双层幕墙原理及其特点浅析

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　　摘要：节能、环保、可持续发展是未来建筑发展的主题，双层幕墙作为目前最新先进的环保型节能产品，它的出现受到了世界各国的广泛关注和高度重视。本文从双层幕墙原理出发，对双层幕墙特点进行了归纳，总结，并将主要的双层幕墙类型进行了详细阐述，以期为今后双层幕墙设计，选型提供基本的理论依据。
　　关键词：双层幕墙，热通道幕墙，节能，建筑
　　一前言
　　随着科学技术的进步、经济的发展，建筑领域的变革日新月异。高层和新型建筑外墙大量采用的幕墙也从最初的明框玻璃幕墙、隐框玻璃幕墙，发展到目前较为先进的点支幕墙和全玻幕墙等等。目前，中国已经或正在制定较为完整的建筑节能设计规范和验收标准，节能建筑将是中国新时代建筑发展趋势。我国2001年在北京旺座中心首先采用双层幕墙，随后的数年里双层幕墙在一些高端建筑不断运用，可以想见，随着中国经济实力的不断加强，双层幕墙将在中国得到更为广泛的运用。
　　二双层幕墙的基本原理
　　⑴双层幕墙的定义。根据GB/T21086的定义，双层幕墙不同于单层结构的传统单层幕墙，是由外层幕墙、热通道和内层幕墙(或门、窗)构成，且在热通道内可以形成空气有序流动的建筑幕墙。
　　⑵双层幕墙工作原理：控制通道内空气的流动和交换；控制通道内附属装置(遮阳装置等)：①冬季保温；②夏季散热。
　　⑶双层幕墙的分类：根据双层幕墙本身的空气流，它分为内循环双层幕墙和外循环双层幕墙。第一种幕墙适用于取暖地区，对设备有较高的要求；外幕墙密闭，通常采用中空玻璃，明框幕墙的铝型材应采用断热铝型材；内幕墙则采用单层玻璃幕墙或单层铝门窗；为了提高节能效果，通道内设电动百页或电动卷帘。第二种与内循环双层幕墙相反，外循环双层幕墙的内幕墙是封闭的，采用中空玻璃；外幕墙采用单层玻璃，设有进风口和排风口，利用室外新风进入，经过热通道带走热量，从上部排风口排出，减少太阳幅射热的影响，节约能源；它无须专用机械设备，完全靠自然通风，维护和运行费用低，是目前应用最广泛的形式；开敞式外通风幕墙的风口可以开启和关闭。

　　外循环双层幕墙外循环双层幕墙
　　
　　⑷双层幕墙按其它不同的特征的分类
　

　　上述分类最后又归类于内循环双层幕墙和外循环双层幕墙两大类。
　　⑸双层幕墙的优点。减少建筑物的能源消耗(节能)；利用通道内的空气流动，可以改善能源利用状况，比单层幕墙采暖节能40%-50%，制冷节能40%-60%。增加建筑物使用者的舒适度①即使风力状况不佳的区域也能实现自然通风采光；单层幕墙在风力达到四级时，就必须关闭开启扇，且下雨时不能进行自然通风，受环境的影响大；双层幕墙具有双层结构，外层幕墙及热通道对风雨具有缓冲作用，在刮风、下雨等天气恶劣的条件下，仍可实现自然通风；双层幕墙电动遮阳帘片可方便的调整角度，通过智能控制或人工调控调节光线的入射方向，光线柔和。②根据用户的要求扩大自然通风的可能性可以避免“高楼综合症”。③在声音排放量较大的区域可以达到更好的隔音效果；
　　采用6mm厚玻璃的单层幕墙，开启扇关闭时隔声量约为30dB，但当开启扇打开时，其隔声能力很差，隔声量仅为10dB；采用双层幕墙，风口和开启扇关闭时隔声量可达到60dB，且在开启外层幕墙风口和内层幕墙开启扇时，仍有较高的隔声能力，其隔声量可达到30dB。
　　④在幕墙空气间层对天气状况起缓和作用的基础上可以更好地利用日光控制、遮阳、防目眩及隔热。单层幕墙内表面与室内空气温差约为14度，热辐射会导致人不舒适；双层幕墙内表面与室内空气温差仅为4度，满足热舒适性指标。
　　⑹双层幕墙的缺点：占用的建筑面积较大，由于建筑面积由外墙皮开始计算，建筑面积要损失2.5%-3.5%；初次投资较大；系统性强，技术难度高，专业配合多；清洗维护复杂。
　　三双层幕墙的特点分析
　　⑴内循环双层幕墙结构主要特点：
　　
　　内循环双层幕墙的起源演变。①其结构设计可采用框架断热或单元断热形式；②一般外层玻璃选用中空钢化，内层玻璃选择单片钢化；③采用强制措施，电控管道系统，把夏季的白天将双层封闭热通道大部分热空气排除室外；冬季将温室效应蓄热通过管道回路系统加热将传到室内，达到节能效果；其风外层之间的空腔厚度设计较窄。一般120~200mm之内(个别的有500mm左右)。④需要增设自然空气进入室内的窗扇通道；⑤便于清洗双层玻璃之间的灰尘；⑥使用材料较少，因此成本较低；⑦需用电子驱动抽风，节能率比外循环结构低。
　　⑵外循环双层幕墙结构主要特点：
　　
　　外循环双层幕墙的起源演变。①其结构设计可采用外层框架、单元或点式驳接形式，内层框架断热或单元中空玻璃断热形式；②一般外层玻璃选用单片或夹层钢化，内层玻璃选择中空(LOW-E)钢化；③采用自然的“烟囱”效应，夏季的白天将温室的热空气排除室外，不同楼层的“烟囱”效应不同；④其内外层之间的空腔厚度设计较厚，例于内外层之间的空腔人员进入清洗工作；⑤不需要增设专用设备自然空气进入窗内和屋内，外层幕墙设计有进出风口，内层幕墙设计有开启门或窗，需要注意的是进出口应防止沙尘土的进入，通道下部设置外空气进入腔体的进风口和上部设置热空气交换后的排风口。；⑥双层玻璃之间的灰尘应考虑方便清洗；⑦使用材料较多，因此成本较高；⑧不需要电子驱风系统，节能效果更加。
　　⑶内循环双层通道玻璃幕墙结构特点。①结构设计内循环式通道设计一直为封闭式，它二层玻璃布局正相反，内循环式结构，外层玻璃为中空双钢化玻璃，外框为隔热型材，内层为网化单层玻璃，并有内开启扇以例情况。双层玻璃之间距离一般100-200mm，中间加遮阳装置。它的换气方式是，在冬天，由于应在通道内加热的空气，通过热管水道被抽到室内，或开屋内开启扇导入热风，达到节能目的。在夏天过热的空气由排风道排到屋外。此时关闭通往屋内的风管。内循环系统可设计成高尺寸为层高的箱体单元体。②通风系统设计：这种内循环箱体单元体结构设计时，必须考虑到天花板内侧，或地板下部空间，分别设计进屋内热风管道系统和向外排热风管道系统。个别也有专门的冬天、春天时设计的自然空气向室内进行新空气的交换装置。③遮阳系统设计：在内循环二层热通道之间，设计由上部向下电控升降，并能自动随阳光斜照不同而随动变角度的遮阳百叶装置。一般距外玻璃约80-100mm，应考虑内层幕墙开启窗或门的形式而定，避免影响或门的正常开启的关闭。[!--empirenews.page--]
　　⑷外循环双层热通道玻璃幕墙结构特点①通道参数设计。双层幕墙之间“通道”高度、““通道”宽度等六个主要方面进行考虑，进出风口面积比应控制在一定比例之间，温度与温差变化、外界风矢、进出风口压力受外界自然环境的影响，“通道”高度与“通道”宽度应进行计算，并通过风洞试验后取得合理的数据，以便应用到设计，“通道”宽度也要考虑一个正常人能够进入。构造形式可做单元式或主体箱体结构。②防尘与清洗设计。结构的防尘是相对防尘，外循环式结构在欧洲的地区应用较为广泛，由于我国北方大部分地区春秋季节风沙天气较多，尤其可吸入颗粒物和昆虫非常严重，欧洲和外循环体系结构的防尘不能完全满足我国北方地区要求。可此用外循环体第结构设计时应充分考虑防尘与清洗形式适合我国实际情况，进出风口用电动调节百叶装置，并在通风装置中设置表面涂“纳米”涂料，减少积尘。双层幕墙之间的过渡网设计应便于室内人的更换、清洗。③节能结构设计。外循环体系的内层玻璃幕墙玻璃，应采用“6+12A+6”mm厚中空LOW-E玻璃，外层幕墙尽可能的采用夹胶钢化，内层幕墙采用热断桥铝合金结构，外层可采用点式驳接结构或铝合金结构，若内外层幕墙选用透明玻璃，就必须考虑冬季与夏季，白天与夜间的气候、温度不同，而对结构设计产生的影响。外层玻璃先用夹胶透明钢化，玻璃即使破损也不会附落，避免对楼底行人造成伤害，选取择透明玻璃可使阳光充分进入双层幕墙之间“通道”，形成温室效应。
　　夏季考虑方式：由于白天阳光照射，使双层幕墙之间通道空气温度升高，内层幕墙若采用中空低辐射，玻璃太阳能可反向到双层幕墙“通道”之间，通过“烟囱”效应使气流上升并通过上端出风口排到室外，从而减少室内与室外的温度交换，使幕墙达到节能要求，降低夏季制冷空调的负荷。准备间没有阳光照射，内层窗玻璃采用中空低辐射，使幕墙达到节能要求。④遮阳设计。以双层幕墙之间安装电动或手动操作的遮阳装置，遮阳百页可调节角度，使阳光进入室内得到合理控制。
　　⑤双层幕墙气流和热工分析。采用ANSYS公司的流动和传热分析软件FLUENT进行仿真分析，双层幕墙流场，温度场大致如下图所示：

　　四结束语
　　双层幕墙的应用具有良好的节能性、环保性，目前双层幕墙技术还不够完善，在中国工程实例较少，无论在理论还是实践中还需要专家、建筑专业人员等共同努力探索，随着人们对环境的日愈重视，双层幕墙必将成为我国今后幕墙发展的重要方向。
　　【参考文献】
　　[1]龙文志．论双层幕墙的节能和计算，2005，8
　　[2]金惠兴陆善后范宏武，呼吸式双层玻璃幕墙建筑节能技术及能耗分析[J]上海建设科技，2007，S1