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引言
20世紀(jì)70年代，玻璃幕墻隨著現(xiàn)代建筑的發(fā)展在全世界得到普及。近年來隨著世界范圍內(nèi)環(huán)境、能源問題突顯，人們對(duì)于玻璃幕墻由于保溫性差而造成的能源過度消耗等種種弊端更加重視起來。正是基于以上原因，我國(guó)建設(shè)部新出臺(tái)的公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中提出，外窗可開啟面積不大于30％，玻璃幕墻最多只能占?jí)γ?0％，并鼓勵(lì)使用自然風(fēng)降溫，幕墻也應(yīng)具有可開啟部分或設(shè)通風(fēng)換氣裝置等，所有公共建筑的幕墻不能使用普通玻璃，必須使用節(jié)能玻璃。參照國(guó)外玻璃幕墻建筑發(fā)展的歷程與經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)的玻璃幕墻建筑設(shè)計(jì)只能也必須向環(huán)保、節(jié)能與智能化發(fā)展。近年來我國(guó)雙層玻璃幕墻的應(yīng)用就是我國(guó)建筑逐步走向節(jié)能化、智能化的一個(gè)體現(xiàn)。
雙層玻璃幕墻一般被稱為智能型玻璃幕墻系統(tǒng)，嚴(yán)格說來是指它主要應(yīng)用于建筑外墻，可隨天氣變化自動(dòng)改變自身特性。實(shí)際上，在多種雙層玻璃幕墻當(dāng)中，只有少數(shù)裝有感應(yīng)控制系統(tǒng)并且能夠智能運(yùn)行。盡管如此，只要經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，充分利用自然能源和可再生能源，滿足樓內(nèi)人群在供熱、制冷和照明等方面的需求，都可以說這種雙層玻璃幕墻是節(jié)能型、智能型的。
1 呼吸式雙層玻璃幕墻的原理
呼吸式雙層玻璃幕墻由內(nèi)、外兩層玻璃幕墻組成，外層幕墻一般采用隱框、明框和點(diǎn)式玻璃幕墻，內(nèi)層幕墻一般采用明框幕墻或鋁合金門窗。內(nèi)外幕墻之間形成一個(gè)相對(duì)封閉的空間通風(fēng)間層，空氣可以從下部進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，從上部排風(fēng)口排出，空間內(nèi)經(jīng)常處于空氣流動(dòng)狀態(tài)，熱量在其間流動(dòng)，形成熱量緩沖層，從而調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。
2 呼吸式雙層幕墻的分類及特點(diǎn)
2.1 封閉式內(nèi)循環(huán)體系呼吸式幕墻
封閉式內(nèi)循環(huán)體系呼吸式幕墻一般在冬季較為寒冷的地區(qū)使用，外層玻璃幕墻原則上是完全封閉的，一般由斷熱型材與中空鋼化玻璃組成，內(nèi)層一般為單片鋼化玻璃組成的玻璃幕墻或可開啟窗。兩層幕墻之間的通風(fēng)間層厚度一般為12cm～20cm。通風(fēng)間層與吊頂部位設(shè)置的暖通系統(tǒng)排風(fēng)管相連，形成自下而上的強(qiáng)制性空氣循環(huán)。室內(nèi)空氣通過內(nèi)層玻璃下部的通風(fēng)口進(jìn)入通風(fēng)間層，在夏季的白天將室內(nèi)熱空氣排出室外; 在冬季將溫室效應(yīng)蓄積的熱量通過管道回路系統(tǒng)傳到室內(nèi)，達(dá)到節(jié)能效果。通風(fēng)間層內(nèi)設(shè)置可調(diào)控的百頁窗或垂簾，可有效地調(diào)節(jié)日照遮陽，
創(chuàng)造更加舒適的室內(nèi)環(huán)境。
2.2 敞開式外循環(huán)體系呼吸式幕墻
敞開式外循環(huán)體系呼吸式幕墻外層是單層玻璃與非斷熱型材組成的玻璃幕墻，內(nèi)層幕墻是隔熱或斷熱明框幕墻或者隔熱或斷熱單元幕墻。內(nèi)外兩層幕墻形成的通風(fēng)間層的兩端裝有進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)裝置，可根據(jù)需要在熱通道內(nèi)設(shè)置可調(diào)控的鋁合金百葉窗簾或者電動(dòng)卷簾，有效地調(diào)節(jié)陽光的照射。內(nèi)外兩層幕墻之間熱通道的距離一般為50cm～60cm。冬季時(shí)，關(guān)閉通風(fēng)層兩端的進(jìn)排風(fēng)口，換氣層中的空氣在陽光的照射下溫度升高，形成一個(gè)溫室，有效地提高了內(nèi)層玻璃的溫度，減少建筑物的采暖費(fèi)用。夏季時(shí)，打開換氣層的進(jìn)排風(fēng)口，在陽光的照射下利用煙囪效應(yīng)帶走通風(fēng)間層內(nèi)的熱量，降低內(nèi)層玻璃表面的溫度，節(jié)省空調(diào)能耗。另外，通過對(duì)進(jìn)排風(fēng)口的控制以及對(duì)內(nèi)層幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，達(dá)到由通風(fēng)層向室內(nèi)輸送新鮮空氣的目的，從而優(yōu)化建筑通風(fēng)質(zhì)量。
3 呼吸式雙層幕墻的應(yīng)用
下面以敞開式外循環(huán)體系呼吸式幕墻為例，介紹呼吸式幕墻系統(tǒng)的應(yīng)用。
3. 1 敞開式外循環(huán)體系呼吸式玻璃幕墻的分類
3. 1. 1 箱式雙層玻璃幕墻
箱式雙層玻璃幕墻由外層幕墻和向內(nèi)開啟的窗扇組成。內(nèi)外層之間的通風(fēng)間層在水平方向上沿建筑軸線或以房間為單元進(jìn)行分隔，在垂直方向上一般按層劃分，因而可阻止噪聲和廢氣在各房間傳播。每一單元的頂部和底部都開有通風(fēng)口，室外新鮮空氣從底部開口進(jìn)入，同時(shí)室內(nèi)廢氣從上方開口排出，獲得自然通風(fēng)。
3.1.2 井箱式雙層玻璃幕墻
井箱式可視為箱式雙層玻璃幕墻的一種特殊構(gòu)造，包括一組箱式單元和一個(gè)與單元以通風(fēng)口相通的貫通幾層的豎井。由于豎井相對(duì)較深，井內(nèi)上下溫差較大，加速了空氣循環(huán)流動(dòng)，形成了具有較高通風(fēng)效率的豎向垂直通風(fēng)系統(tǒng)，在夏季炎熱地區(qū)尤其適用。由于利用了豎井的煙窗效應(yīng)，外層幕墻開窗較少，有利于隔絕外部噪聲，但由于對(duì)豎井的高度有一定的限制，因此多用于低、多層建筑。
3.1.3 走廊式雙層玻璃幕墻
走廊式雙層玻璃幕墻是利用通風(fēng)間層形成的外掛式走廊來達(dá)到保溫和通風(fēng)目的。通風(fēng)間層在豎向上每層都被隔斷，形成外掛式走廊，外層幕墻的進(jìn)氣口與排氣口位于每層的樓板與天花板部位，由通風(fēng)調(diào)節(jié)蓋板控制通風(fēng)量。冬季走廊內(nèi)受到陽光照射而溫度升高的空氣，在對(duì)流作用下流動(dòng)到未受陽光照射的一側(cè)，使建筑在各個(gè)朝向上溫度比較接近，形成溫度緩沖，達(dá)到適宜的溫度。此系統(tǒng)外層玻璃幕墻上下層的進(jìn)排氣口要錯(cuò)開設(shè)置，以防下層排出的部分空氣通過上層進(jìn)氣口進(jìn)入上層通風(fēng)間層，造成上層空氣質(zhì)量下降和溫度緩沖效果減弱，另外由于走廊一般連通數(shù)個(gè)房間，可能會(huì)造成相鄰房間的聲音干擾。
3.1.4 多層式雙層玻璃幕墻
多層式的通風(fēng)間層在水平方向上與數(shù)個(gè)房間相連，在豎直方向上也覆蓋數(shù)個(gè)樓層，有時(shí)幕墻間的通風(fēng)間層既無水平分隔也無豎向分隔，僅通過外層幕墻在底層和屋頂處的通風(fēng)口形成通風(fēng)。在冬季，外層幕墻通風(fēng)口關(guān)閉，利用通風(fēng)間層形成的溫室效應(yīng)保證室內(nèi)溫度，減少建筑物能量消耗。此系統(tǒng)由于外層玻璃幕墻開口很少，十分適用于外部噪聲較大的環(huán)境，但建筑內(nèi)部各房間的聲音易通過通風(fēng)間層進(jìn)行傳播，造成內(nèi)部聲音干擾。
3.1.5 可開啟式雙層玻璃幕墻
該幕墻的外層玻璃幕墻可以完全開啟，無明確進(jìn)風(fēng)與排風(fēng)口，難以利用煙窗效應(yīng)形成自然通風(fēng)。夏季，外層幕墻完全打開，可作為遮陽裝置，降低內(nèi)層幕墻所受的太陽輻射冬季，外層幕墻關(guān)閉，形成空氣緩沖層，增強(qiáng)建筑的保溫性能?？砷_啟的外層玻璃幕墻減少了內(nèi)層玻璃幕墻的風(fēng)壓，有助于阻擋雨水進(jìn)入內(nèi)層玻璃幕墻，因此內(nèi)層玻璃幕墻的窗戶可以始終敞開，有利于自然通風(fēng)。
3.2 通風(fēng)間層與材料
呼吸式幕墻的通風(fēng)間層進(jìn)出風(fēng)口的設(shè)置、寬度大小、材料的選用等直接影響到幕墻性能的發(fā)揮。一般來說，北方寒冷地區(qū)選用呼吸式幕墻時(shí)，主要是利用通風(fēng)間層的溫室效應(yīng)來減少室內(nèi)熱量的散失。內(nèi)層采用保溫性能好的材料和較寬的通風(fēng)間層會(huì)達(dá)到較好的節(jié)能效果。南方溫暖地區(qū)利用呼吸式幕墻換氣層的
煙囪效應(yīng)來降低內(nèi)層玻璃表面的溫度，達(dá)到節(jié)能目的。另外，采用熱反射玻璃以及寬度較小的通風(fēng)間層，將會(huì)增強(qiáng)煙囪效應(yīng)的效果，達(dá)到最佳的節(jié)能狀態(tài)。
4 智能玻璃幕墻雙層玻璃幕墻的發(fā)展趨勢(shì)
智能玻璃幕墻是指幕墻以一種動(dòng)態(tài)的形式，根據(jù)外界氣候環(huán)境的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)幕墻的保溫、遮陽、通風(fēng)系統(tǒng)，最大限度地降低建筑物的能源消耗，同時(shí)最大限度地創(chuàng)造出宜人的室內(nèi)環(huán)境，其主要通過雙層幕墻的形式得以實(shí)現(xiàn)。其內(nèi)層幕墻通常由中空保溫玻璃構(gòu)成，外側(cè)玻璃通常由單層鋼化玻璃構(gòu)成。外側(cè)玻璃主功能是承受風(fēng)載，防雨水、風(fēng)沙、噪聲以及形成兩層玻璃之間一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的、可以調(diào)節(jié)的空氣緩沖層。外側(cè)玻璃幕墻上有可調(diào)節(jié)的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口。兩層玻璃之間的空間里，通常設(shè)置遮陽百葉等裝置。
智能幕墻是呼吸式幕墻的延伸，在智能化建筑的基礎(chǔ)上將建筑配套技術(shù)( 暖、熱、光、電) 適度控制，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有效地調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣、溫度和光線，從而節(jié)省了建筑使用中能源的消耗，降低了生產(chǎn)和建筑物使用過程中的費(fèi)用。它包括呼吸式幕墻、通風(fēng)系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)等。采用智能幕墻系統(tǒng)的建筑其能耗只相當(dāng)于傳統(tǒng)幕墻的30％，可見智能幕墻將是節(jié)能環(huán)保幕墻發(fā)展的又一新的目標(biāo)。
5 實(shí)例分析北京公館項(xiàng)目的幕墻系統(tǒng)
該建筑的幕墻分內(nèi)外兩層，中空可上人，兩層幕墻中設(shè)有特別設(shè)計(jì)的遮陽系統(tǒng)，上下各有一個(gè)通風(fēng)口。夏季溫度高，兩層幕墻之間形成了一個(gè)溫室效應(yīng)，而兩個(gè)通風(fēng)口之間的高度差自然形成了煙囪效應(yīng)，較冷的空氣不斷補(bǔ)入，并把熱空氣抽走，這樣就加速了中空層中的空氣流動(dòng)，從而有效降低了內(nèi)層幕墻內(nèi)表面的溫度，達(dá)到了降溫效果冬季將進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口全部關(guān)閉，通風(fēng)間層的溫室作用將會(huì)溫暖整個(gè)樓宇。由于雙層玻璃幕墻的使用，一方面，可以減少極端環(huán)境對(duì)居住者帶來的不適另一方面，由于建筑本體的主動(dòng)效能，極大減少了能源消耗，節(jié)能環(huán)保給社會(huì)帶來的收益就更加高遠(yuǎn)。經(jīng)測(cè)算，北京公館項(xiàng)目，整個(gè)建筑通過幕墻系統(tǒng)節(jié)省下來的能源開銷，5年～8年便可收回所有幕墻系統(tǒng)的投入。
6 結(jié)語
現(xiàn)在建筑的表皮在當(dāng)前愈來愈受到關(guān)注，但一般只是作為設(shè)計(jì)手法的重要對(duì)象，而忽視了建筑表皮是影響室內(nèi)熱舒適度和建筑能耗的重要因素和關(guān)鍵部位。只有在掌握呼吸式雙層玻璃幕墻的運(yùn)行原理及幕墻各元素之間的復(fù)雜關(guān)系的基礎(chǔ)上，對(duì)建筑與幕墻系統(tǒng)和建筑與環(huán)境之間的關(guān)系進(jìn)行全面的了解，才能設(shè)計(jì)出高效的雙層玻璃幕墻。雙層可呼吸玻璃幕墻的應(yīng)用，已經(jīng)為建筑幕墻節(jié)能技術(shù)的發(fā)展翻開了嶄新的一頁。
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