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引言
20世紀70年代，玻璃幕墻隨著現代建筑的發(fā)展在全世界得到普及。近年來隨著世界范圍內環(huán)境、能源問題突顯，人們對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，我國建設部新出臺的公共建筑節(jié)能設計標準中提出，外窗可開啟面積不大于30％，玻璃幕墻最多只能占墻面70％，并鼓勵使用自然風降溫，幕墻也應具有可開啟部分或設通風換氣裝置等，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。參照國外玻璃幕墻建筑發(fā)展的歷程與經驗，我國的玻璃幕墻建筑設計只能也必須向環(huán)保、節(jié)能與智能化發(fā)展。近年來我國雙層玻璃幕墻的應用就是我國建筑逐步走向節(jié)能化、智能化的一個體現。
雙層玻璃幕墻一般被稱為智能型玻璃幕墻系統(tǒng)，嚴格說來是指它主要應用于建筑外墻，可隨天氣變化自動改變自身特性。實際上，在多種雙層玻璃幕墻當中，只有少數裝有感應控制系統(tǒng)并且能夠智能運行。盡管如此，只要經過精心設計，充分利用自然能源和可再生能源，滿足樓內人群在供熱、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、外兩層玻璃幕墻組成，外層幕墻一般采用隱框、明框和點式玻璃幕墻，內層幕墻一般采用明框幕墻或鋁合金門窗。內外幕墻之間形成一個相對封閉的空間通風間層，空氣可以從下部進風口進入，從上部排風口排出，空間內經常處于空氣流動狀態(tài)，熱量在其間流動，形成熱量緩沖層，從而調節(jié)室內溫度。
2 呼吸式雙層幕墻的分類及特點
2.1 封閉式內循環(huán)體系呼吸式幕墻
封閉式內循環(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間層厚度一般為12cm～20cm。通風間層與吊頂部位設置的暖通系統(tǒng)排風管相連，形成自下而上的強制性空氣循環(huán)。室內空氣通過內層玻璃下部的通風口進入通風間層，在夏季的白天將室內熱空氣排出室外; 在冬季將溫室效應蓄積的熱量通過管道回路系統(tǒng)傳到室內，達到節(jié)能效果。通風間層內設置可調控的百頁窗或垂簾，可有效地調節(jié)日照遮陽，
創(chuàng)造更加舒適的室內環(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。內外兩層幕墻形成的通風間層的兩端裝有進風和排風裝置，可根據需要在熱通道內設置可調控的鋁合金百葉窗簾或者電動卷簾，有效地調節(jié)陽光的照射。內外兩層幕墻之間熱通道的距離一般為50cm～60cm。冬季時，關閉通風層兩端的進排風口，換氣層中的空氣在陽光的照射下溫度升高，形成一個溫室，有效地提高了內層玻璃的溫度，減少建筑物的采暖費用。夏季時，打開換氣層的進排風口，在陽光的照射下利用煙囪效應帶走通風間層內的熱量，降低內層玻璃表面的溫度，節(jié)省空調能耗。另外，通過對進排風口的控制以及對內層幕墻結構的設計，達到由通風層向室內輸送新鮮空氣的目的，從而優(yōu)化建筑通風質量。
3 呼吸式雙層幕墻的應用
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開啟的窗扇組成。內外層之間的通風間層在水平方向上沿建筑軸線或以房間為單元進行分隔，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口，室外新鮮空氣從底部開口進入，同時室內廢氣從上方開口排出，獲得自然通風。
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造，包括一組箱式單元和一個與單元以通風口相通的貫通幾層的豎井。由于豎井相對較深，井內上下溫差較大，加速了空氣循環(huán)流動，形成了具有較高通風效率的豎向垂直通風系統(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，外層幕墻開窗較少，有利于隔絕外部噪聲，但由于對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間層形成的外掛式走廊來達到保溫和通風目的。通風間層在豎向上每層都被隔斷，形成外掛式走廊，外層幕墻的進氣口與排氣口位于每層的樓板與天花板部位，由通風調節(jié)蓋板控制通風量。冬季走廊內受到陽光照射而溫度升高的空氣，在對流作用下流動到未受陽光照射的一側，使建筑在各個朝向上溫度比較接近，形成溫度緩沖，達到適宜的溫度。此系統(tǒng)外層玻璃幕墻上下層的進排氣口要錯開設置，以防下層排出的部分空氣通過上層進氣口進入上層通風間層，造成上層空氣質量下降和溫度緩沖效果減弱，另外由于走廊一般連通數個房間，可能會造成相鄰房間的聲音干擾。
3.1.4 多層式雙層玻璃幕墻
多層式的通風間層在水平方向上與數個房間相連，在豎直方向上也覆蓋數個樓層，有時幕墻間的通風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口形成通風。在冬季，外層幕墻通風口關閉，利用通風間層形成的溫室效應保證室內溫度，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，但建筑內部各房間的聲音易通過通風間層進行傳播，造成內部聲音干擾。
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，無明確進風與排風口，難以利用煙窗效應形成自然通風。夏季，外層幕墻完全打開，可作為遮陽裝置，降低內層幕墻所受的太陽輻射冬季，外層幕墻關閉，形成空氣緩沖層，增強建筑的保溫性能?？砷_啟的外層玻璃幕墻減少了內層玻璃幕墻的風壓，有助于阻擋雨水進入內層玻璃幕墻，因此內層玻璃幕墻的窗戶可以始終敞開，有利于自然通風。
3.2 通風間層與材料
呼吸式幕墻的通風間層進出風口的設置、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，主要是利用通風間層的溫室效應來減少室內熱量的散失。內層采用保溫性能好的材料和較寬的通風間層會達到較好的節(jié)能效果。南方溫暖地區(qū)利用呼吸式幕墻換氣層的
煙囪效應來降低內層玻璃表面的溫度，達到節(jié)能目的。另外，采用熱反射玻璃以及寬度較小的通風間層，將會增強煙囪效應的效果，達到最佳的節(jié)能狀態(tài)。
4 智能玻璃幕墻雙層玻璃幕墻的發(fā)展趨勢
智能玻璃幕墻是指幕墻以一種動態(tài)的形式，根據外界氣候環(huán)境的變化，自動調節(jié)幕墻的保溫、遮陽、通風系統(tǒng)，最大限度地降低建筑物的能源消耗，同時最大限度地創(chuàng)造出宜人的室內環(huán)境，其主要通過雙層幕墻的形式得以實現。其內層幕墻通常由中空保溫玻璃構成，外側玻璃通常由單層鋼化玻璃構成。外側玻璃主功能是承受風載，防雨水、風沙、噪聲以及形成兩層玻璃之間一個相對穩(wěn)定的、可以調節(jié)的空氣緩沖層。外側玻璃幕墻上有可調節(jié)的進風口和出風口。兩層玻璃之間的空間里，通常設置遮陽百葉等裝置。
智能幕墻是呼吸式幕墻的延伸，在智能化建筑的基礎上將建筑配套技術( 暖、熱、光、電) 適度控制，通過計算機網絡有效地調節(jié)室內空氣、溫度和光線，從而節(jié)省了建筑使用中能源的消耗，降低了生產和建筑物使用過程中的費用。它包括呼吸式幕墻、通風系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(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。
5 實例分析北京公館項目的幕墻系統(tǒng)
該建筑的幕墻分內外兩層，中空可上人，兩層幕墻中設有特別設計的遮陽系統(tǒng)，上下各有一個通風口。夏季溫度高，兩層幕墻之間形成了一個溫室效應，而兩個通風口之間的高度差自然形成了煙囪效應，較冷的空氣不斷補入，并把熱空氣抽走，這樣就加速了中空層中的空氣流動，從而有效降低了內層幕墻內表面的溫度，達到了降溫效果冬季將進風口和出風口全部關閉，通風間層的溫室作用將會溫暖整個樓宇。由于雙層玻璃幕墻的使用，一方面，可以減少極端環(huán)境對居住者帶來的不適另一方面，由于建筑本體的主動效能，極大減少了能源消耗，節(jié)能環(huán)保給社會帶來的收益就更加高遠。經測算，北京公館項目，整個建筑通過幕墻系統(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 結語
現在建筑的表皮在當前愈來愈受到關注，但一般只是作為設計手法的重要對象，而忽視了建筑表皮是影響室內熱舒適度和建筑能耗的重要因素和關鍵部位。只有在掌握呼吸式雙層玻璃幕墻的運行原理及幕墻各元素之間的復雜關系的基礎上，對建筑與幕墻系統(tǒng)和建筑與環(huán)境之間的關系進行全面的了解，才能設計出高效的雙層玻璃幕墻。雙層可呼吸玻璃幕墻的應用，已經為建筑幕墻節(jié)能技術的發(fā)展翻開了嶄新的一頁。
參考文獻
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