賈琛霞

（四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 德陽 618000）

0 引言

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(yōu)秀的建筑節(jié)能圍護(hù)結(jié)構(gòu)。早在1931年，柯布西耶曾經(jīng)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(shù)的研究[2]。20世紀(jì)50年代，在氣候較為寒冷的北歐地區(qū)科學(xué)家研究出名為“Airflow-Window”的高保溫、隔熱性能的窗戶系統(tǒng)。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(tǒng)的辦公樓[3]。20世紀(jì)70年代，能源危機加速了節(jié)能技術(shù)研究與發(fā)展，“Double-Skin Facade”雙層皮幕墻越來越多的出現(xiàn)在設(shè)計師的方案設(shè)計中。雙層皮玻璃幕墻輕巧、晶瑩，具有透射和反射性質(zhì)，可創(chuàng)造出明亮的室內(nèi)光環(huán)境、內(nèi)外空間交融的效果，在建筑形式上有很強的表現(xiàn)力，成為現(xiàn)代城市建筑的一種標(biāo)志。

1 雙層皮幕墻種類

雙層皮幕墻可以根據(jù)夾層空腔的大小、通風(fēng)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(gòu)造關(guān)系進(jìn)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，建筑真正的外墻位于外皮之內(nèi)300-2000mm處。雙層皮之間的空間既不做水平分隔，也不做豎向分隔。外掛式雙層皮幕墻系統(tǒng)對隔絕噪音具有明顯的結(jié)果，但對改善建筑的熱環(huán)境并無明顯作用。

1.2 廊道式雙層皮幕墻

廊道式雙層皮幕墻系統(tǒng)在雙層皮之間設(shè)置金屬或玻璃擋板以一層為單位進(jìn)行水平劃分分隔層，建筑外側(cè)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(shè)有進(jìn)、出風(fēng)調(diào)節(jié)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。為避免進(jìn)、排氣流的短路每單元的進(jìn)、出風(fēng)口也在水平方向上錯開設(shè)置。

1.4 井-箱式雙層皮幕墻

井-箱式是經(jīng)由“箱式”變化而來。與箱式不同之處在于：井-箱式雙層皮幕墻在豎向有規(guī)律地設(shè)置了貫通層，這樣，雙層皮之間便形成縱橫交錯的網(wǎng)狀通風(fēng)系統(tǒng)，由于“井”相對較深，其上、下部空氣溫差導(dǎo)致的煙囪效應(yīng)十分明顯，加速了雙層皮間的空氣流動，這使得井-箱式雙層皮幕墻具有更高的通風(fēng)效率。

2 雙層皮幕墻技術(shù)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(nèi)空氣質(zhì)量差等問題，用雙層體系作圍護(hù)結(jié)構(gòu)，提供自然通風(fēng)和采光、增加室內(nèi)空氣舒適度、降低能耗，從而較好地解決了自然采光與節(jié)能之間的矛盾。雙層皮幕墻種類繁多，但其實質(zhì)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(hù)空間以安置遮陽設(shè)施（如活動式百葉、固定式百葉或者其他陽光控制構(gòu)件）。通過調(diào)整間層設(shè)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(fēng)，可以獲得比普通建筑使用的內(nèi)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(nèi)通風(fēng)效果。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(xiàn)降低進(jìn)入室內(nèi)的噪音值。經(jīng)研究檢測：雙層皮幕墻的隔聲性能優(yōu)于普通的中空玻璃幕墻，隔聲量達(dá)40-45dB；與傳統(tǒng)隔熱窗相比，隔聲量達(dá)35-38dB。

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(zhì)。用雙層體系作圍護(hù)結(jié)構(gòu)，提供的采光可以創(chuàng)造出明亮的室內(nèi)光環(huán)境，為居住在內(nèi)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在厚度不大的情況下，可以減小皮幕墻的傳熱系數(shù)。在冬天，太陽輻射將通過對雙層皮之間空氣的預(yù)熱可以有效地降低建筑表皮的熱損失，室內(nèi)熱量損失量由于熱阻增大而減少。而在夏天，在“雙層皮”間設(shè)置的遮陽百頁比“單層皮”建筑的內(nèi)置百頁有更佳的遮陽效果，因而是可以降低更多的冷負(fù)荷。內(nèi)置百頁雖可阻止陽光輻射向室內(nèi)進(jìn)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(nèi)的熱舒適度。

2.4 通風(fēng)性能

雙層皮幕墻由于“皮”的存在，降低了建筑內(nèi)“皮”上的風(fēng)壓，因而使得高層建筑中部分自由開窗通風(fēng)成為可能。

3 雙層皮幕墻技術(shù)研究前景

自從雙層皮幕墻技術(shù)誕生以來，有關(guān)于這項技術(shù)的研究成果日益增多。但是在長時間的應(yīng)用中，人們對雙層皮幕墻的節(jié)能量、甚至節(jié)能還是不節(jié)能，以及什么情況下節(jié)能，什么情況下不節(jié)能的等問題產(chǎn)生了比較濃厚的研究興趣。下面是目前研究較多的一些領(lǐng)域。

3.1 雙層皮玻璃幕墻建筑的能耗分析和優(yōu)化設(shè)計

這項課題是眾多學(xué)者最為關(guān)注的課題之一[4]。雙層皮幕墻種類繁多，結(jié)構(gòu)差異較大，因此這項技術(shù)應(yīng)用在不同地區(qū)，采用不同的方式其能耗差別是非常大的。與此同時，雙層皮幕墻由于其自身具有的缺點，學(xué)術(shù)界和實踐中對該技術(shù)也提出了優(yōu)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(dāng)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(fēng)無法實現(xiàn)。這對于夏季炎熱地區(qū)是致命的缺點。冬天有可能吸入溫度過低的進(jìn)風(fēng)，導(dǎo)致室內(nèi)空氣渦流和氣流嘯叫，影響室內(nèi)（尤其是窗口外）舒適度。缺乏對進(jìn)入室內(nèi)的有害氣體的凈化功能，這降低了位于工業(yè)稠密區(qū)或污染嚴(yán)重的特大市場的“雙層皮”建筑的優(yōu)勢。建筑立面的清潔及維護(hù)費用增高。

3.2 全壽命周期分析研究

盡管雙層皮幕墻系統(tǒng)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(jìn)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(biāo)包括全壽命經(jīng)濟(jì)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(xué)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(jīng)濟(jì)效率兩方面的研究。結(jié)果表明，最節(jié)能的雙層幕墻比最節(jié)能的單層幕墻節(jié)能22.84%。在雙層幕墻系統(tǒng)中，最節(jié)能方案比最費能方案節(jié)能33.9%。采用遮陽技術(shù)有利于減少建筑能耗和投資。從綜合經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境影響兩方面來看，雖然高性能窗在全壽命周期中給環(huán)境造成的影響稍大，但是和它帶來的節(jié)能效果相比微不足道[5]。

3.3 雙層皮幕墻綜合傳熱系數(shù)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(guān)于形成空調(diào)負(fù)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(fù)雜，綜合傳熱系數(shù)難以確定，而綜合傳熱系數(shù)又是計算空調(diào)負(fù)荷以及全年能耗的基礎(chǔ)[6]。目前已有的研究表明：

（1）外循環(huán)式雙層皮幕墻的綜合傳熱系數(shù)隨太陽輻射強度的增加呈線性關(guān)系增加。

（2）雙層皮幕墻的綜合傳熱系數(shù)隨通風(fēng)腔寬度的增加呈近似拋物線形式下降，通風(fēng)腔寬度大于0.8m后，隨著通風(fēng)腔寬度的繼續(xù)增加其K值下降趨勢平緩，通風(fēng)腔寬度保持在0.6m-0.8m為佳。

（3）綜合傳熱系數(shù)K隨通風(fēng)腔高度的呈減小趨勢，通風(fēng)腔高度處于3m-4m之間時，隨通風(fēng)腔高度的增加K值減小幅度比較平緩，通風(fēng)腔高度大于4m后，隨通風(fēng)腔高度的增加K值下降幅很大，但為保證內(nèi)側(cè)玻璃溫度不會過高而影響室內(nèi)的熱舒適性，通風(fēng)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(shù)隨遮陽裝置到外側(cè)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(cè)玻璃1/3通風(fēng)腔寬度處為佳。

4 結(jié)束語

雙層皮幕墻自從誕生以來，關(guān)于它的應(yīng)用研究層出不窮，這項技術(shù)也愈發(fā)成熟起來。但是研究是無止盡的，好上要加好，如何更加優(yōu)化該技術(shù)，更好的節(jié)能、更好得隔聲，更加方便地清潔，依然還是我們關(guān)注的問題。相信未來該領(lǐng)域的專家學(xué)者會更充分地研究該項技術(shù)，使得它在今后可以為都市人群提供通透視野、良好空氣質(zhì)量，較強隔聲性能等的同時成為建筑節(jié)能的更加強有力手段。

［1］薛志峰.超低能耗建筑技術(shù)及應(yīng)用[J].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

［2］哈里斯·波依拉茲.通風(fēng)雙層幕墻辦公建筑[M].北京:中國電力出版社,2006.

［3］朱潔.幕墻形式的解讀[D].重慶:重慶建筑大學(xué),2000.

［4］王強,黃義龍,曹芹.夏熱冬冷地區(qū)“雙層皮”玻璃幕墻節(jié)能技術(shù)研究[J].節(jié)能技術(shù),2006,24(1):46-49.

［5］蔣騫,龍惟定.雙層皮玻璃幕墻建筑的能耗分析和優(yōu)化設(shè)計[J].暖通空調(diào), 2006,36(11):58-63.