双层幕墙节能技术的研究★

薛 勇 郝永池 李雪军

(河北工业职业技术学院，河北石家庄 050091)

双层幕墙(也叫双通道幕墙或呼吸式幕墙)是一种节能环保型幕墙，主要是由外层幕墙、空气交换通道(俗称热通道)、进风装置、出风装置(承重隔栅)、遮阳系统以及内层幕墙(或门、窗)等组成，且在空气交换通道内能够形成空气有序流动的建筑幕墙。

呼吸式双层幕墙其设计理念与设计思想主要是体现“自然、节能与环保”，使室内工作环境与室外自然环境融为一体。双层幕墙经过了四个演变过程，即整体式双层幕墙、通道式双层幕墙、廊道式双层幕墙、箱体式双层幕墙。

1 双层幕墙的概念

根据GB/T 21086的定义，双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。双层幕墙是双层结构的新型幕墙，外层结构一般采用玻璃幕墙，内层结构可采用玻璃幕墙、铝合金门或铝合金窗。内外结构之间分离出一个中间层，形成一种通道，空气可以从下部进风口进入通道，也可以从上部出风口排出通道，空气在通道流动，导致热能在通道的流动和传递，这个中间层称为热通道，所以双层幕墙又称为热通道幕墙。

2 双层幕墙的类型

双层幕墙由内外两层玻璃幕墙组成，与传统幕墙相比，双层幕墙的内外两层幕墙之间形成一个通风换气层，因而它在节能方面比传统的幕墙节能达50%，采暖时节约能源42%～52%，制冷时节约能源38%～60%，保温性能达国际Ⅱ级，具有冬季保温和夏季隔热的双重功能，有效地减少空调的使用，达到节能效果。双层幕墙根据通风层的结构不同可分为“封闭式内通风”和“敞开式外通风”两种。内通风与外通风双层幕墙作用原理如图1所示。

图1 内通风与外通风双层幕墙作用原理

3 双层玻璃幕墙的特点

3．1 高效节能

与基准幕墙和普通节能幕墙相比，双层幕墙是节能效果最理性的高效节能幕墙，经实践证明北京地区其节能效果见表1。

表1 双层幕墙节能效果对比

3．2 环境舒适

与单层幕墙和普通节能幕墙相比，双层幕墙能创设良好的热环境和通风环境，提供舒适的办公环境，如图2所示。

图2 单层幕墙办公环境和智能型呼吸式幕墙办公环境

3．3 采光合理

进入室内的光线角度和强弱，直接影响到您的舒适感。双层玻璃幕墙可以根据您的需要，只要您轻轻一按开关，遮阳百叶便可按照您的意愿或收起或任意位置放下或叶片倾斜，让光线均匀进入您的室内，尽情享受光线的变化，大大改善室内光环境。

3．4 隔声降噪

双层幕墙特制的内外双层构造、缓冲区和内层全密封方式，使其隔声性能比传统幕墙高1倍以上(内层玻璃幕墙开窗时45 dB，关窗时67 dB)，为营造舒适、宁静的生活环境必不可少。

3．5 安全性能

双层幕墙下雨时可通风，雨不会进入室内，可保持物品安全，通风时风速柔和，东西不会被风卷走。双层幕墙物品不易坠落，而且两道玻璃幕墙防护有利于防盗。双层幕墙从经济方面来看，单位面积成本较高，首期投资较大，比传统幕墙高出近一倍，这是广大建筑师和业主较为关心的问题，但从长远利益来看，其节能所产生的效益将更加明显。从技术方面来看，主要是空气通道内的防火问题，各种防火的方法及其效果需要通过实践加以检验。双层幕墙作为一项新兴技术产品，其良好的环保、节能性能，以及新颖的构造给建筑外装饰带来更多变化。

4 双层幕墙的工作原理

4．1 内循环体系的工作原理

封闭式内循环通风幕墙的通风系统是由进风系统、空气通道系统、排风口和管道风机系统组成。封闭式内循环通风幕墙采用强制措施，电控管道系统，在夏季时将双层封闭热通道大部分热空气排出室外。冬季将温室效应蓄热通过管道回路系统加热后传到室内，当机械设备工作时，双层幕墙通道内形成负风压，室内的空气便先导入双层幕墙通道，空气在双层幕墙空腔内形成自下而上的空气有序流动，最后通过机械设备排出排风管道，达到节能效果。在通道内设置可调控的百叶窗或垂帘，可有效地调节日照遮阳，为室内创造更加舒适的环境。

4．2 外循环体系的工作原理

开敞式外循环通风幕墙的内外两层幕墙之间形成的通风换气层的两端装有进风和排风装置，利用室外新风进入，经热通道带走热量从上部排风口排出，可减少太阳辐射热的影响，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。进风和排风装置上的风口可以开启和关闭(有手动和自动)。另外，还可以通过对进排风口的控制以及对内层幕墙通风窗的设计，达到由通风层向室内输送新鲜空气的目的，从而优化建筑内部的空气质量。

5 双层幕墙节能技术

5．1 双层幕墙的热适应性

双层皮玻璃幕墙在四个朝向均有较好的热工性能(双层间遮阳的双层幕墙相对于采取内遮阳的单层幕墙)，尤其是西向。但前提条件是保证双层皮玻璃幕墙的空腔间层有较好的通风状况。经测试，南向实验室内温差有6℃～7℃，北向实验室内温差也有4℃～5℃，而西向实验竟达17℃之多。双层皮空腔间层若是处于空气流动的可控制状态，室内外热量在此空间内流动、交换，实现室外气候和室内小环境的过滤器和缓冲层作用。不难理解，在高温的夏季，持续烘烤的西向比其他方向更能体现这种过滤缓冲效应带来的差异。因而，具有合适遮阳位置和通风模式的双层玻璃幕墙比传统的单层玻璃幕墙具有更佳的热工性能。

5．2 双层幕墙的遮阳性能

遮阳状况的有无和好坏是影响双层幕墙室内热环境的关键因素。而其中遮阳的位置是双层幕墙的设计重点之一，不同的位置将对其功效产生不同影响。以双层幕墙之间安装电动或手动操作的遮阳装置，遮阳百叶可调节角度，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150 mm～180 mm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和闭合。

因而，对于双层幕墙而言，除了保证设计正确以外，正确使用也是十分重要的。采用双层间遮阳并配合恰当的通风方式是双层幕墙在夏季不可或缺的条件。

5．3 双层幕墙的通风性能

通风状况的好坏是影响双层幕墙空腔间层和室内热环境的基本因素。双层幕墙换气层是关键，其进出风口的设置、换气层的宽度大小、材料的选用等直接影响到其通风性能的发挥。在进行外循环体系通风系统设计时，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，注意不要将滤网目数过大，防止空气滞阻。

在夏天强烈的阳光辐射下，双层幕墙空腔换气层往往温度较高。若是进出风口的自然通风无法实现，反而急剧增加了制冷的负荷，这对于夏季炎热地区是致命的缺点。所以，在夏季保证双层幕墙空腔间层良好的通风条件，是发挥双层幕墙优越性的关键所在。

5．4 双层幕墙的节能效果

双层幕墙在夏季具有良好的节能效应。在有通风条件下，双层间有遮阳的双层皮和内遮阳的单层皮的能耗比较实验当中，双层皮室内温度在空调设定的工作温度27℃上下波动，空调正常间歇时间为30 min～45 min。然而，单层皮室内温度从上午9:30～下午17:00一直在空调工作温度以上，并于中午13:30出现峰值32℃，空调持续工作。单层皮其他时段内空调的间歇时间也比双层皮要短一些。24 h能耗比较，无论空腔间层有无通风，双层幕墙比单层幕墙都要节能14%。即便单层幕墙采取外遮阳的情况下，双层幕墙也要节能6．1%。

6 结语

玻璃幕墙是建筑工业化的产物，它赋予建筑以轻盈的体型、晶莹剔透的外观和良好的抗震性能，但也带来很多问题，其中之一就是由于传热系数过大和气密性不良而造成的建筑物能源消耗加大。而有效的节约能源是一个现代绿色建筑所必需的。双层玻璃幕墙就是建筑逐步走向绿色节能的一个体现。双层幕墙使幕墙在与建筑深度融合的过程中，不再只是简单的外墙，大大提高了建筑幕墙的节能效果。虽然，在中国广泛应用这一新技术的我们任重而道远，但我们坚信，作为建筑幕墙的“绿色”产品离我们不远了。

［1］ Kuchen，E．，Fisch M．N．．Spot monitoring:thermal comfort evaluation in 25 office buildings in winter［J］．Building and Environment，2009，44(4):839-847．

［2］ ISO Standard 7730．Moderate thermal environments-determination of the PMV and PPD indices and the conditions for thermal comfort［S］．DIN，2006．

［3］ 宋晔皓．利用热压促进自然通风:以张家港生态农宅通风计算分析为例［J］．建筑学报，2000，388(12):12-14．

［4］ 李保峰．夏热冬冷地区适应气候变化的建筑表皮实验研究［D］．北京:清华大学博士论文，2004．