染等級為1級或2級，眩光感覺程度為可接受，基本無光污染產(chǎn)生。

(2)玻璃幕墻的反射率越大，光亮度越大，玻璃幕墻應(yīng)采用反射比不大于0.3的幕墻玻璃。隨著玻璃幕墻建筑高度的增加，玻璃幕墻影響范圍隨之增大，選址需考慮周邊敏感點分布特點。

5 建議

對于城市玻璃幕墻建筑有害光反射的控制可從產(chǎn)生反射光亮度的大小和反射光的影響范圍兩個方面考慮。 在進行玻璃幕墻建筑的選址、幕墻玻璃的選材和建筑設(shè)計時都要充分考慮玻璃幕墻的反射率和玻璃幕墻的高度這兩個因素，通過采取低反射率的幕墻玻璃，綜合考慮選址地周邊敏感點分布，合適設(shè)計建筑物高度控制玻璃幕墻的光環(huán)境污染影響。

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