呼吸式雙層生態(tài)幕墻工作原理以及適用性

劉克強(qiáng)+劉春穎+胡冬敏+曹子涵

[摘 要]本文通過(guò)對(duì)呼吸式雙層生態(tài)幕墻工作原理以及適用性進(jìn)行分析，指出雙層幕墻的節(jié)能效果及對(duì)生態(tài)環(huán)境的重要性，是未來(lái)生態(tài)節(jié)能建筑發(fā)展的趨勢(shì)。

[關(guān)鍵詞]呼吸式；雙層生態(tài)幕墻；工作原理；適用性

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.14.049

[中圖分類號(hào)]TU201.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2017）14-00-02

0 引 言

生態(tài)建筑節(jié)能主要是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能，玻璃幕墻由于簡(jiǎn)潔、現(xiàn)代的視覺(jué)效果，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，是現(xiàn)代建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要組成部分。然而，玻璃幕墻的弊端也不容小覷，一方面，玻璃材料的傳熱系數(shù)比傳統(tǒng)的磚石材料大很多，夏季太陽(yáng)輻射可以直接透過(guò)玻璃形成溫室效應(yīng)，導(dǎo)致普通玻璃幕墻的供熱、制冷能耗大大增加；另一方面，玻璃幕墻還會(huì)在城市環(huán)境和室內(nèi)產(chǎn)生光污染和眩光等問(wèn)題。基于此，1931年柯布西耶首次提出，用雙層外皮抵御外部氣候的概念。隨后，雙層皮呼吸式幕墻越來(lái)越多的出現(xiàn)在建筑師的方案設(shè)計(jì)中，成為生態(tài)建筑技術(shù)領(lǐng)域的重要關(guān)注話題之一。

1 呼吸式雙層生態(tài)幕墻的概念以及工作原理

1.1 呼吸式雙層生態(tài)幕墻的概念

根據(jù)GB/T 21086-2007《建筑幕墻》的定義，雙層幕墻由外層幕墻、熱通道、內(nèi)層幕墻（或門(mén)、窗）構(gòu)成，且在熱通道內(nèi)能夠形成空氣有序流動(dòng)的建筑幕墻，出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代初期。且呼吸式雙層生態(tài)幕墻可分為兩種體系：第一種為內(nèi)循環(huán)封閉體系，第二種為外循環(huán)開(kāi)敞體系，其中，外循環(huán)體系又分為箱式、井箱式、走廊式、多層式、可開(kāi)啟式5種。

1.2 工作原理

在外層幕墻設(shè)置遮陽(yáng)，減少太陽(yáng)對(duì)內(nèi)的輻射，并在外側(cè)設(shè)置保護(hù)層，通過(guò)排風(fēng)機(jī)械，抽取室內(nèi)舊空氣，通過(guò)熱通道的置換，把外部的新鮮空氣放回室內(nèi)，使熱通道內(nèi)空氣時(shí)刻保持流動(dòng)，從而使室內(nèi)空氣清新，且不會(huì)喪失舊空氣中所含有的熱量，使之達(dá)到節(jié)能的效果。在冬季，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)出口的大小控制空氣的流動(dòng)量，使進(jìn)去幕墻的空氣被陽(yáng)光加熱又慢速流出，達(dá)到更好的保溫效果；在夏季，進(jìn)出口的增大，空氣流通快速而順暢，同時(shí)，兩層幕墻之間的遮陽(yáng)設(shè)施可以很好地阻擋陽(yáng)光，室內(nèi)的環(huán)境因此而舒適，通風(fēng)效果顯著；春秋兩季，呼吸式雙層幕墻可完全開(kāi)啟保證室內(nèi)通風(fēng)。

（1）內(nèi)循環(huán)封閉體系。其外層玻璃幕墻原則上是完全封閉的，一般是由傳熱系數(shù)低的材料與中空鋼化玻璃組成，內(nèi)層為可開(kāi)啟窗，兩層幕墻之間的熱通道連接著暖風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)管，空氣由內(nèi)層玻璃的通風(fēng)口到達(dá)通風(fēng)間層，再通過(guò)系統(tǒng)排風(fēng)管排向室外，使室內(nèi)外空氣暢通，冬季則將保存的熱量通過(guò)管道回路流向室內(nèi)，防止熱量流失，降低能源消耗。

（2）外循環(huán)開(kāi)敞體系。其外層是單層玻璃與非斷熱型材料組成的玻璃幕墻，內(nèi)層是斷熱幕墻。內(nèi)外幕墻分別設(shè)置排風(fēng)和進(jìn)風(fēng)口，同時(shí)通風(fēng)間層內(nèi)設(shè)置遮陽(yáng)裝置，夏季室內(nèi)熱空氣由內(nèi)層排風(fēng)口到達(dá)通風(fēng)間層，由外層排風(fēng)口排向室外，以保證室內(nèi)空氣流通。同時(shí)，通風(fēng)間層內(nèi)的遮陽(yáng)裝置又能很好地阻擋陽(yáng)光，冬季氣候寒冷，室外冷空氣通過(guò)通風(fēng)間層緩沖與陽(yáng)光照射，可形成三層保護(hù)層，進(jìn)一步提高了保溫效果，達(dá)到建筑節(jié)能的要求。

2 與傳統(tǒng)單層幕墻相對(duì)比

（1）雙層幕墻內(nèi)的熱通道，直接從功能上解決了節(jié)能問(wèn)題，室內(nèi)的熱空氣通過(guò)熱通道，把熱量留在了熱通道內(nèi)，減少了熱量的損失，而單層幕墻只是從本身材料的傳熱系數(shù)上使之達(dá)到節(jié)能效果。

（2）“雙層幕墻”，顧名思義是雙層的，這樣可以在外側(cè)選擇低反射玻璃，減少玻璃給生活帶來(lái)的不便，而單層玻璃為了節(jié)能效果，只能選擇普通玻璃，增加了“光污染”。

（3）雙層幕墻是由于置換氣層的方便，比普通玻璃節(jié)能了至少42%，是人們走向綠色建筑的一個(gè)重要方向。

（4）由于置換氣層，使冬天降低了取暖要求，也使夏天降低了制冷要求，而且具有內(nèi)部百葉窗，這樣既不影響遮光又不影響建筑設(shè)計(jì)的原本思想。

（5）有研究表明：雙層玻璃比單層玻璃的隔聲性能至少增強(qiáng)了49 dB，可以讓建筑內(nèi)部有一個(gè)安靜的學(xué)習(xí)、工作環(huán)境。另外，它不用根據(jù)天氣的好壞來(lái)決定開(kāi)窗與否，也不用擔(dān)心陰雨天進(jìn)不來(lái)新鮮空氣，根據(jù)這個(gè)換氣通道可以直接排除舊空氣、置換新空氣，大大提高了室內(nèi)的空氣質(zhì)量，使室內(nèi)更加舒適。

（6）墻面最主要承受的是風(fēng)荷載，所以抗風(fēng)壓是衡量幕墻質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一，雙層幕墻的抗風(fēng)壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通玻璃幕墻。

（7）幕墻具有通透性，而許多建筑師更是熱衷于這種材料，他們喜歡用這種通透的幕墻來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)的完整和立面風(fēng)格。

3 雙層幕墻的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

在新時(shí)代，呼吸式雙層生態(tài)幕墻相對(duì)于傳統(tǒng)的玻璃幕墻，除了節(jié)能、環(huán)保外，更重要的是賦予了其新功能。如，當(dāng)今流行的光電玻璃幕墻也是集隔熱、隔音、發(fā)電、環(huán)保于一身，其主要特點(diǎn)是應(yīng)用光電技術(shù)與光電板技術(shù)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能，使玻璃幕墻不僅發(fā)揮裝飾作用，在結(jié)構(gòu)與節(jié)能功能上也發(fā)揮了重要作用。智能幕墻也是其中的一種，它良好的性能，不僅在材料上，在技術(shù)上也完全超過(guò)了普通玻璃，這使雙層幕墻成為美國(guó)和日本建筑師所熱衷的墻體使用材料，所以在美國(guó)和日本等建筑裝飾領(lǐng)域，建筑師已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用這種新型材料，如日本名古屋站前大廈、美國(guó)舊金山哈里德大廈等其他建筑，都在建筑設(shè)計(jì)、裝飾、結(jié)構(gòu)等方面使用了雙層生態(tài)幕墻。

呼吸式雙層生態(tài)幕墻已經(jīng)在國(guó)外得到了普遍應(yīng)用，但我國(guó)的生態(tài)幕墻技術(shù)才剛剛起步，依然存在廣闊的發(fā)展空間，正在向全球化標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，雖然國(guó)內(nèi)已經(jīng)有應(yīng)用呼吸式雙層生態(tài)幕墻的實(shí)例，如：北京新源大廈、北京新保利大廈、上海鋼鐵交易中心等經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速的一線城市，才開(kāi)始采用這種新型節(jié)能幕墻代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋混凝土墻體，但應(yīng)用及掌握的相應(yīng)技術(shù)同美國(guó)及日本相比，還不是很完善。

其中，以北京新源大廈為例：北京新源大廈又名北京公館，由德國(guó)GMP建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)，是一幢具有多功能現(xiàn)代化服務(wù)體系的高檔住宅樓。該項(xiàng)目建筑面積6.633 9萬(wàn)平方米，樓高82.3米，共26層。根據(jù)北京當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)，并滿足節(jié)能、環(huán)保等多方面的需求，該住宅樓的幕墻形式選用先進(jìn)的呼吸式雙層生態(tài)幕墻——外循環(huán)開(kāi)敞體系呼吸式幕墻。該雙層幕墻及熱通道內(nèi)的水平遮陽(yáng)系統(tǒng)，在不改變?cè)O(shè)計(jì)師的原本意圖下，構(gòu)成了一個(gè)立面構(gòu)圖的元素，豐富了整個(gè)立面。采用層層推進(jìn)的新形式，創(chuàng)造了開(kāi)闊的室外空間，在建筑水平方向方面，構(gòu)成了較強(qiáng)的立體感以及節(jié)奏和韻律感，建筑的東西兩側(cè)、頂部樓層，以三層為一個(gè)變化空間，逐步跌落，使原本龐大的建筑體顯得錯(cuò)落有致。

目前，我國(guó)《節(jié)能中長(zhǎng)期專項(xiàng)規(guī)劃》提出：“2010年，已表明全國(guó)新增1/3的建筑達(dá)到50%的目標(biāo)，2020年，全國(guó)的新增建筑將全部達(dá)到節(jié)能65%的目標(biāo)?！蹦壳?，整體建筑能量損失有一半都是門(mén)窗造成的，因此，發(fā)展節(jié)能生態(tài)雙層幕墻是目前建筑節(jié)能的重要方法，其發(fā)展?jié)摿O大。

4 結(jié) 語(yǔ)

當(dāng)今世界的建筑設(shè)計(jì)越來(lái)越注重建筑外形設(shè)計(jì)，但在生態(tài)技術(shù)節(jié)能上忽略了功能與外形的結(jié)合，呼吸式雙層幕墻的應(yīng)用與發(fā)展不僅體現(xiàn)了新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新材料，同時(shí)在建筑方面也體現(xiàn)了新理念——綠色生態(tài)建筑。它所帶來(lái)的社會(huì)效益是巨大的，在城市美化和綠化中，起到了至關(guān)重要的作用，成為美化城市的亮麗風(fēng)景線，同時(shí)它也是現(xiàn)今市場(chǎng)的需求，具有良好的發(fā)展前景。建筑是人們生產(chǎn)和生活的必要空間，一個(gè)良好的空間環(huán)境，是建筑社會(huì)發(fā)展的目標(biāo)和挑戰(zhàn)，因此，綠色生態(tài)建筑是具有可見(jiàn)性的必然結(jié)果，符合可持續(xù)發(fā)展的需求。endprint