雙層幕墻節能技術的研究★

薛 勇 郝永池 李雪軍

(河北工業職業技術學院，河北石家莊 050091)

雙層幕墻(也叫雙通道幕墻或呼吸式幕墻)是一種節能環保型幕墻，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)、遮陽系統以及內層幕墻(或門、窗)等組成，且在空氣交換通道內能夠形成空氣有序流動的建筑幕墻。

呼吸式雙層幕墻其設計理念與設計思想主要是體現“自然、節能與環保”，使室內工作環境與室外自然環境融為一體。雙層幕墻經過了四個演變過程，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GB/T 21086的定義，雙層幕墻是由外層幕墻、熱通道和內層幕墻(或門、窗)構成，且在熱通道內可以形成空氣有序流動的建筑幕墻。雙層幕墻是雙層結構的新型幕墻，外層結構一般采用玻璃幕墻，內層結構可采用玻璃幕墻、鋁合金門或鋁合金窗。內外結構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

雙層幕墻由內外兩層玻璃幕墻組成，與傳統幕墻相比，雙層幕墻的內外兩層幕墻之間形成一個通風換氣層，因而它在節能方面比傳統的幕墻節能達50%，采暖時節約能源42%～52%，制冷時節約能源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，有效地減少空調的使用，達到節能效果。雙層幕墻根據通風層的結構不同可分為“封閉式內通風”和“敞開式外通風”兩種。內通風與外通風雙層幕墻作用原理如圖1所示。

圖1 內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 高效節能

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

表1 雙層幕墻節能效果對比

3．2 環境舒適

與單層幕墻和普通節能幕墻相比，雙層幕墻能創設良好的熱環境和通風環境，提供舒適的辦公環境，如圖2所示。

圖2 單層幕墻辦公環境和智能型呼吸式幕墻辦公環境

3．3 采光合理

進入室內的光線角度和強弱，直接影響到您的舒適感。雙層玻璃幕墻可以根據您的需要，只要您輕輕一按開關，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，盡情享受光線的變化，大大改善室內光環境。

3．4 隔聲降噪

雙層幕墻特制的內外雙層構造、緩沖區和內層全密封方式，使其隔聲性能比傳統幕墻高1倍以上(內層玻璃幕墻開窗時45 dB，關窗時67 dB)，為營造舒適、寧靜的生活環境必不可少。

3．5 安全性能

雙層幕墻下雨時可通風，雨不會進入室內，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。雙層幕墻從經濟方面來看，單位面積成本較高，首期投資較大，比傳統幕墻高出近一倍，這是廣大建筑師和業主較為關心的問題，但從長遠利益來看，其節能所產生的效益將更加明顯。從技術方面來看，主要是空氣通道內的防火問題，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產品，其良好的環保、節能性能，以及新穎的構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 內循環體系的工作原理

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

4．2 外循環體系的工作原理

開敞式外循環通風幕墻的內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，節約能源。它無須專用機械設備，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層幕墻通風窗的設計，達到由通風層向室內輸送新鮮空氣的目的，從而優化建筑內部的空氣質量。

5 雙層幕墻節能技術

5．1 雙層幕墻的熱適應性

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。經測試，南向實驗室內溫差有6℃～7℃，北向實驗室內溫差也有4℃～5℃，而西向實驗竟達17℃之多。雙層皮空腔間層若是處于空氣流動的可控制狀態，室內外熱量在此空間內流動、交換，實現室外氣候和室內小環境的過濾器和緩沖層作用。不難理解，在高溫的夏季，持續烘烤的西向比其他方向更能體現這種過濾緩沖效應帶來的差異。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熱環境的關鍵因素。而其中遮陽的位置是雙層幕墻的設計重點之一，不同的位置將對其功效產生不同影響。以雙層幕墻之間安裝電動或手動操作的遮陽裝置，遮陽百葉可調節角度，使陽光進入室內得到合理控制，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，也應考慮內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的通風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熱環境的基本因素。雙層幕墻換氣層是關鍵，其進出風口的設置、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揮。在進行外循環體系通風系統設計時，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的“目數”應通過計算選用不同目數的過濾網，而解決由于樓層高度變化產生不同“煙筒”效應，出風口可采用“魚嘴”式結構，注意不要將濾網目數過大，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，反而急劇增加了制冷的負荷，這對于夏季炎熱地區是致命的缺點。所以，在夏季保證雙層幕墻空腔間層良好的通風條件，是發揮雙層幕墻優越性的關鍵所在。

5．4 雙層幕墻的節能效果

雙層幕墻在夏季具有良好的節能效應。在有通風條件下，雙層間有遮陽的雙層皮和內遮陽的單層皮的能耗比較實驗當中，雙層皮室內溫度在空調設定的工作溫度27℃上下波動，空調正常間歇時間為30 min～45 min。然而，單層皮室內溫度從上午9:30～下午17:00一直在空調工作溫度以上，并于中午13:30出現峰值32℃，空調持續工作。單層皮其他時段內空調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能14%。即便單層幕墻采取外遮陽的情況下，雙層幕墻也要節能6．1%。

6 結語

玻璃幕墻是建筑工業化的產物，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。而有效的節約能源是一個現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能的一個體現。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能效果。雖然，在中國廣泛應用這一新技術的我們任重而道遠，但我們堅信，作為建筑幕墻的“綠色”產品離我們不遠了。

［1］ Kuchen，E．，Fisch M．N．．Spot monitoring:thermal comfort evaluation in 25 office buildings in winter［J］．Building and Environment，2009，44(4):839-847．

［2］ ISO Standard 7730．Moderate thermal environments-determination of the PMV and PPD indices and the conditions for thermal comfort［S］．DIN，2006．

［3］ 宋曄皓．利用熱壓促進自然通風:以張家港生態農宅通風計算分析為例［J］．建筑學報，2000，388(12):12-14．

［4］ 李保峰．夏熱冬冷地區適應氣候變化的建筑表皮實驗研究［D］．北京:清華大學博士論文，2004．