中国建筑能耗在能源消费总量中的占比不断升高,2016年建筑能耗总量与2000年相比,增长了近3倍,其中公共建筑能耗占比最大,公共建筑单位面积能耗分别为城镇居住建筑和农村居住建筑的2.5倍和3.4倍,降低公共建筑能耗已迫在眉睫。由于游乐与旅游领域公共建筑大量采用玻璃幕墙外围护结构,导致冷热损失严重,亟待降低能耗,同时该类建筑外立面需满足一定景观要求。基于上述两个层面需求,作者提出将玻璃幕墙遮阳降耗与景观需求一体化考虑的设计理念,即将玻璃幕墙外围护结构与水幕景观一体化设计,从而通过水幕实现遮阳降耗与景观双需求。本文基于水膜吸收太阳辐射的作用机理,建立了水幕太阳辐射计算模型,并应用Ecotect软件对模型的准确性进行了模拟验证;借助所建立的水幕太阳辐射计算模型,揭示了水膜厚度、倾角、方位角等关键参数与水幕系统太阳辐射透射量的协同关系;分析影响空气层温降的关键因素;并通过对喷嘴出口的微元水膜进行受力分析,揭示了风速及风向对喷嘴出口速度及倾角优选的影响特性;最后以湖南省长沙市实际工程—冰雪世界为实例分析与验证该一体化系统实际效果。研究结果表明,所建立的水幕太阳辐射数学模型准确性较好,逐时太阳辐射透射量的相对误差均为10%以内,可用于透过水幕系统的太阳辐射量计算;水幕系统对太阳辐射有较强的吸收作用,且随水膜厚度增加,水幕系统对太阳辐射吸收作用增强,但水膜厚度对太阳辐射吸收量的影响逐渐减小,当水膜厚度为0.03m~0.04m时能减少68%~78%太阳辐射;水幕倾角对夏季与冬季太阳辐射透射量的影响截然不同,夏季太阳辐射透过率随水幕倾角的增加而下降,而冬季太阳辐射透过率随水幕倾角的增加,呈现出先上升后下降的趋势;水幕朝向对方位角为0°~90°的水幕系统的影响不大,且其对冬季的太阳辐射透射量的影响要略大于夏季;水幕空气层温降随室外空气温度的升高而增大,随水温(空气相对湿度)和空气流速的增加而降低,当空气流速为0.25m/s,空气初温39oC,水温20oC时空气层温降可达3.6oC;在忽略横向风对水幕影响的前提下,得出了指定风速与风向作用下,喷嘴喷出的水质点在重力与风共同作用下的运动方程,为水幕喷嘴出口流速与倾角的优选提供了依据;对于长沙冰雪世界项目的景观步道,按本文所提出的设计参数进行设计,当室外空气干球温度35.8°C时,能减少大约7.79×10~9J的太阳辐射量,同时无需任何制冷设备,可将新风温度降低2.2oC,即降低26%新风显热负荷。本文所提出的景观与节能一体化水幕系统,从景观节能一体化的思路出发,将玻璃幕墙建筑的景观设计与建筑节能设计相结合,不仅增加了公共建筑玻璃幕墙外立面的装饰性,而且降低了建筑的能耗,为公共建筑的玻璃幕墙的节能改造提供了新思路。此外,本文所建立的模型能够通过改变消光系数计算出不同材料在某一倾角下的太阳辐射透射量,为今后对有一定倾角的围护结构的遮阳设施的研究提供了帮助。