双层玻璃幕墙系统的节能设计

双层玻璃幕墙系统的节能设计

班级：建筑10-2班学号：1063110212 姓名：谢鑫

摘要：双层玻璃幕墙(Double-Skin Facade,简称DSF)作为一种较新的幕墙形式,近20年来在欧洲办公建筑中应用较多,并且在一部分实例中成功地提高了建筑能源利用效率,改善了室内热舒适和空气品质。全文将介绍双层玻璃幕墙系统的发展，分类及其运行原理等方面的内容，并分析其与建筑节能设计的关系等。

关键词：双层玻璃幕墙系统幕墙节能设计封闭式内循环体系敞开式外循环体系

1.双层玻璃幕墙系统的发展

很早以前，在寒冷地区人们为了增加建筑的保温性能就开始使用双层窗。随着玻璃和钢铁技术的发展和普及，19—20 世纪初的工业革命时期，以玻璃—钢铁为主要建筑材料的公共建筑开始大量出现，玻璃幕墙技术得到了很大的发展。在人们把双层窗的概念引入到幕墙体系之中后，就产生了双层玻璃幕墙系统。这种双层幕墙在遮阳、隔音等方面的优点以及在舒适节能方面的突出效果，从最大限度上满足了使用者生理与心理上的要求，提高了建筑的舒适度。在 1849 年，当时布鲁塞尔工业博物馆的馆长 Jean-Baptiste Jobard 描述了早期机械通风多层玻璃幕墙。他提到，在冬季，两层玻璃中的热空气循环；而在夏季，应该是冷空气循环”。第一个双层玻璃幕墙的实例是 1903 年，在德国的基恩设计的史蒂夫工厂，该设计优先考虑功能与实用，使用至今。其后，奥托·瓦格纳于 1903 年设计，建造于 1912 年的邮政储备银行在其大厅内也使用了双层的玻璃天窗。柯布西耶分别于 1929 年和1930 年开始设计 City de Refuge 和 Immeuble Clarte。由于当时的技术和造价的原因，这些建筑最终都没有使用双层皮玻璃幕墙。但在设计过程中，柯布西耶对“双层玻璃通风系统”（即呼吸式双层玻璃幕墙）进行了理论上的探讨，对以后的双层玻璃幕墙系统的发展产生了深远的影响。到 70 年代末，石油危机的发生，使人们对建筑的能耗开始重视，作为可以有效节约能源的双层玻璃幕墙得以进一步发展。1978 年，Cannon Design 联合 HOK 设计了霍克办公大楼。这是第一个实现了柯布西耶关于“双层玻璃通风系统”的建筑实践。双层玻璃幕墙间200mm 宽的空气间层中安装了遮阳系统，双层玻璃幕墙按层进行分隔。在夏季，空气被加热后上升排出带走热量；在寒冷季节，双层玻璃幕墙中的空气被太阳光照射变热后起到保温作用。同年，理查德·罗杰斯开始设计位于英国伦敦的劳埃德大厦。该大厦建成于 1986 年，在双层玻璃幕墙底部安装了风扇，使空气从幕墙底部进入，受热上升后在顶部被系统回收，有效地降低了建筑能耗。

著名保险公司劳埃德公司采用了世界级建筑大师理查德·罗杰斯（曾设计巴黎蓬皮杜艺术中心）的设计方案。这的独特风格使劳埃德大厦成为伦敦城区甚至全球最引人注目的建筑，

每年来这里参观的人超20万。

图1.1 劳埃德大厦

2.双层玻璃幕墙系统的组成及运行原理

双层玻璃幕墙由内、外两层玻璃幕墙组成，外层幕墙一般采用隐框、明框或点式玻璃幕墙，内层幕墙一般采用明框幕墙或铝合金门窗。内外幕墙之间形成一个相对封闭的空间——通风间层，空气从外层幕墙下部的进风口进入，从上部的排风口排出，形成热量缓冲层，从而调节室内温度。双层玻璃幕墙系统主要是针对普通玻璃幕墙耗能高、室内空气质量关等问题，用双层体系作围护结构，提供自然通风和采光、增加室内之空间舒适度、降低能耗，从而较好地解决了自然采光和节能之间的矛盾。空气间层以不同种方式分隔而形成一系列温度缓冲空间，由于空气间层的存在，因而双层玻璃幕墙能提供一个保护空间以安置遮阳设施（如活动式百叶、固定式百叶或者其他阳光控制构件）。通过调整通风间层内的遮阳百叶和利用通风间层的自然通风，可以获得比普通建筑的内置百叶更好的遮阳效果，同时可以提供良好的隔声性能和室内通风效果。

3.双层玻璃幕墙系统的分类

双层玻璃幕墙根据通风层的结构的不同可分为“封闭式内循环体系”和“敞开式外循环体系”两种体系。

3.1封闭式内循环双层玻璃幕墙

该幕墙一般在冬季较为寒冷的地区使用，外层玻璃幕墙原则上是完全封闭的，一般由断热型材与中空钢化玻璃组成，内层一般为单片钢化玻璃组成的玻璃幕墙或可开启窗。两层幕墙之间的通风间层厚度一般为 120—200mm。通风间层与吊顶部位的暖通系统排风管相连，形成自下而上的强制性空气循环。室内空气通过内层玻璃下部的通风口进入通风间层，在夏季的白天将室内热空气排出室外；在冬季将温室效应蓄积的热量通过管道回路系统传到室内，达到节能效果。通风间层内设置可调控的百页窗或垂帘，可有效地调节日照遮阳，创造更加舒适的室内环境。

3.2敞开式外循环双层玻璃幕墙

该幕墙即我们常说的呼吸式双层玻璃幕墙，外层是由单层玻璃与非断热型材料组成的玻璃幕墙，内层幕墙是隔热或断热的明框幕墙或单元幕墙。内外两层幕墙形成的通风间层的两端装有进风和排风置，可根据需要在热通道内设置可调控的铝合金百叶窗帘或者电动卷帘，有效地调节阳光的照射。内外两层幕墙之间热通道的距离一般为50—60cm。冬季时，关闭通风层的进排风口，换气层中的空气在阳光的照射下温度升高，形成温室效应，有效地提高了内层玻璃的温度，降低建筑物的采暖能耗。夏季时，打开换气层的风口，利用烟囱效应带走通风间层内的热量，降低内层玻璃表面的温度，节省了空调能耗。另外，通过对进排风口的控制以及对内层幕墙结构的设计，达到由通风层向室内输送新鲜空气的目的，从而优化建筑通风质量。可见“敞开式外循环体系”不仅具有“封闭式内循环体系”在遮阳、隔音等方面的优点，在舒适节能方面更为突出，提供了自然通风的可能，最大限度满足了使用者生理与心理上的要求。

图3.2.1 封闭式内循环玻璃幕墙图3.2.2 敞开式外循环玻璃幕墙

3.2.1呼吸式双层玻璃幕墙系统的应用

根据构造形式以及通风方式的不同，呼吸式双层玻璃幕墙一般采用以下几种类型：

1.箱式双层玻璃幕墙

箱式双层玻璃幕墙由外层幕墙和向内开启的窗扇组成。内外层之间的通风间层在水平向上沿建筑轴以房间为单元进行分隔，在垂直方向上一般按层划分，因而可阻止噪声和废气在各房间传播。每一单元的顶部和底部都开有通风口，室外新鲜空气从底部开口进入，同时室内废气从上方开口排出，获得自然通风。

图3.2.3 箱式双层玻璃幕墙

2.井箱式双层玻璃幕墙

井箱式双层幕墙是由箱式双层结构演变而来的，可视为箱式双层玻璃幕墙的一种特殊构造，包括一组箱式单元和一个与单元以通风口相通的贯通几层的竖井，在玻璃空腔之间形成纵横交错的网状通道。由于竖井相对较深，井内上下温差较大，加速了空气循环流动，形成了具有较高通风效率的竖向垂直通风系统，在夏季炎热地区尤其适用。由于利用了竖井的烟窗效应，外层幕墙开窗较少，有利于与隔绝外部噪声。在实际使用中，井箱式双层幕墙的高度是有限制的。这是因为，虽然“烟囱效应”增加了空腔内的空气流动，同时也使得上部建筑幕墙夹层内部的空气温度过高，影响了这部分建筑的使用，因此多用于低、多层建筑。此外，想使得每个单元具有同等的通风冷却效果，各单元之间的通风口大小尺寸需要仔细设计。

3.走廊式双层玻璃幕墙

走廊式双层玻璃幕墙是利用通风间层形成的外挂式走廊来达到保温和通风目的。通风间层在竖向上每层都被隔断，间层的间距较宽，600-1500mm 不等，形成外挂式走廊，外层幕墙的进气口与排气口位于每层的楼板与天花板部位，由通风调节板控制通风量。冬季走廊内受到阳光照射而温度升高的空气，在对流作用下流动到未受阳光照射的一侧，使建筑在各个朝向上温度比较接近，形成温度缓冲，达到适宜的温度。此系统外层玻璃幕墙在每层楼的楼板和天花板高度分别设有进、出风调节板，上下层的进排气口错开设置，以防下层排出的部分空气通过上层进气口进入上层通风间层，造成上层空气质量下降和温度缓冲效果减弱。另外，由于该结构的双层皮幕墙并没有水平分隔，许多房间将通过双层皮夹层空腔连接在一起，在设计时需要考虑各房间之间的声音干扰和防火分区的问题。

图3.2.4走廊式双层玻璃幕墙

4.多层式双层玻璃幕墙

多层式双层玻璃幕墙的通风间层在水平方向上与数个房间相连，在竖直方向上也覆盖数个楼层，有时幕墙间的通风间层既无水平分隔也无竖向分隔，仅通过外层幕墙在底层和屋顶处的通风口形成通风。在冬季，外层幕墙通风口关闭，利用通风间层形成的温室效应保证室内温度，减少建筑物能量消耗；在夏季打开通风口，利用烟窗效应形成自然通风。此系统由于外层玻璃幕墙开口很少，十分适用于外部噪声较大的环境。但建筑内部各房间的声音易通

过通风间层进行传播，造成内部声音干扰。

图3.2.5 多层式双层玻璃幕墙

5.可开启式双层玻璃幕墙

该幕墙的外层玻璃幕墙可以完全开启，无明确进风与排风口,难以利用烟窗效应形成自然通风。夏季，外层幕墙完全打开，可作为遮阳装置，降低内层幕墙所受的太阳辐射；冬季，外层幕墙关闭，形成空气缓冲层，增强建筑的保温性能。可开启的外层玻璃幕墙减少了内层玻璃幕墙的风压，有助于阻挡雨水进入内层玻璃幕墙，因此内层玻璃幕墙的窗户可以始终敞开，有利于自然通风。

图3.2.6 可开启式双层玻璃幕墙

4.结语

双层玻璃幕墙对于大多数人来讲仍是陌生的，直至今日仍有人持怀疑保留的态度，处于观望的心态。因而很长一段时间双层幕墙的推广研发工作在国内没有得到足够的重视。同时，由于我国的特殊情况（如存在较多的廉价富余劳动力），以及受材料工艺等限制，就幕墙设计施工能力而言，幕墙行业作为劳动密集型产业，机械化程度依然不高，国外很多双层幕墙的先进施工工艺在我国多数企业中行不通。此外，由于国内的试验条件有限，试验机制不完善及较长时间的不重视，双层玻璃幕墙的理论研究工作与国外有着较大的差距。但是随着人们对于能源需求与节约的认识逐渐加强，建设节约型社会的要求逐渐提高，节约创造价值的概念形成，作为新型幕墙的双层玻璃幕墙由于巨大的节能潜力而必将在我国得到更广泛的应用。

参考文献

1.刘晶晶《双层玻璃幕墙的节能设计研究》

2.何芸芸《通风双层玻璃幕墙热工测试与节能分析》

3.蒋立林《我国双层玻璃幕墙的分类和研究现状》