雙層皮幕墻技術淺探-生態技術論文
論文摘要：雙層皮幕墻是現代節能建筑中的一道靚麗風景，可以增強建筑的表現力，同時使建筑具有很好的保溫、隔熱、隔音、通風效果。目前，關于雙層皮幕墻技術的節能優化、生命周期等相關研究日益增多，該技術也日益完善，它的應用前景將更加廣闊。
論文關鍵詞：雙層皮幕墻,節能建筑,生態技術
0.引言：
伴隨著我國城市化的飛速發展，能源發展正面臨著越來越嚴峻的挑戰。建筑能耗占社會商品能源總消費量比例較大，其總消費量也逐年持續增加。據統計，目前建筑能耗所占社會商品能源總消費量的比例已經從1978年的10%上升到25%左右。我們有理由推斷，隨著我國城市化進程的不斷推進和人民生活水品的不斷提高，建筑能耗的比例將持續增加；與此同時，能源供不應求和末端低效利用的矛盾也很突出。為此，眾多學者都在致力于建筑節能的研究。
雙層皮幕墻具有隔音、保溫、隔熱的特點，它還能為人們提供了通透的視野，是一種優秀的建筑節能圍護結構。早在1931年，柯布西耶曾經提出“用雙層外皮抵御外部氣候的概念”，從此開始了雙層皮幕墻技術的研究。20世紀50年代，在氣候較為寒冷的北歐地區科學家研究出名為“Airflow-Window”的高保溫、隔熱性能的窗戶系統。1967年，芬蘭EKONO公司在赫爾辛基建造了第一座安裝了該外窗系統的辦公樓。20世紀70年代，能源危機加速了節能技術研究與發展，“Double-SkinFacade”雙層皮幕墻越來越多的出現在設計師的方案設計中。我國的雙層皮幕墻出現要晚一些，最早的雙層皮幕墻建筑在進入21世紀才相繼建成，廣泛用于公共建筑，如上海的金茂大廈等。雙層皮玻璃幕墻輕巧、晶瑩，具有透射和反射性質，可創造出明亮的室內光環境、內外空間交融的效果，在建筑形式上有很強的表現力，成為現代城市建筑的一種標志。
1.雙層皮幕墻種類
雙層皮幕墻可以根據夾層空腔的大小、通風口的位置、玻璃組合及遮陽材料等不同分為不同的類型。下面是按照構造關系進行劃分的四種基本雙層皮幕墻類型。
1.1外掛式雙層皮幕墻
這是雙層皮幕墻家族中最簡單的一種方式。“雙層皮”之間的空間既不做水平分隔，也不做豎向分隔。
1.2廊道式雙層皮幕墻
廊道式雙層皮幕墻系統在雙層皮之間設置金屬或玻璃擋板以一層為單位進行水平劃分分隔層，建筑外側每層均形成外掛式走廊，在每層樓的樓板和天花高度分別設有進、出風調節蓋板。
1.3箱式雙層皮幕墻
與廊道式雙層皮幕墻立面不同的是箱式雙層皮幕墻在水平方向以兩塊玻璃為一單元，分別在其兩邊做豎向分隔，形成一層樓高、兩塊玻璃寬的箱式玻璃夾層單元。
1.4井-箱式雙層皮幕墻
井-箱式雙層皮幕墻在豎向有規律地設置了貫通層（井），這樣，雙層皮之間便形成縱橫交錯的網狀通風系統。
2.雙層皮幕墻技術特點
雙層皮幕墻被譽為“可呼吸的皮膚”。它主要針對以往玻璃幕墻能耗高、室內空氣質量差等問題，用雙層體系作圍護結構，提供自然通風和采光、增加室內空氣舒適度、降低能耗，從而較好地解決了自然采光與節能之間的矛盾。雙層皮幕墻種類繁多，但其實質是在兩層皮之間留有一定寬度的空氣間層，此空氣間層以不同方式分隔而形成一系列溫度緩沖空間。由于空氣間層的存在，因而雙層皮幕墻能提供一個保護空間以安置遮陽設施（如活動式百葉、固定式百葉或者其他陽光控制構件）。通過調整間層設置的遮陽百葉和利用外層幕墻上下部分的開口的輔助自然通風，可以獲得比普通建筑使用的內置百葉更好的遮陽效果，同時可以提供良好的隔聲性能和室內通風效果。典型的雙層皮幕墻構造圖見圖5，由1個玻璃外皮層和1個玻璃內皮層組成的多層外圍護結構形式，2個玻璃皮層間有1個空氣腔夾層，該夾層內一般裝置有百葉等遮陽設備。
雙層皮幕墻主要具有以下一些特點：
2.1隔聲性能
玻璃材料的特性可以有效實現降低進入室內的噪音值。
2.2采光性能
雙層皮玻璃幕墻輕巧、晶瑩，具有透射和反射性質。用雙層體系作圍護結構，提供的采光可以創造出明亮的室內光環境，為居住在內的人們提供了通透的視野。
2.3熱工性能
雙層皮幕墻夾層的空氣間層，是提高該技術熱工性能的一個重要原因。空氣夾層在厚度不大的情況下，可以減小皮幕墻的傳熱系數。在冬天，太陽輻射將通過對“雙層皮”之間空氣的預熱可以有效地降低建筑表皮的熱損失。而在夏天，在“雙層皮”間設置的遮陽百頁比“單層皮”建筑的內置百頁有更佳的遮陽效果，因而是可以降低更多的冷負荷。內置百頁雖可阻止陽光輻射向室內進一步穿透，但已透過玻璃的熱量卻可以對流的方式影響室內的熱舒適度。
2.4通風性能
雙層皮幕墻由于“皮”的存在，降低了建筑內“皮”上的風壓，因而使得高層建筑中部分自由開窗通風成為可能，僅此一舉便可以大大降低高層建筑中機械通風所需的能耗。其原理是根據熱壓原理即通常所謂“煙囪效應”：出風口開啟，冷空氣會從進風口進入“雙層皮”皮幕墻的空氣間層，在此進行熱交換后，熱空氣從出風口排出，若內層幕墻開啟．也可將室內頂部的熱空氣同時排出，室內外空氣溫差越大，進出風口高差越大，則熱壓作用越強。雖然利用風壓也可以實現通風．但由于自然風的不穩定性或由于周圍高大建筑、植被的影響。許多情況下在建筑周圍形不成足夠的風壓。因此說“雙層皮”幕墻獨具的空氣間層有利于運用熱壓原理來加速自然通風。
3.雙層皮幕墻技術研究前景
自從雙層皮幕墻技術誕生以來，有關于這項技術的研究成果日益增多。但是在長時間的應用中，人們對雙層皮幕墻的節能量、甚至節能還是不節能，以及什么情況下節能，什么情況下不節能的等問題產生了比較濃厚的研究興趣。下面是目前研究較多的一些課題。
3.1雙層皮玻璃幕墻建筑的能耗分析和優化設計
這項課題是眾多學者最為關注的課題之一。雙層皮幕墻種類繁多，結構差異較大，因此這項技術應用在不同地區，采用不同的方式其能耗差別是非常大的。學術界和實踐中對該技術也提出了優化要求。主要集中在：夏天，在強烈的陽光輻射下，夾層空氣中往往溫度過高，尤其是當雙層皮之間空隙太小而遮陽效果又不佳時，其溫度有時甚至可能超過室外溫度，使得開窗自然通風無法實現。這對于夏季炎熱地區是致命的缺點。冬天有可能吸入溫度過低的進風，導致室內空氣渦流和氣流嘯叫，影響室內（尤其是窗口外）舒適度。缺乏對進入室內的有害氣體的凈化功能，這降低了位于工業稠密區或污染嚴重的`特大市場的雙層皮建筑的優勢。建筑立面的清潔及維護費用增高。
3.2全壽命周期分析研究
盡管雙層皮幕墻系統初投資比普通幕墻高很多，但是帶來的制冷機裝機容量減少以及可能的能耗降低卻非常顯著，同時由此可能帶來整體排放量的降低，因此從全壽命周期的角度進行分析是非常必要的。
目前從全壽命周期分析(特別是全年建筑能耗分析)角度研究雙層皮幕墻的還很少，主要研究指標包括全壽命經濟分析和全壽命溫室氣體排放量。比較有代表性的是土耳其學者Cetiner對伊斯坦布爾的溫和氣候下，不同類型的雙層皮幕墻所作的能耗效率和經濟效率兩方面的研究。結果表明，最節能的雙層幕墻比最節能的單層幕墻節能22.84％。在雙層幕墻系統中，最節能方案比最費能方案節能33.9％。采用遮陽技術有利于減少建筑能耗和投資。從綜合經濟性和環境影響兩方面來看，雖然高性能窗在全壽命周期中給環境造成的影響稍大，但是和它帶來的節能效果相比微不足道。
3.3雙層皮幕墻綜合傳熱系數的影響因素研究
雙層皮玻璃幕墻從使用至今，還沒有一種比較成熟的關于形成空調負荷以及全年能耗的計算或模擬方法，其主要原因是雙層皮幕墻傳熱過程復雜，綜合傳熱系數難以確定，而綜合傳熱系數又是計算空調負荷以及全年能耗的基礎。目前已有的研究表明：
1)外循環式雙層皮幕墻的綜合傳熱系數隨太陽輻射強度的增加呈線性關系增加
2)雙層皮幕墻的綜合傳熱系數隨通風腔寬度的增加呈近似拋物線形式下降，通風腔寬度大于0.8m后，隨著通風腔寬度的繼續增加其K值下降趨勢平緩，通風腔寬度保持在0.6m～0.8m為佳。
3)綜合傳熱系數K隨通風腔高度的呈減小趨勢，通風腔高度處于3m～4m之間時，隨通風腔高度的增加K值減小幅度比較平緩，通風腔高度大于4m后，隨通風腔高度的增加K值下降幅很大，但為保證內側玻璃溫度不會過高而影響室內的熱舒適性，通風腔高度保持在4m-5m較為合適，不宜過高。
4)雙層皮幕墻的綜合傳熱系數隨遮陽裝置到外側玻璃的距離的增大先逐漸減小，然后再逐漸增大，遮陽裝置的位置在距外側玻璃1／3通風腔寬度處為佳。
4.結束語
雙層皮幕墻自從誕生以來，關于它的應用研究層出不窮，這項技術也愈發成熟起來。但是研究是無止盡的，好上要加好，如何更加優化該技術，更好的節能、更好得隔聲，更加方便地清潔，依然還是我們關注的問題。相信未來該領域的專家學者會更充分地研究該項技術，使得它在今后可以為都市人群提供通透視野、良好空氣質量，較強隔聲性能等的同時成為建筑節能的更加強有力手段。
參考文獻
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