雙層幕墻節(jié)能技術(shù)的研究★

薛 勇 郝永池 李雪軍

(河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，河北石家莊 050091)

雙層幕墻(也叫雙通道幕墻或呼吸式幕墻)是一種節(jié)能環(huán)保型幕墻，主要是由外層幕墻、空氣交換通道(俗稱熱通道)、進風裝置、出風裝置(承重隔柵)、遮陽系統(tǒng)以及內(nèi)層幕墻(或門、窗)等組成，且在空氣交換通道內(nèi)能夠形成空氣有序流動的建筑幕墻。

呼吸式雙層幕墻其設(shè)計理念與設(shè)計思想主要是體現(xiàn)“自然、節(jié)能與環(huán)保”，使室內(nèi)工作環(huán)境與室外自然環(huán)境融為一體。雙層幕墻經(jīng)過了四個演變過程，即整體式雙層幕墻、通道式雙層幕墻、廊道式雙層幕墻、箱體式雙層幕墻。

1 雙層幕墻的概念

根據(jù)GB/T 21086的定義，雙層幕墻是由外層幕墻、熱通道和內(nèi)層幕墻(或門、窗)構(gòu)成，且在熱通道內(nèi)可以形成空氣有序流動的建筑幕墻。雙層幕墻是雙層結(jié)構(gòu)的新型幕墻，外層結(jié)構(gòu)一般采用玻璃幕墻，內(nèi)層結(jié)構(gòu)可采用玻璃幕墻、鋁合金門或鋁合金窗。內(nèi)外結(jié)構(gòu)之間分離出一個中間層，形成一種通道，空氣可以從下部進風口進入通道，也可以從上部出風口排出通道，空氣在通道流動，導(dǎo)致熱能在通道的流動和傳遞，這個中間層稱為熱通道，所以雙層幕墻又稱為熱通道幕墻。

2 雙層幕墻的類型

雙層幕墻由內(nèi)外兩層玻璃幕墻組成，與傳統(tǒng)幕墻相比，雙層幕墻的內(nèi)外兩層幕墻之間形成一個通風換氣層，因而它在節(jié)能方面比傳統(tǒng)的幕墻節(jié)能達50%，采暖時節(jié)約能源42%～52%，制冷時節(jié)約能源38%～60%，保溫性能達國際Ⅱ級，具有冬季保溫和夏季隔熱的雙重功能，有效地減少空調(diào)的使用，達到節(jié)能效果。雙層幕墻根據(jù)通風層的結(jié)構(gòu)不同可分為“封閉式內(nèi)通風”和“敞開式外通風”兩種。內(nèi)通風與外通風雙層幕墻作用原理如圖1所示。

圖1 內(nèi)通風與外通風雙層幕墻作用原理

3 雙層玻璃幕墻的特點

3．1 高效節(jié)能

與基準幕墻和普通節(jié)能幕墻相比，雙層幕墻是節(jié)能效果最理性的高效節(jié)能幕墻，經(jīng)實踐證明北京地區(qū)其節(jié)能效果見表1。

表1 雙層幕墻節(jié)能效果對比

3．2 環(huán)境舒適

與單層幕墻和普通節(jié)能幕墻相比，雙層幕墻能創(chuàng)設(shè)良好的熱環(huán)境和通風環(huán)境，提供舒適的辦公環(huán)境，如圖2所示。

圖2 單層幕墻辦公環(huán)境和智能型呼吸式幕墻辦公環(huán)境

3．3 采光合理

進入室內(nèi)的光線角度和強弱，直接影響到您的舒適感。雙層玻璃幕墻可以根據(jù)您的需要，只要您輕輕一按開關(guān)，遮陽百葉便可按照您的意愿或收起或任意位置放下或葉片傾斜，讓光線均勻進入您的室內(nèi)，盡情享受光線的變化，大大改善室內(nèi)光環(huán)境。

3．4 隔聲降噪

雙層幕墻特制的內(nèi)外雙層構(gòu)造、緩沖區(qū)和內(nèi)層全密封方式，使其隔聲性能比傳統(tǒng)幕墻高1倍以上(內(nèi)層玻璃幕墻開窗時45 dB，關(guān)窗時67 dB)，為營造舒適、寧靜的生活環(huán)境必不可少。

3．5 安全性能

雙層幕墻下雨時可通風，雨不會進入室內(nèi)，可保持物品安全，通風時風速柔和，東西不會被風卷走。雙層幕墻物品不易墜落，而且兩道玻璃幕墻防護有利于防盜。雙層幕墻從經(jīng)濟方面來看，單位面積成本較高，首期投資較大，比傳統(tǒng)幕墻高出近一倍，這是廣大建筑師和業(yè)主較為關(guān)心的問題，但從長遠利益來看，其節(jié)能所產(chǎn)生的效益將更加明顯。從技術(shù)方面來看，主要是空氣通道內(nèi)的防火問題，各種防火的方法及其效果需要通過實踐加以檢驗。雙層幕墻作為一項新興技術(shù)產(chǎn)品，其良好的環(huán)保、節(jié)能性能，以及新穎的構(gòu)造給建筑外裝飾帶來更多變化。

4 雙層幕墻的工作原理

4．1 內(nèi)循環(huán)體系的工作原理

封閉式內(nèi)循環(huán)通風幕墻的通風系統(tǒng)是由進風系統(tǒng)、空氣通道系統(tǒng)、排風口和管道風機系統(tǒng)組成。封閉式內(nèi)循環(huán)通風幕墻采用強制措施，電控管道系統(tǒng)，在夏季時將雙層封閉熱通道大部分熱空氣排出室外。冬季將溫室效應(yīng)蓄熱通過管道回路系統(tǒng)加熱后傳到室內(nèi)，當機械設(shè)備工作時，雙層幕墻通道內(nèi)形成負風壓，室內(nèi)的空氣便先導(dǎo)入雙層幕墻通道，空氣在雙層幕墻空腔內(nèi)形成自下而上的空氣有序流動，最后通過機械設(shè)備排出排風管道，達到節(jié)能效果。在通道內(nèi)設(shè)置可調(diào)控的百葉窗或垂簾，可有效地調(diào)節(jié)日照遮陽，為室內(nèi)創(chuàng)造更加舒適的環(huán)境。

4．2 外循環(huán)體系的工作原理

開敞式外循環(huán)通風幕墻的內(nèi)外兩層幕墻之間形成的通風換氣層的兩端裝有進風和排風裝置，利用室外新風進入，經(jīng)熱通道帶走熱量從上部排風口排出，可減少太陽輻射熱的影響，節(jié)約能源。它無須專用機械設(shè)備，完全靠自然通風，維護和運行費用低。進風和排風裝置上的風口可以開啟和關(guān)閉(有手動和自動)。另外，還可以通過對進排風口的控制以及對內(nèi)層幕墻通風窗的設(shè)計，達到由通風層向室內(nèi)輸送新鮮空氣的目的，從而優(yōu)化建筑內(nèi)部的空氣質(zhì)量。

5 雙層幕墻節(jié)能技術(shù)

5．1 雙層幕墻的熱適應(yīng)性

雙層皮玻璃幕墻在四個朝向均有較好的熱工性能(雙層間遮陽的雙層幕墻相對于采取內(nèi)遮陽的單層幕墻)，尤其是西向。但前提條件是保證雙層皮玻璃幕墻的空腔間層有較好的通風狀況。經(jīng)測試，南向?qū)嶒炇覂?nèi)溫差有6℃～7℃，北向?qū)嶒炇覂?nèi)溫差也有4℃～5℃，而西向?qū)嶒灳惯_17℃之多。雙層皮空腔間層若是處于空氣流動的可控制狀態(tài)，室內(nèi)外熱量在此空間內(nèi)流動、交換，實現(xiàn)室外氣候和室內(nèi)小環(huán)境的過濾器和緩沖層作用。不難理解，在高溫的夏季，持續(xù)烘烤的西向比其他方向更能體現(xiàn)這種過濾緩沖效應(yīng)帶來的差異。因而，具有合適遮陽位置和通風模式的雙層玻璃幕墻比傳統(tǒng)的單層玻璃幕墻具有更佳的熱工性能。

5．2 雙層幕墻的遮陽性能

遮陽狀況的有無和好壞是影響雙層幕墻室內(nèi)熱環(huán)境的關(guān)鍵因素。而其中遮陽的位置是雙層幕墻的設(shè)計重點之一，不同的位置將對其功效產(chǎn)生不同影響。以雙層幕墻之間安裝電動或手動操作的遮陽裝置，遮陽百葉可調(diào)節(jié)角度，使陽光進入室內(nèi)得到合理控制，遮陽裝置的安裝位置非常重要;一般距外層玻璃150 mm～180 mm為最佳，也應(yīng)考慮內(nèi)層幕墻開啟窗或門的形式而定，避免影響窗或門的正常開啟和閉合。

因而，對于雙層幕墻而言，除了保證設(shè)計正確以外，正確使用也是十分重要的。采用雙層間遮陽并配合恰當?shù)耐L方式是雙層幕墻在夏季不可或缺的條件。

5．3 雙層幕墻的通風性能

通風狀況的好壞是影響雙層幕墻空腔間層和室內(nèi)熱環(huán)境的基本因素。雙層幕墻換氣層是關(guān)鍵，其進出風口的設(shè)置、換氣層的寬度大小、材料的選用等直接影響到其通風性能的發(fā)揮。在進行外循環(huán)體系通風系統(tǒng)設(shè)計時，要考慮樓體樓層不同高度，考慮到抗震要求和風壓影響，進、出風口的沙塵過濾網(wǎng)的“目數(shù)”應(yīng)通過計算選用不同目數(shù)的過濾網(wǎng)，而解決由于樓層高度變化產(chǎn)生不同“煙筒”效應(yīng)，出風口可采用“魚嘴”式結(jié)構(gòu)，注意不要將濾網(wǎng)目數(shù)過大，防止空氣滯阻。

在夏天強烈的陽光輻射下，雙層幕墻空腔換氣層往往溫度較高。若是進出風口的自然通風無法實現(xiàn)，反而急劇增加了制冷的負荷，這對于夏季炎熱地區(qū)是致命的缺點。所以，在夏季保證雙層幕墻空腔間層良好的通風條件，是發(fā)揮雙層幕墻優(yōu)越性的關(guān)鍵所在。

5．4 雙層幕墻的節(jié)能效果

雙層幕墻在夏季具有良好的節(jié)能效應(yīng)。在有通風條件下，雙層間有遮陽的雙層皮和內(nèi)遮陽的單層皮的能耗比較實驗當中，雙層皮室內(nèi)溫度在空調(diào)設(shè)定的工作溫度27℃上下波動，空調(diào)正常間歇時間為30 min～45 min。然而，單層皮室內(nèi)溫度從上午9:30～下午17:00一直在空調(diào)工作溫度以上，并于中午13:30出現(xiàn)峰值32℃，空調(diào)持續(xù)工作。單層皮其他時段內(nèi)空調(diào)的間歇時間也比雙層皮要短一些。24 h能耗比較，無論空腔間層有無通風，雙層幕墻比單層幕墻都要節(jié)能14%。即便單層幕墻采取外遮陽的情況下，雙層幕墻也要節(jié)能6．1%。

6 結(jié)語

玻璃幕墻是建筑工業(yè)化的產(chǎn)物，它賦予建筑以輕盈的體型、晶瑩剔透的外觀和良好的抗震性能，但也帶來很多問題，其中之一就是由于傳熱系數(shù)過大和氣密性不良而造成的建筑物能源消耗加大。而有效的節(jié)約能源是一個現(xiàn)代綠色建筑所必需的。雙層玻璃幕墻就是建筑逐步走向綠色節(jié)能的一個體現(xiàn)。雙層幕墻使幕墻在與建筑深度融合的過程中，不再只是簡單的外墻，大大提高了建筑幕墻的節(jié)能效果。雖然，在中國廣泛應(yīng)用這一新技術(shù)的我們?nèi)沃囟肋h，但我們堅信，作為建筑幕墻的“綠色”產(chǎn)品離我們不遠了。

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