雙層玻璃幕墻在超高層建筑中的應(yīng)用研究

張?chǎng)?/p>

（山西六建集團(tuán)有限公司，山西太原 030024）

0 引言

自然通風(fēng)是建筑工程的主要參考要素，同時(shí)也是人向往舒適室內(nèi)環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)之一。雙層玻璃幕墻的應(yīng)用發(fā)展充分解決了太陽(yáng)輻射引起建筑能源消耗嚴(yán)重等問題，在合理設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，具有美觀、保暖和隔熱的優(yōu)勢(shì)。雙層玻璃幕墻的應(yīng)用價(jià)值主要體現(xiàn)在超高層建筑方面，有效降低能源消耗，提升室內(nèi)環(huán)境舒適度。

1 雙層玻璃幕墻的分類及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 雙層玻璃幕墻的分類

根據(jù)雙層玻璃的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，主要分為三種類型，分別為封閉式內(nèi)循環(huán)雙層幕墻、敞開式外循環(huán)雙層玻璃幕墻及呼吸式雙層玻璃幕墻，針對(duì)不同特點(diǎn)的超高層建筑可以選擇最科學(xué)適宜的玻璃幕墻，下文針對(duì)三種類型雙層玻璃幕墻進(jìn)行分析。

1.1.1 敞開式外循環(huán)雙層玻璃幕墻

敞開式外循環(huán)雙層幕墻在超高層建筑中較為常見，其外層材料主要應(yīng)用非斷熱型材質(zhì)或單層玻璃，內(nèi)層采用具有隔熱或斷熱性能的單元幕墻。在外界氣溫發(fā)生改變期間將通風(fēng)層中的排風(fēng)口關(guān)掉，換氣層內(nèi)部空氣因受到光照效果溫度升高，因此建筑室內(nèi)的整體氣溫將得以提高，減少供暖的能源消耗。在炎熱的氣候下，可以將換氣層的風(fēng)口開啟，利用放煙通道將通風(fēng)層的熱度全都散發(fā)出去，以此降低室內(nèi)的溫度，減少室內(nèi)空調(diào)設(shè)備的用電時(shí)間和能源消耗。

1.1.2 封閉式內(nèi)循環(huán)雙層玻璃幕墻

這種幕墻在寒冷的北方地區(qū)較為常見，其外層玻璃幕墻呈現(xiàn)出一種封閉狀態(tài)，通常情況下，利用斷熱型材料或中空鋼化玻璃制造而成。然而內(nèi)層大多數(shù)采用單獨(dú)一片或幾片鋼化玻璃組成或形成開關(guān)正常的窗戶。大多數(shù)情況下這種類型的雙層玻璃幕墻的間隔厚度在20~200mm 范圍內(nèi)，通風(fēng)間隔和建筑頂部的暖通系統(tǒng)排風(fēng)管道緊密相連，從而實(shí)現(xiàn)有效的空氣循環(huán)，如圖1所示。

圖1 內(nèi)循環(huán)雙層玻璃幕墻

1.1.3 呼吸式雙層幕墻

呼吸式雙層幕墻的通風(fēng)間隔在水平方向和豎直方向有一定的連接作用，在寒冷的冬季，可以將外層的通風(fēng)口關(guān)閉，通過通風(fēng)間隔產(chǎn)生溫室效應(yīng)起到室內(nèi)保暖的作用。這種呼吸式雙層玻璃幕墻主要應(yīng)用于外層幕墻開口較少的位置，隔音功能比較強(qiáng)，更適合設(shè)計(jì)在外界噪聲過大的大型公共建筑中[1]。

1.2 雙層玻璃幕墻的合理設(shè)計(jì)

在建筑類型和氣溫變化的基礎(chǔ)上科學(xué)選取雙層玻璃幕墻，第一步需要掌握循環(huán)體系對(duì)于建筑物雙層玻璃幕墻差異性的需求。一般情況下，外循環(huán)玻璃幕墻的內(nèi)層玻璃主要選擇保溫效果良好的材料，主要起到保暖隔熱的作用。然而選擇外層玻璃幕墻的主要是為了防護(hù)，防止夾層中的遮陽(yáng)裝置受到其他條件的制約和危害，而且在外層開口處還設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)夾層通風(fēng)的功能。除此之外，雙層玻璃幕墻空氣間隔的寬度也有一定的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，如果寬度過小，建筑的通風(fēng)功能就不會(huì)發(fā)揮出實(shí)際作用，而且影響設(shè)備的溫度散熱，延長(zhǎng)空調(diào)使用時(shí)間在一定程度上增加了能源消耗。在雙層玻璃的空氣間隔位置可以加入遮陽(yáng)裝置，有效進(jìn)行隔熱和通風(fēng)的效果。雙層玻璃幕墻是新時(shí)代高層建筑和大型公共建筑的潮流，其節(jié)能效果良好而且具有一定的環(huán)保作用。

2 雙層玻璃幕墻在超高層建筑中的應(yīng)用探討

2.1 高效通風(fēng)

如今高層建筑越來越多，玻璃幕墻已經(jīng)逐漸獲得社會(huì)和人們的高度認(rèn)可。雙層玻璃幕墻在建筑過程中可以在一定程度上減少混凝土的使用數(shù)量，也可以減少過大的建筑材料消耗，有利于資源節(jié)約?，F(xiàn)在高層建筑引入雙層玻璃幕墻更利于環(huán)保工作，更重要的是使用這種幕墻可以改善并加強(qiáng)空氣中的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)高效通風(fēng)的效果。雙層幕墻對(duì)空氣流動(dòng)的調(diào)節(jié)主要作用于外層的幕墻和內(nèi)層幕墻的通風(fēng)口位置，因此雙層幕墻中內(nèi)層幕墻的開關(guān)還可以在晚上進(jìn)行室內(nèi)通風(fēng)設(shè)置，將夜間外部溫度較低的空氣與新鮮空氣有效融合，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)降溫，高層建筑中的住戶不會(huì)因樓層高度過高無法調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣而煩惱，而且在第二天起床時(shí)間及時(shí)關(guān)閉內(nèi)層玻璃的開關(guān)，可以將室內(nèi)的溫度保持一定時(shí)間的持平而不用長(zhǎng)時(shí)間開啟空調(diào)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能耗。因?yàn)椴Ａ粔Φ碾p層作用，在晚上開啟內(nèi)層幕墻的開關(guān)后，建筑安全問題也有著一定的保障，可以有效避免風(fēng)雨和蚊蟲問題，因?yàn)橥鈱硬Ａ粔Φ倪M(jìn)風(fēng)口位置設(shè)有安全設(shè)施如防蟲、防塵網(wǎng)等。雙層幕墻在溫度較低的地帶實(shí)用性更加顯著，如果雙層幕墻的外層具有一定的封閉性而且自帶可以調(diào)節(jié)的通風(fēng)口，在冬季將所有通風(fēng)口關(guān)閉，可以發(fā)揮出雙層玻璃幕墻的保溫作用。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，人們的生活條件日益提高，建筑裝修和裝飾更加創(chuàng)新、獨(dú)特，長(zhǎng)時(shí)間采用大量復(fù)合型材料會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)的空氣遭受化學(xué)藥品的污染，因此新鮮空氣的流通是人們最重視的問題。在風(fēng)力加強(qiáng)時(shí)開啟窗戶會(huì)將屋內(nèi)的辦公用品吹跑，陰雨天氣需要緊閉窗戶，現(xiàn)代的雙層玻璃幕墻這種新型設(shè)計(jì)方案可以有效實(shí)現(xiàn)通風(fēng)效果，具體控制空氣的流動(dòng)，保持室內(nèi)的空氣新鮮。

2.2 改善室內(nèi)光環(huán)境

最受人們歡迎的雙層玻璃幕墻是采光度較高而且節(jié)能、安全、舒適的幕墻。以往在普通建筑工程中常用的材料不僅無法滿足現(xiàn)代高層建筑居住人群的要求和標(biāo)準(zhǔn)，而且對(duì)于室內(nèi)光度和亮度并沒有明顯的改善。如今采用雙層玻璃幕墻后可以將強(qiáng)度較高的光線折射于內(nèi)外兩層玻璃之間，不僅可以將光照強(qiáng)度及時(shí)調(diào)節(jié)整合，減少屋內(nèi)的刺眼效果，而且還能更好地改善室內(nèi)的光環(huán)境。很多人會(huì)考慮將原有的材質(zhì)或設(shè)計(jì)方案做出更改會(huì)不會(huì)對(duì)室內(nèi)環(huán)境和采光效果產(chǎn)生負(fù)面作用，答案當(dāng)然是不會(huì)。利用雙層玻璃幕墻不會(huì)產(chǎn)生任何化學(xué)氣體，甚至對(duì)屋內(nèi)的環(huán)境不會(huì)造成任何影響，也不會(huì)對(duì)人體的健康發(fā)展造成威脅，這種玻璃幕墻可以最大限度地改善室內(nèi)光環(huán)境[2]。

2.3 超高的隔音效果

超高層建筑過程中采用雙層玻璃幕墻的核心原因就是其隔音效果非常強(qiáng)。身處在城市中心地帶或繁華位置，交通和人流量過大，很容易出現(xiàn)噪聲干擾，利用雙層玻璃幕墻可以有效抑制這種影響。雙層玻璃幕墻高效隔音效果的主要原理在于雙層幕墻之間的間隔空間在設(shè)計(jì)制作時(shí)可以盡量做大，這樣可以呈現(xiàn)出更好的隔音效果，減少附近的噪聲干擾，尤其對(duì)于馬路兩邊和與馬路之間的距離不是很遠(yuǎn)的高層建筑來說這種效果作用最為實(shí)用，可以為人們提供足夠?qū)庫(kù)o的辦公場(chǎng)所和生活環(huán)境，進(jìn)而提高工作的效率和生活質(zhì)量維護(hù)大眾的身體健康發(fā)展?，F(xiàn)階段很多建筑行業(yè)都采用這種隔音效果良好的雙層玻璃幕墻。

2.4 節(jié)能和調(diào)節(jié)效果強(qiáng)

雙層玻璃幕墻發(fā)揮著較強(qiáng)的節(jié)能效果，高效節(jié)能的設(shè)計(jì)可以優(yōu)化室內(nèi)的環(huán)境，而且這種節(jié)能措施室內(nèi)外空氣互通的效果也是極好的。雙層玻璃幕墻高效的通風(fēng)性能尤為突出，在溫度較低區(qū)域的建筑中，雙層玻璃幕墻需要采用內(nèi)循環(huán)式，利用外部的通風(fēng)口將室內(nèi)的空氣驅(qū)趕到兩層玻璃的夾縫中，并與室外流通的空氣進(jìn)行循環(huán)交換，在一定程度上提高內(nèi)層幕墻的表面溫度，當(dāng)人們與內(nèi)層玻璃之間的距離縮短時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生冰冷的感覺，從本質(zhì)上符合人們生活環(huán)境舒適度和冬暖夏涼的要求。

2.5 熱工性能

雙層玻璃幕墻的運(yùn)行機(jī)制過于煩瑣且復(fù)雜，在不同的環(huán)境和氣候條件下還會(huì)為人們呈現(xiàn)出不一樣的熱工性能。在溫度較高的地區(qū)，炎熱的夏季里往往室內(nèi)熱量過大引起空調(diào)耗能的增加，雙層玻璃幕墻可以做到真正意義上的節(jié)能減耗，改善室內(nèi)的熱量積累數(shù)量。在雙層玻璃的設(shè)計(jì)階段需要進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，為了進(jìn)一步確定雙層玻璃可以達(dá)到保溫和通風(fēng)的效果，證明其實(shí)用性，我國(guó)很多建筑工程師和設(shè)計(jì)人員在研發(fā)過程中采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法，針對(duì)冬季和夏季兩個(gè)氣候條件中的氣流和溫度場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析探索，以保證雙層玻璃幕墻在超高層建筑的實(shí)際應(yīng)用中可以發(fā)揮出應(yīng)有的熱工性能[3]。

3 結(jié)論

綜上所述，雙層玻璃幕墻與傳統(tǒng)的普通幕墻相比可以看出，前者的優(yōu)勢(shì)在于可以改善室內(nèi)的舒適度、采光度，并通過合理的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和方法，具有一定的節(jié)能效果。現(xiàn)階段，隨著生活水平的逐漸提高，人們對(duì)高層建筑居住環(huán)境提出了更多的要求和標(biāo)準(zhǔn)。在這樣的背景下，相信在不久的將來雙層玻璃幕墻可以占據(jù)社會(huì)市場(chǎng)的主要位置。