不同玻璃结构类型的幕墙优缺点分析

摘要：单层玻璃立面结构目前已经不再是最好的构造。现在的立面技术已得到大大改善，完全可以克服普通幕墙系统U值不能满足2.0或更高而引起的能量损失。能源危机和气候变化引起了全球性重视，减低建筑能耗和建筑可持续性研究蓬勃发展。了解幕墙性能对于建筑师设计节能建筑有一定帮助。

关键词：幕墙节能性 单层玻璃幕墙 双层玻璃幕墙 优缺点

中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：

20 世纪以来，玻璃幕墙在办公建筑当中的风靡程度至今未减。简洁通透的外观效果是时代技术进步与美流的象征，因而吸引了众多建筑师以此来表达自己对现代建筑设计的理解和追求，透明开放不失华丽的立面特征也吸引诸多业主和开发商以此来展示企业雄厚的实力、提高商业建筑出租利润。然而，无这样系统的玻璃幕墙会造成夏季室内过热，而冬季热损失过大的结果，尤其对于窗墙比较大的建筑类型。因而很少有全玻璃幕墙建筑，特别是高层建筑采用外遮阳。

而双层玻璃幕墙作为改变这种现状的一种探索，其概念雏形在二十世纪 20 年代就产生了，即：遮阳帘置于两层玻璃幕墙之间的通道中，以通风排走遮阳帘吸收并释放到通道中的热量，既保持了建筑平整、通透的外观，也大大提高了遮阳效果。不过现代意义上的双层玻璃幕墙在 1978 年才有了第一次实践，即位于美国纽约州的西方化学中心（也称胡克化学楼）。

能源危机和气候变化引起了全球性重视，建筑节能和建筑可持续性研究蓬勃发展；另外一方面，计算机硬件和软件的不断进步，为研究双层幕墙当中复杂的传热和空气流动提供了新依据，并且除了前述立面效果、隔热方面的考虑之外，为处于噪声污染严重地段的建筑提供安静的室内环境、使高层建筑实现自然通风也是常见的重要原因。这对在目前市场经济条件下发展双层玻璃幕墙来说也许是一条比较合适的道路。因为，通透的建筑外观和设计新理念，以及真正节省建筑运行费用都是投资者的利益所在，但只有在建筑师和工程师的高水平引导和协调下才会对整个建筑节能的健康发展有利。否则，走向三个极端几乎是必然的，即：纯粹流于可持续性的概念炒作，或者建筑运行节能但外观不利于商业出租，或者不能说服客户接受较高的额外成本或较长的回收期。

下面就不同玻璃结构类型的幕墙优缺点进行分析。

1.单层立面，双层中空玻璃（DGU）和内部遮阳

双层中空玻璃（DGU）在极冷和极热的情况下，会传送大量的能量，冬天由内向外，夏天由外向内。 因此供暖和冷却成本都很高。内层玻璃表面冬冷夏热，影响靠近内层玻璃的工作空间的舒适度。

内部遮阳百叶加剧了夏天的热效应。这些百叶吸收太阳能并将其转化为热能辐射到室内，因此室内需设空调制冷系统。

外层玻璃表面还需要涂上防阳光保护涂层，从而将热荷载降低到一个可接受的水平。但同时，这一涂层会减少自然光的进入，从而增加人工照明的费用。

在城区，单层立面结构的隔音效果差，同样影响办公环境的舒适程度。

单层玻璃立面唯一的优点是较低的投资成本。但是能源价格逐年攀升，供暖、冷却和人工照明的费用会跟着水涨船高。如果采用这样的立面结构，建筑无法成为可持续发展的节能型建筑典范。

2. 双层立面，包括双层中空玻璃（DGU）、外部遮阳、外玻璃层和自然通风

双层立面结构可以解决内部遮阳、阳光保护涂层和隔音等问题。

与单层立面结构相比，双层立面在夏天的性能表现更好。它可降低制冷和人工照明的费用。由于其U-值更好，玻璃表面附近的情况与单层立面相比要稍好一些。

一个缺点是两层玻璃层间至少要达到一定深度才能实现外玻璃层与双层中空玻璃层间的自然通风。这将减少建筑面积内的可使用面积。

双层立面之间的空隙暴露在灰尘和其它污染物之中，因此自然通风会导致清洁费和维护费较高。

3. 双层立面，包括双层中空玻璃（DGU）、外部遮阳、外玻璃层和机械通风

这种双层立面结构结合了前述系统的所有优点，再加上双层立面之间的空隙得到保护，并采用机械通风，避免了污染。

由于其U-值更好，玻璃表面附近的情况与单层立面结构和自然通风的双层立面结构相比，要稍微好些。

本结构的构造深度也得以减小，因为机械通风不需要前面提到的外玻璃层与双层中空玻璃层间那么大的间距。建筑面积内的可使用面积的损失相对较小。

与单层立面相比，造价增加25%。

4. 双层立面，包括双层中空玻璃（DGU）、内部遮阳、内玻璃层和机械通风

对于全玻璃立面建筑而言，这种双层立面结构应该是最好的立面解决方案。

除了具有上述立面的所有性能品质之外， 这种立面结构的U-值和隔音性能也是最好的。

这种结构主要的过人之处在于：它能在最内层的靠近玻璃表面处创造出宜人的环境。它可利用在建筑内部已处理过的废气，通过机械通风，在夏季冷却内玻璃层，而在冬季对内玻璃层加温。双层中空玻璃（DGU）至于外侧，可避免能量损失。

与单层立面相比，造价增加25%。

影响双层玻璃幕墙性能的主要因素

影响双层玻璃幕墙热性能的因素很多，有环境因素（如气候条件），所属建筑因素（如立面朝向、建筑平面），幕墙的构造因素（如幕墙类型、通道宽度、进出风口的位置和尺寸、内外层幕墙的材料以及遮阳的形式、材料和位置等）。

正确、有效的建筑及幕墙系统自动控制方案设计和实施是实现双层玻璃幕墙节能设计的重要保证，通常却没有得到充分重视。尽可能简单而有效的控制操作算法和相应建筑中各参数的测量方法都是值得研究的领域。此外，双层玻璃幕墙建筑中使用者的因素也不应该被忽略，对他们使用建筑的习惯、如何提高他们正确使用双层玻璃幕墙建筑的水平和双层玻璃幕墙对他们的工作效率的影响都是

有意义的研究方向。

参考文献：

[1] 刘晶晶. 双层玻璃幕墙的节能设计研究. 清华大学，2006,05