建筑幕墙之双层幕墙的浅析

摘要：随着建筑幕墙行业的发展，各种新型建筑幕墙形式的得到广泛应用，低碳经济、节能环保政策的相继出台，给建筑幕墙的高效节能设计提出了新的课题，而双层幕墙在遮阳、隔音等方面的优点以及在舒适度节能方面的突出效果受到了广大开发商、设计院、幕墙公司的青睐。

关键词：智能幕墙；通风换气；节能；隔音；遮阳

中图分类号： TE08 文献标识码： A

前言

新建筑理念是将生态理念和生态精神贯穿在建筑物的外立面设计中，将各种技术和功能通过建筑手段完美地结合起来。在细致的建筑美学和结构设计之外，赋予了建筑物立面更强的生态功能性。建筑物立面不仅仅起到划分空间的作用，同时也是建筑内外能量交换的媒介，在适应气候、注重能量动态平衡的同时追求内部空间的舒适性。双层幕墙正是在这种是建筑理念下诞生和成长的，也是建筑学界关注了几十年的研究领域。

一 双层幕墙的工作原理及分类

双层幕墙又称热通道幕墙、呼吸式幕墙、 通风式幕墙、节能幕墙等。由内外两层立面构造组成，形成一个室内外之间的空气缓冲层。外层可由明框、隐框或点支式幕墙构成。内层可由明框、隐框幕墙、或具有开启扇和检修通道的门窗组成。也可以在一个独立支承结构的两侧设置玻璃面层，形成空间距离较小的双层立面构造。

1、双层幕墙的工作原理

双层幕墙主要是利用气压差、热压差和烟囱效应使建筑外层有效的适应自然的天气变化，提高幕墙的保温隔热性能，从而使整栋建筑主体达到节能减排的目的。在寒冷季节，可以最大限度的吸收太阳辐射热，通过调节进出风口的大小，可以控制适当的新风换气量，而进入两层玻璃幕墙之间的缓冲空间的空气，已被阳光初步加热，再送入室内时可减少送暖量；夏季炎热时期，位于两层玻璃空间的遮阳设施被放下来，绝大部分太阳辐射能量在这里被挡住，并通过精心组织的自然通风排到建筑之外。由于外层玻璃具有遮风避雨及防盗作用，夜间室外冷空气可以通过开启的内侧窗户冷却建筑。

2、双层幕墙的分类

根据双层幕墙通风形式的不同，可分为：外循环式双层幕墙和内循环式双层幕墙。

外循环式双层幕墙外层幕墙采用单层玻璃，在其下部有进风口， 上部有排风口。内层幕墙采用中空玻璃、隔热型材，且设有可开启的窗或门。它无需专用机械设备，完全靠自然通风将太阳辐射热，经通道上排风口排出室外。从而节约能源和机械运行维修费用。夏季开启上下通风口，进行自然排风降温。冬季关闭上下通风口，利用太阳辐射热经开启的门或窗进入室内，可利用热能和减少室内热能的损失。

内循环式双层幕墙外层幕墙采用中空玻璃、隔热型材形成封闭状态。内层幕墙采用单层玻璃或单层铝合金门窗，成可开启状态。利用机械通风，空气从楼板或地下的风口进入通道，经上部排风口进入顶棚流动。由于进风为室内空气，所以通道内空气温度与室内温度基本相同，因此可节省采暖与制冷的能源，对采暖地区更为有利。由于内通风需要机械设备和光电控制百叶卷帘或遮阳系统，因此有较高的技术要求和费用。

二 双层幕墙的设计要点

1、外循环双层玻璃幕墙结构

(1)结构形式设计

在外循环体系进行通风结构设计时，要考虑楼体楼层不同高度，考虑到抗震

要求和风压影响，进、出风口的沙尘过滤网的“目数”应通过计算选用不同目数的过滤网，而解决由于楼层高度变化产生不同“烟筒”效应，出风口可采用“鱼嘴”式结构，在中国不要将滤网目数过大，防止空气滞阻。

外层幕墙作为建筑物的外表，一方面直接反映的是建筑物的造型，另一方面作为护结构，它还承受风荷载、防雨水等作用，因而其结构在强度与水密性方面应作为重点考虑，内层幕墙由于其主要是与外层结构形成换气层，所以更应该注意其余室内功能的配合，对其密封性能要求可适当降低。

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，欧洲的外循环体系结构在防尘与清洗等方向不能完全满足我国北方地区要求，因而在外循环体系防尘与清洗设计时应充分考虑我国实际情况，另外双层幕墙之间的过滤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＋12＋6mm，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。外层玻璃选用夹胶透明钢化，玻璃即便破损也不会附落，避免对楼底行人造成伤害，选择透明玻璃可使阳光充分进入双层幕墙之间“腔体”，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，太阳能可反射到双层幕墙“腔体”之间，通过“烟筒”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。夜间没有阳光照射，内层窗玻璃采用中空低辐射，使幕墙达到节能要求。通过德国旭格公司技术统计，采用双层幕墙应能够节约能量一般30％～40％左右，由于双层幕墙从材料选用到结构表达式设计的不同选择，双层幕墙节能的数据是不同的，因此， 最终设计的双层幕墙节能数据应通过试验手段获得。

(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，遮阳装置的安装位置非常重要；一般距外层玻璃150mm～180mm为最佳，也应考虑内层幕墙开启窗或门的形式而定，避免影响窗或门的正常开启的关闭。

2、内循环双层热通道玻璃幕墙结构

(1)结构设计

内循环式通道设计一直为封闭式，它两层玻璃布局正相反，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，内层为钢化单层玻璃，并有内开启扇。双层玻璃之间距离一般100mm～200mm，中间加遮阳装置。它的换气方式是，在冬天，通道内加热的空气，通过热管水道被抽到室内，或打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，必须考虑到在天花板内侧，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。个别也有专门在秋天、春天时设计的自然空气向室内进行新空气交换装置。

(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改变角度的遮阳百叶装置。一般距外玻璃约80mm～100mm。

3、双层幕墙的优点及缺点

（一） 优点：

（1）隔声。良好的隔声效果是使用通风双层幕墙最重要的因素之一，特别是在外部噪声大的地区（如交通噪声等）。

（2）隔热。在冬季，减小空气腔内空气流速，增加其温度会降低玻璃表面传热速度，减少热损失，可以提高保温效果；夏季，自然通风、辅助机械通风或机械通风时，可以排出空气腔中的热空气，降低空气腔内空气温度，减少空调负荷。

（3）节能、减少环境影响。与传统的单层幕墙相比，设计合理时额外的一层外套能增加节能的效果。

（4）自然通风。通风双层幕墙一个重要优点就是能够自然通风（或有辅助风机通风）。不同类型的通风双层幕墙可以应用在不同的气候条件、朝向、位置和建筑类型中，以达到随时为室内提供新鲜空气的目的。

（5）热舒适性-内墙温度。因为供暖季通风双层幕墙空气腔内的温度比室外高，与单层幕墙相比，通风双层幕墙内层的温度可以与室内温度接近。另一方面，在设计中很重要的一点是在夏季不能让空气腔内的温度上升过高，应使过热的空气尽快从空气腔中排出，以带走热量。

（6）传热系数和太阳能总透射比都较低。

（7）对遮阳或照明设施的更好保护。因为这些设备布置在通风双层幕墙中间的空气腔内，它们可以不受风雨的影响。

（二）缺点：

（1）建造、维护和运行本高。和传统的幕墙比，建造成本要高很多，另外，维护和运行等各方面的花费也都比单层幕墙要高。

（2）防火。对于建筑防火而言，现在还不是很清楚通风双层幕墙的影响是正面的，还是负面的。但有研究人员提到了火灾时烟气在房间之间蔓延的可能性。

（3）减少建筑室内可利用面积。通风双层幕墙的空气腔的宽度从20cm到几米。因此会减少实际的使用空间，通常空气腔的宽度会影响内部参数和幕墙性能；有时，空气腔宽度越大，越能提高与外层相邻的内层的热舒适性。因此，选择恰当的幕墙宽度很重要，既不过宽（以节省空间），又要能满足各种使用要求。

（4）过热问题。这里主要说的是，若设计不当，在夏季时空气腔内的空气温度会过高，进而会使室内温度升高，增加空调负荷。这是个在设计通风双层幕墙时经常会遇到的问题。

（5）增加结构承重。双层幕墙结构与传统幕墙相比重量会增大，所以结构的承重也会加大。

（6）隔声。如果设计不当，会产生房间、楼层间串声的问题。

总结

双层幕墙的应用具有良好的节能性、环保性，已经在欧洲被仔细研究，并广泛应用。例如：德国对外循环体系的双层结构幕墙的应用较多，意大利和英国对内循环体系的双层结构幕墙的应用较多，法国对双层结构幕墙应用于旧楼改造。但在中国双层幕墙技术还不够完善，工程实例还较少，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

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