雙層幕墻原理及其特點淺析

1、雙層幕墻原理及其特點淺析摘要：節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展是未來建筑發(fā)展的主題，雙層幕墻作為目前最新先進的環(huán)保型節(jié)能產(chǎn)品，它的出現(xiàn)受到了世界各國的廣泛關(guān)注和高度重視。本文從雙層幕墻原理出發(fā)，對雙層幕墻特點進行了歸納，總結(jié)，并將主要的雙層幕墻類型進行了詳細闡述，以期為今后雙層幕墻設(shè)計，選型提供基本的理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：雙層幕墻，熱通道幕墻，節(jié)能，建筑一前言隨著科學(xué)技術(shù)的進步、經(jīng)濟的發(fā)展，建筑領(lǐng)域的變革日新月異。高層和新型建筑外墻大量采用的幕墻也從最初的明框玻璃幕墻、隱框玻璃幕墻，發(fā)展到目前較為先進的點支幕墻和全玻幕墻等等。目前，中國已經(jīng)或正在制定較為完整的建筑節(jié)能設(shè)計規(guī)范和驗收標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)能建筑將是中國新時

2、代建筑發(fā)展趨勢。我國2001年在北京旺座中心首先采用雙層幕墻，隨后的數(shù)年里雙層幕墻在一些高端建筑不斷運用，可以想見，隨著中國經(jīng)濟實力的不斷加強，雙層幕墻將在中國得到更為廣泛的運用。二雙層幕墻的基本原理雙層幕墻的定義。根據(jù)GB/T21086的定義，雙層幕墻不同于單層結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)單層幕墻，是由外層幕墻、熱通道和內(nèi)層幕墻(或門、窗)構(gòu)成，且在熱通道內(nèi)可以形成空氣有序流動的建筑幕墻。雙層幕墻工作原理：控制通道內(nèi)空氣的流動和交換；控制通道內(nèi)附屬裝置(遮陽裝置等)：冬季保溫；夏季散熱。雙層幕墻的分類：根據(jù)雙層幕墻本身的空氣流，它分為內(nèi)循環(huán)雙層幕墻和外循環(huán)雙層幕墻。第一種幕墻適用于取暖地區(qū)，對設(shè)備有較高的要求

3、；外幕墻密閉，通常采用中空玻璃，明框幕墻的鋁型材應(yīng)采用斷熱鋁型材；內(nèi)幕墻則采用單層玻璃幕墻或單層鋁門窗；為了提高節(jié)能效果，通道內(nèi)設(shè)電動百頁或電動卷簾。第二種與內(nèi)循環(huán)雙層幕墻相反，外循環(huán)雙層幕墻的內(nèi)幕墻是封閉的，采用中空玻璃；外幕墻采用單層玻璃，設(shè)有進風(fēng)口和排風(fēng)口，利用室外新風(fēng)進入，經(jīng)過熱通道帶走熱量，從上部排風(fēng)口排出，減少太陽幅射熱的影響，節(jié)約能源；它無須專用機械設(shè)備，完全靠自然通風(fēng)，維護和運行費用低，是目前應(yīng)用最廣泛的形式；開敞式外通風(fēng)幕墻的風(fēng)口可以開啟和關(guān)閉。外循環(huán)雙層幕墻外循環(huán)雙層幕墻雙層幕墻按其它不同的特征的分類上述分類最后又歸類于內(nèi)循環(huán)雙層幕墻和外循環(huán)雙層幕墻兩大類。雙層幕墻的優(yōu)點。

4、減少建筑物的能源消耗(節(jié)能)；利用通道內(nèi)的空氣流動，可以改善能源利用狀況，比單層幕墻采暖節(jié)能40%-50%，制冷節(jié)能40%-60%。增加建筑物使用者的舒適度即使風(fēng)力狀況不佳的區(qū)域也能實現(xiàn)自然通風(fēng)采光；單層幕墻在風(fēng)力達到四級時，就必須關(guān)閉開啟扇，且下雨時不能進行自然通風(fēng)，受環(huán)境的影響大；雙層幕墻具有雙層結(jié)構(gòu)，外層幕墻及熱通道對風(fēng)雨具有緩沖作用，在刮風(fēng)、下雨等天氣惡劣的條件下，仍可實現(xiàn)自然通風(fēng)；雙層幕墻電動遮陽簾片可方便的調(diào)整角度，通過智能控制或人工調(diào)控調(diào)節(jié)光線的入射方向，光線柔和。根據(jù)用戶的要求擴大自然通風(fēng)的可能性可以避免“高樓綜合癥”。在聲音排放量較大的區(qū)域可以達到更好的隔音效果；采用6mm厚

5、玻璃的單層幕墻，開啟扇關(guān)閉時隔聲量約為30dB，但當(dāng)開啟扇打開時，其隔聲能力很差，隔聲量僅為10dB；采用雙層幕墻，風(fēng)口和開啟扇關(guān)閉時隔聲量可達到60dB，且在開啟外層幕墻風(fēng)口和內(nèi)層幕墻開啟扇時，仍有較高的隔聲能力，其隔聲量可達到30dB。在幕墻空氣間層對天氣狀況起緩和作用的基礎(chǔ)上可以更好地利用日光控制、遮陽、防目眩及隔熱。單層幕墻內(nèi)表面與室內(nèi)空氣溫差約為14度，熱輻射會導(dǎo)致人不舒適；雙層幕墻內(nèi)表面與室內(nèi)空氣溫差僅為4度，滿足熱舒適性指標(biāo)。雙層幕墻的缺點：占用的建筑面積較大，由于建筑面積由外墻皮開始計算，建筑面積要損失2.5%-3.5%；初次投資較大；系統(tǒng)性強，技術(shù)難度高，專業(yè)配合多；清洗維護

6、復(fù)雜。三雙層幕墻的特點分析內(nèi)循環(huán)雙層幕墻結(jié)構(gòu)主要特點：內(nèi)循環(huán)雙層幕墻的起源演變。其結(jié)構(gòu)設(shè)計可采用框架斷熱或單元斷熱形式；一般外層玻璃選用中空鋼化，內(nèi)層玻璃選擇單片鋼化；采用強制措施，電控管道系統(tǒng)，把夏季的白天將雙層封閉熱通道大部分熱空氣排除室外；冬季將溫室效應(yīng)蓄熱通過管道回路系統(tǒng)加熱將傳到室內(nèi)，達到節(jié)能效果；其風(fēng)外層之間的空腔厚度設(shè)計較窄。一般120200mm之內(nèi)(個別的有500mm左右)。需要增設(shè)自然空氣進入室內(nèi)的窗扇通道；便于清洗雙層玻璃之間的灰塵；使用材料較少，因此成本較低；需用電子驅(qū)動抽風(fēng)，節(jié)能率比外循環(huán)結(jié)構(gòu)低。外循環(huán)雙層幕墻結(jié)構(gòu)主要特點：外循環(huán)雙層幕墻的起源演變。其結(jié)構(gòu)設(shè)計可采用外層

7、框架、單元或點式駁接形式，內(nèi)層框架斷熱或單元中空玻璃斷熱形式；一般外層玻璃選用單片或夾層鋼化，內(nèi)層玻璃選擇中空(LOW-E)鋼化；采用自然的“煙囪”效應(yīng)，夏季的白天將溫室的熱空氣排除室外，不同樓層的“煙囪”效應(yīng)不同；其內(nèi)外層之間的空腔厚度設(shè)計較厚，例于內(nèi)外層之間的空腔人員進入清洗工作；不需要增設(shè)專用設(shè)備自然空氣進入窗內(nèi)和屋內(nèi)，外層幕墻設(shè)計有進出風(fēng)口，內(nèi)層幕墻設(shè)計有開啟門或窗，需要注意的是進出口應(yīng)防止沙塵土的進入，通道下部設(shè)置外空氣進入腔體的進風(fēng)口和上部設(shè)置熱空氣交換后的排風(fēng)口。；雙層玻璃之間的灰塵應(yīng)考慮方便清洗；使用材料較多，因此成本較高；不需要電子驅(qū)風(fēng)系統(tǒng)，節(jié)能效果更加。內(nèi)循環(huán)雙層通道玻璃幕

8、墻結(jié)構(gòu)特點。結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)循環(huán)式通道設(shè)計一直為封閉式，它二層玻璃布局正相反，內(nèi)循環(huán)式結(jié)構(gòu)，外層玻璃為中空雙鋼化玻璃，外框為隔熱型材，內(nèi)層為網(wǎng)化單層玻璃，并有內(nèi)開啟扇以例情況。雙層玻璃之間距離一般100-200mm，中間加遮陽裝置。它的換氣方式是，在冬天，由于應(yīng)在通道內(nèi)加熱的空氣，通過熱管水道被抽到室內(nèi)，或開屋內(nèi)開啟扇導(dǎo)入熱風(fēng)，達到節(jié)能目的。在夏天過熱的空氣由排風(fēng)道排到屋外。此時關(guān)閉通往屋內(nèi)的風(fēng)管。內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)可設(shè)計成高尺寸為層高的箱體單元體。通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計：這種內(nèi)循環(huán)箱體單元體結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須考慮到天花板內(nèi)側(cè)，或地板下部空間，分別設(shè)計進屋內(nèi)熱風(fēng)管道系統(tǒng)和向外排熱風(fēng)管道系統(tǒng)。個別也有專門的冬天、春天時設(shè)

9、計的自然空氣向室內(nèi)進行新空氣的交換裝置。遮陽系統(tǒng)設(shè)計：在內(nèi)循環(huán)二層熱通道之間，設(shè)計由上部向下電控升降，并能自動隨陽光斜照不同而隨動變角度的遮陽百葉裝置。一般距外玻璃約80-100mm，應(yīng)考慮內(nèi)層幕墻開啟窗或門的形式而定，避免影響或門的正常開啟的關(guān)閉。外循環(huán)雙層熱通道玻璃幕墻結(jié)構(gòu)特點通道參數(shù)設(shè)計。雙層幕墻之間“通道”高度、“通道”寬度等六個主要方面進行考慮，進出風(fēng)口面積比應(yīng)控制在一定比例之間，溫度與溫差變化、外界風(fēng)矢、進出風(fēng)口壓力受外界自然環(huán)境的影響，“通道”高度與“通道”寬度應(yīng)進行計算，并通過風(fēng)洞試驗后取得合理的數(shù)據(jù)，以便應(yīng)用到設(shè)計，“通道”寬度也要考慮一個正常人能夠進入。構(gòu)造形式可做單元式或

10、主體箱體結(jié)構(gòu)。防塵與清洗設(shè)計。結(jié)構(gòu)的防塵是相對防塵，外循環(huán)式結(jié)構(gòu)在歐洲的地區(qū)應(yīng)用較為廣泛，由于我國北方大部分地區(qū)春秋季節(jié)風(fēng)沙天氣較多，尤其可吸入顆粒物和昆蟲非常嚴重，歐洲和外循環(huán)體系結(jié)構(gòu)的防塵不能完全滿足我國北方地區(qū)要求。可此用外循環(huán)體第結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)充分考慮防塵與清洗形式適合我國實際情況，進出風(fēng)口用電動調(diào)節(jié)百葉裝置，并在通風(fēng)裝置中設(shè)置表面涂“納米”涂料，減少積塵。雙層幕墻之間的過渡網(wǎng)設(shè)計應(yīng)便于室內(nèi)人的更換、清洗。節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計。外循環(huán)體系的內(nèi)層玻璃幕墻玻璃，應(yīng)采用“6+12A+6”mm厚中空LOW-E玻璃，外層幕墻盡可能的采用夾膠鋼化，內(nèi)層幕墻采用熱斷橋鋁合金結(jié)構(gòu)，外層可采用點式駁接結(jié)構(gòu)或鋁合金

11、結(jié)構(gòu)，若內(nèi)外層幕墻選用透明玻璃，就必須考慮冬季與夏季，白天與夜間的氣候、溫度不同，而對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生的影響。外層玻璃先用夾膠透明鋼化，玻璃即使破損也不會附落，避免對樓底行人造成傷害，選取擇透明玻璃可使陽光充分進入雙層幕墻之間“通道”，形成溫室效應(yīng)。夏季考慮方式：由于白天陽光照射，使雙層幕墻之間通道空氣溫度升高，內(nèi)層幕墻若采用中空低輻射，玻璃太陽能可反向到雙層幕墻“通道”之間，通過“煙囪”效應(yīng)使氣流上升并通過上端出風(fēng)口排到室外，從而減少室內(nèi)與室外的溫度交換，使幕墻達到節(jié)能要求，降低夏季制冷空調(diào)的負荷。準(zhǔn)備間沒有陽光照射，內(nèi)層窗玻璃采用中空低輻射，使幕墻達到節(jié)能要求。遮陽設(shè)計。以雙層幕墻之間安裝電動或手動操作的遮陽裝置，遮陽百頁可調(diào)節(jié)角度，使陽光進入室內(nèi)得到合理控制。雙層幕墻氣流和熱工分析。采用ANSYS公司的流動和傳熱分析軟件FLUENT進行仿真分析，雙層幕墻流場，溫度場大致如下圖所示：四結(jié)束語雙層幕墻