李方鴻，吳彥瑜，彭曉春，房巧麗，宋巍巍，周麗旋

1．環(huán)境保護(hù)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(zhǎng)沙 410128

玻璃幕墻作為一種美觀新穎的墻體裝飾材料將圍護(hù)功能與建筑裝飾藝術(shù)有機(jī)結(jié)為一體，在中國(guó)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(shí)，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(shí)，所產(chǎn)生的反射眩光會(huì)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(jì)和能源等諸多方面［1-2］，并且光污染的危害范圍不斷擴(kuò)大，程度不斷增強(qiáng)。因此，迫切需要對(duì)現(xiàn)有光污染進(jìn)行改善，進(jìn)一步建立安全、良好、舒適的光環(huán)境。

近幾年的統(tǒng)計(jì)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(zhǎng)趨勢(shì)［3］。2010年6月針對(duì)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(duì)玻璃幕墻光污染的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)、防治研究較少［5-10］。通過監(jiān)測(cè)廣州市不同季節(jié)(春分、夏至、秋分、冬至4個(gè)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(duì)玻璃幕墻建筑光污染的危害進(jìn)行評(píng)價(jià)，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(duì)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(yáng)光并產(chǎn)生輻射熱對(duì)周圍的影響。當(dāng)太陽(yáng)光照到玻璃幕墻后，按照入射和反射的定律，產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射光，投射到人的眼睛或物體上，產(chǎn)生強(qiáng)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(qiáng)度、天氣和季節(jié)、地理位置、方向、太陽(yáng)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(shí)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(cè)

2.1 主要儀器與方法

采用TES專業(yè)級(jí)照度計(jì)1339。分別測(cè)量直射日光在地面上產(chǎn)生的照度(Es)和天空光晴天時(shí)在地面上的照度(Ea)。測(cè)Es與Ea時(shí)，在空曠無遮擋的地方手持照度計(jì)(此時(shí)照度計(jì)距離地面高度1 m左右)，將照度計(jì)正對(duì)太陽(yáng)，待數(shù)據(jù)相對(duì)平穩(wěn)后，取不同方位的6個(gè)數(shù)據(jù)做記錄。

2.2 敏感點(diǎn)點(diǎn)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(diǎn)，大樓形狀和立面以及周圍敏感點(diǎn)分布情況見圖1。

圖1 玻璃幕墻建筑周圍敏感點(diǎn)分布圖

3 分析與評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)方法

玻璃幕墻反射光亮度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)太陽(yáng)高度角、入射角、方位角和建筑高度計(jì)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(hào)］，以及《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》(HJ/T 211—213—1993)中建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)的技術(shù)方法作為評(píng)價(jià)依據(jù)。

3.2 計(jì)算方法

太陽(yáng)高度角、入射角、方位角計(jì)算公式為

式中:h為太陽(yáng)高度角;φ為地理緯度;t為太陽(yáng)時(shí)角;i為太陽(yáng)入射角;β為壁面太陽(yáng)方位角;A為太陽(yáng)方位角;δ為太陽(yáng)赤緯。

根據(jù)太陽(yáng)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(shí)在地面上的照度，lx。

根據(jù)反射材料亮度計(jì)算公式，計(jì)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(jì)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(yáng)高度角、入射角、方位角

根據(jù)式(1)～式(3)以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度，分別計(jì)算出4個(gè)不同季節(jié)廣州監(jiān)測(cè)點(diǎn)的太陽(yáng)高度角、入射角、方位角。

3.3.2 照度值

用照度計(jì)測(cè)量得到2012年不同季節(jié)、不同時(shí)段廣州市某大樓監(jiān)測(cè)點(diǎn)的照度值，不同方位每個(gè)時(shí)間點(diǎn)測(cè)量6個(gè)數(shù)據(jù)，取平均值，Es和Ea在不同季節(jié)、不同時(shí)段的照度測(cè)量值見表1。

表1 Es和Ea不同季節(jié)和時(shí)間段的照度測(cè)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(píng)價(jià)結(jié)果

4.1 玻璃幕墻的眩光分析

通過測(cè)量得到Es和Ea，運(yùn)用式(4)，得出不同時(shí)間點(diǎn)玻璃幕墻上的照度(Ev)值，結(jié)合玻璃幕墻的反射比(ρ)，運(yùn)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(píng)價(jià)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(jí)及炫光評(píng)價(jià)等級(jí)

由表2可見，當(dāng)玻璃幕墻反射率為30%時(shí)，4個(gè)季節(jié)中9:00和16:00光污染等級(jí)均為1級(jí)，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(jí)為4級(jí)，眩光感覺程度為“不能忍受”;春分11:00光污染等級(jí)為3級(jí)，眩光感覺程度為“能忍受”。

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

綜合上述按不同季節(jié)、不同時(shí)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(shí)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(yáng)高度角和式(7)可計(jì)算得出反射光的影響距離，不同時(shí)段的影響范圍見表3。

表3 玻璃幕墻建筑不同時(shí)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(yáng)光相對(duì)較弱，對(duì)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(yáng)光很強(qiáng)，對(duì)南面住宅樓和道路上的行人和機(jī)動(dòng)車司機(jī)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(duì)城市規(guī)劃、環(huán)境設(shè)計(jì)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(qiáng)規(guī)劃控制管理，綜合考慮選址地周邊敏感點(diǎn)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(jì)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．

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［3］陳強(qiáng)，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(bào)，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(bào)，2010-06-30(SA47)．

［5］劉昭麗，江霜英．玻璃幕墻光污染環(huán)境影響評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(cè)與評(píng)價(jià)［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(guó)光環(huán)境質(zhì)量管理體系研究［J］．環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2013(4):97-100．

［9］謝莉，房巧麗，劉潔，等．中國(guó)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(qiáng)．玻璃幕墻光污染環(huán)境影響評(píng)價(jià)探討［J］．廣州環(huán)境科學(xué)，2002，17(1):42-45．