雙層外墻的雙重性特征淺析

摘 要：雙層表皮因其豐富的美學(xué)效果和生態(tài)節(jié)能的功能逐漸引起人們關(guān)注，本文簡述了雙層表皮的的構(gòu)造特點(diǎn)和功能特點(diǎn)，結(jié)合典型建筑案例分析了雙層表皮的優(yōu)勢(shì)和其局限性，并指出在設(shè)計(jì)運(yùn)用時(shí)應(yīng)充分考慮環(huán)境、氣候、經(jīng)濟(jì)等等條件，使其更好的發(fā)揮效用，為人們提供健康舒適的生活環(huán)境。

關(guān)鍵詞：雙層表皮 ；優(yōu)勢(shì)；局限性；生態(tài)節(jié)能；經(jīng)濟(jì)性

Abstract:Due to its aesthetic effects and energy saving function， double-skin is attracting more and more attentions. This essay outlines a brief account about both the construction and function characteristics of double-skin exterior wall， analyzes the advantages and limitations of double-skin with the help of typical cases， and points out that the environment， climate and economic factors should be concerned in practice， in order to make a better effectiveness and provide a more comfortable life environment to people.

Keywords:double-skin facade; advantages; limitation; ecological energy-saving; economic

中圖分類號(hào)：TU227

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-0422（2009）06-0095-02

當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)中，雙層表皮已經(jīng)被越來越廣泛地使用在各類建筑中，因?yàn)槠湄S富創(chuàng)造的可能性逐漸成為關(guān)注的熱點(diǎn)。一方面它具有獨(dú)特的視覺美感，為建筑立面帶來豐富的表情。另一方面它作為建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，擁有獨(dú)特的復(fù)合特征的構(gòu)造方式，這種可變化的構(gòu)造，可以實(shí)現(xiàn)有組織通風(fēng)、設(shè)置遮陽、引入陽光等等目標(biāo)，具有改變建筑室內(nèi)外聲、光、熱等物理環(huán)境的功能。雙層表皮，因?yàn)檫@些優(yōu)良的特性，在歐美國家廣為流行，在我國也越來越多地使用。

雙層表皮有優(yōu)勢(shì)，也有它的局限性，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)運(yùn)用時(shí)要充分考慮環(huán)境、氣候、經(jīng)濟(jì)等等條件，并不能把它當(dāng)成建筑師施展時(shí)尚設(shè)計(jì)手法的載體隨意隨處使用。

1雙層表皮外墻的局限

1.1節(jié)能性

原則上雙層表皮是節(jié)能的。盡管如此，它在節(jié)能方面的功效卻經(jīng)常被錯(cuò)誤地估計(jì)。在很多專業(yè)文章中都有討論關(guān)于供暖、節(jié)能的問題，其中雙層表皮經(jīng)常被與單層表皮做比較。雙層表皮節(jié)能效果取決于其原始的第一層表皮。第一層表皮的節(jié)能效果越差，附加了第二層表皮后的節(jié)能效果越明顯。因此，對(duì)于“高隔熱外墻”低能耗建筑或是“被動(dòng)建筑”來說，增設(shè)雙層表皮的節(jié)能效果是有限的。

在此基礎(chǔ)上，通風(fēng)則成為了決定性的節(jié)能因素，如果雙層表皮使通過窗的自然通風(fēng)成為可能或者明顯增加自然通風(fēng)量，則雙層表皮的節(jié)能優(yōu)勢(shì)則得以體現(xiàn)。而且以自然通風(fēng)或半機(jī)械式通風(fēng)取代全機(jī)械式通風(fēng)可以節(jié)約電能，使節(jié)能效果更加明顯。

1.2經(jīng)濟(jì)性

增設(shè)第二層的表皮自然要有它的開銷。對(duì)于已經(jīng)采用外墻節(jié)能設(shè)計(jì)的建筑來說，增加了均攤到每平方米建筑面積的這部分雙層表皮花費(fèi)，無疑是不經(jīng)濟(jì)的。而相反的，由于雙層表皮減弱窗透光率，而反而要增加一筆額外的照明費(fèi)用。這筆費(fèi)用在有些情況下可以通過大面積開窗來部分抵消，但對(duì)于洞型窗的外立面而言，則要大大的增加人工照明的時(shí)間，由此產(chǎn)生的電能開銷在某些條件下會(huì)超過節(jié)省下的那一部分供暖與制冷的開銷。

雙層表皮相對(duì)于單層表皮而言多出來的開銷需要有一個(gè)更好的表皮功能和更有效的運(yùn)作來彌補(bǔ)。以下是一個(gè)相關(guān)的例子，一棟處于70到75分貝的環(huán)境噪聲中的辦公樓，如果設(shè)計(jì)使用單層表皮，則需要采用密封的隔聲材料，隔聲等級(jí)較高，并因此必須長期使用空調(diào)設(shè)備。然而如果采用雙層表皮，則可以通過窗戶進(jìn)行間歇性自然通風(fēng)，或以每小時(shí)兩次的機(jī)械通風(fēng)和冷卻系統(tǒng)代替空調(diào)系統(tǒng)，內(nèi)表皮的隔聲等級(jí)也可降低。兩種方式相比較來看，一個(gè)雙層的表皮加上與之對(duì)應(yīng)的通風(fēng)系統(tǒng)比單層表皮和空調(diào)系統(tǒng)要更經(jīng)濟(jì)。

1.3對(duì)地域氣候的適應(yīng)性

雙層外皮，具有優(yōu)良的保溫特性。特別是雙層玻璃幕墻，利用其溫室效應(yīng)所加熱的空氣層，能達(dá)到保溫節(jié)能的效果。它對(duì)于寒冷氣候條件的地區(qū)更為適合。例如位于德國科隆的維多利亞劇團(tuán)。這個(gè)建筑位于市中心一條主干道邊上，建筑采用雙層外表皮，房間采用機(jī)械通風(fēng)，所以表皮可以完全為了保溫隔熱設(shè)計(jì)（圖1）。外表皮的上端和下端各設(shè)置一個(gè)閥門，它可根據(jù)需要關(guān)閉或開啟。當(dāng)室外溫度低時(shí)，可以將閥門關(guān)閉，形成一個(gè)相對(duì)靜止的空氣層，形成一個(gè)氣體隔熱層。當(dāng)室外氣溫上升時(shí)，則打開空氣層閥門，防止中間空氣層多度升溫。同時(shí)，外表皮下端的進(jìn)風(fēng)口通過一個(gè)地溝與外界相連，這樣既可略微減低夏季的進(jìn)風(fēng)濕度，又能很好地隔聲。

適應(yīng)寒冷氣候的雙層表皮，在溫?zé)釟夂蚓筒惶线m。由于長期處于高日射熱負(fù)荷，雙層表皮會(huì)滯留大量的太陽輻射熱，再采用機(jī)械設(shè)備將溫室效應(yīng)帶來的熱負(fù)荷排除，增加了制冷成本，是不利于夏季節(jié)能的。

1.4外層皮的結(jié)構(gòu)安全性

外層皮由于受到的風(fēng)載較大，再加上自然因素的侵蝕，如陽光中的紫外線、酸雨、較大的溫差波動(dòng)幅度，其耐腐及防老化能力要求較高，尤其在外層皮為金屬龍骨結(jié)構(gòu)時(shí)需要在結(jié)構(gòu)及構(gòu)造的安全及耐久上仔細(xì)考量。

2雙層表皮外墻的優(yōu)勢(shì)

2.1隔熱保溫

當(dāng)建筑在一年中較長時(shí)間通過窗戶自然通風(fēng)的時(shí)候，雙層表皮的優(yōu)勢(shì)更加明顯。加強(qiáng)建筑自身的、自然的調(diào)節(jié)功能，實(shí)現(xiàn)低能耗。例如德國杜塞爾多夫的“城市大門”（圖2），這個(gè)門形的建筑由兩個(gè)16層的塔樓，中間50m高的中庭和上面三層閣樓層組成。雙層表皮中的中間空氣層在豎直方向上被以樓層為單位隔開，水平方向只有在有隔聲、防火或排風(fēng)等技術(shù)要求需要時(shí)才會(huì)被隔斷。外立面的送、排風(fēng)口布置在地板和天花板的位置。以避免上下層之間的通風(fēng)氣流混雜（圖3）。冬季則可將送、排風(fēng)口酌情關(guān)閉，形成封閉的空氣間層保溫。

2.2隔噪音

在受到外界噪聲強(qiáng)烈影響的時(shí)候，建筑使用雙層表皮是合適的。它對(duì)于高層或多層建筑同樣適用。特別適用于開窗要求較少，對(duì)隔聲要求較高的建筑。雙層表皮的隔聲效果主要取決于外層表皮開窗的大小和位置，同時(shí)也受中間層可吸聲裝置的影響，當(dāng)外立面10%的面積開窗時(shí)，由于增設(shè)一層表皮隔聲效果可提高3~6分貝。

2008年奧運(yùn)會(huì)射擊館就是對(duì)隔噪聲有著特殊要求的建筑（圖4）。對(duì)于射擊館的比賽來說，對(duì)噪聲的控制格外重要。雙層幕墻的采用使隔音效果十分顯著，在外層幕墻上下端口分別設(shè)置了通風(fēng)口以進(jìn)行對(duì)流排熱，也減少了空調(diào)制冷和取暖的耗能。

2.3變化遮陽

可以利用可調(diào)節(jié)的遮陽構(gòu)件，在不同時(shí)段和不同季節(jié)進(jìn)行調(diào)節(jié)，來實(shí)現(xiàn)能耗的最小化。這種可控性的遮陽構(gòu)件也為建筑立面帶來豐富的動(dòng)態(tài)變化。例如位于德國符茲堡的藝術(shù)中心（圖5）。

2.4立面的復(fù)合性

雙重外皮造成立面造型上的層次感、光影感及虛實(shí)感。再加上表皮的材質(zhì)、顏色和形狀的合理配置。增加了建筑的細(xì)部表現(xiàn)力，能形成典雅時(shí)尚的造型語言。我們?cè)诤现曛揶r(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心設(shè)計(jì)中采用了此手法，有一定的效果。（圖6）

3結(jié)語

正如沒有放之四海而皆準(zhǔn)的道理一樣，雙層表皮有優(yōu)勢(shì)也有局限性，建筑師在運(yùn)用這一設(shè)計(jì)手段時(shí)應(yīng)充分考慮其特性，揚(yáng)長避短。目前，國內(nèi)一些使用雙層表皮的建筑，更多地是關(guān)注視覺意向，考慮的是建筑單體本身的藝術(shù)效果。隨著對(duì)表皮認(rèn)識(shí)的深入，我們應(yīng)關(guān)注生態(tài)理念使表皮設(shè)計(jì)更具有意義，除了具有獨(dú)特的視覺美感，還是建筑的一個(gè)動(dòng)態(tài)的多功能外殼，能夠?yàn)槿藗兲峁┙】凳孢m的環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

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[3] Harris Poirazis，Double Skin Facades for office Buildings，Lund Institute of Technology，2004.