寒冷地區(qū)呼吸式雙層玻璃幕墻的氣候適應性設計研究

1、<p>　　寒冷地區(qū)呼吸式雙層玻璃幕墻的氣候適應性設計研究</p><p>　　【摘要】：介紹了呼吸式雙層玻璃幕墻的原理，并以封閉式內循環(huán)體系為例，闡述了呼吸式雙層玻璃幕墻的應用。對青島麒麟大廈的呼吸式雙層玻璃幕墻進行熱工計算，指出在寒冷地區(qū)呼吸式雙層玻璃幕墻能夠更好地提供夏季隔熱和冬季保溫， </p><p>　　【關鍵詞】：呼吸式雙層玻璃幕墻，寒冷地區(qū)；熱通道，熱工計算 &l

2、t;/p><p><b>　　一、引言 </b></p><p>　　隨著世界范圍內環(huán)境、能源問題突顯，人們更加重視保護環(huán)境和節(jié)約能源。呼吸式雙層玻璃幕墻作為氣候適應性的技術手段既能解決玻璃幕墻自身的能耗問題，又能很好地解決建筑美觀問題。20世紀80年代后，在高緯度的歐洲尤其是德國，經過大量的實踐和實驗探索，呼吸式雙層玻璃幕墻得到迅速發(fā)展。90年代中期以后，呼吸式雙層玻璃

3、幕墻在不同氣候地區(qū)的各種建筑中得到積極地、廣泛地運用。如： 德國技術和能源中心（1999-2000）、日本仙臺藝術中心（2000）等。近幾年，呼吸式雙層玻璃幕墻技術陸續(xù)在中國出現(xiàn)。如： 江蘇人壽保險大廈、北京萬達廣場等。 </p><p>　　二、雙層呼吸式幕墻的技術及原理 </p><p>　　雙層呼吸式幕墻主要是由內外兩層玻璃幕墻組成，兩層幕墻中間形成一個通風換氣層（熱通道），同時外層

4、幕墻設置進風口和出風口，通過控制熱通道的開合以及對內、外幕墻材料的選擇，達到節(jié)能通風的目的。根據通風結構不同可分為封閉式內循環(huán)體系和敞開式外循環(huán)體系兩種類型。 </p><p>　　2.1封閉式內循環(huán)體系的工作原理 封閉式內循環(huán)體系通常在冬季較為寒冷的地區(qū)使用。其外層玻璃幕墻一般為全封閉，內層玻璃幕墻下部設有通風口。通風換氣層與室內吊頂內暖通系統(tǒng)抽風管相通，室內空氣通過內層玻璃下部的通風口進入換氣層，通過強制性空

5、氣流動循環(huán)，使內側幕墻表面溫度達到或接近室內溫度，從而在靠近玻璃幕墻附近區(qū)域形成良好的工作環(huán)境，達到節(jié)能效果。外層玻璃幕墻一般由斷熱型材與中空玻璃組成，其內層一般為單層玻璃組成的玻璃幕墻或可開啟窗，以便對外層幕墻進行清洗。整體式兩層幕墻之間的通風換氣層在100mm--200mm之間。 </p><p>　　2.2 敞開式外循環(huán)體系的工作原理 敞開式外循環(huán)體系在外層玻璃幕墻上下兩端設有進風和排風裝置，與熱通道相連，

6、通風換氣層內可以設置可調控的百葉，可有效調節(jié)日照遮陽。夏季，打開通風換氣層上下兩端的進排風口，通道內的空氣受到太陽的加熱溫度升高，形成“煙囪效應”?？諝鈴耐鈱幽粔Φ撞康倪M風口進入，沿著幕墻之間的熱通道上升，從外層幕墻頂端的出風口排出。氣流運動帶走通道內的熱量，降低內側幕墻外表面的溫度，減少空調負荷，節(jié)省能源。冬季，關閉上下兩端的進排風口，通風換氣層內的空氣成為密閉氣流。太陽光照射進外層玻璃幕墻，加熱空氣層，形成“溫室效應”，降低了內層幕

7、墻兩側的溫差，起到保溫作用。夜晚，空氣層所積蓄的熱量緩慢的釋放，使室內溫度不會驟降。外層玻璃幕墻一般采用透過率較強的單層玻璃和非熱阻型型材，內層玻璃采用中空玻璃或斷熱型型材。這樣太陽光和能量可以比較容易地通過外層玻璃幕墻，加熱幕墻間的通風換氣層。內層玻璃采用的材料，使空氣層能夠形成有效的緩沖區(qū)，形成保溫隔熱的性能，減少建筑物采暖運行費用。 </p><p>　　兩種循環(huán)式雙層幕墻各有優(yōu)劣，外循環(huán)時更加節(jié)能環(huán)保，但

8、造價更加昂貴，對室外空氣質量要求較高，不太適用于冬季寒冷地區(qū)，同時需要較大通道空間尺寸以保證定期的清潔維護，避免大量積塵及昆蟲吸附在通道內而影響外觀效果。 </p><p>　　三、青島麒麟大廈內循環(huán)雙層幕墻體系的熱工計算 </p><p>　　根據中國建筑熱工設計分區(qū)圖GB50176-93，青島屬于寒冷地區(qū)。根據《建筑熱工設計要求》第3.1.3條 寒冷地區(qū)的建筑應以滿足冬季保溫設計要求為

9、主，適當兼顧夏季防熱。 </p><p>　　青島麒麟大廈工程建筑面積40000m2，主體高度 91.9m， 樓高35層，標準層層高為3.9m，是一幢多功能綜合建筑。幕墻面積18800m2，采用封閉式內循環(huán)雙層幕墻體系。 </p><p>　　3.1 基本資料（表1） </p><p>　　3.3 標準層雙層內循環(huán)幕墻面積（表3） </p><p

10、>　　3.4熱通道內空氣流速計算 </p><p>　　根據《公共建筑節(jié)能設計標準》高檔辦公室人均占有的使用面積為8 m2，寫字樓部分的新風量為30m3/h.人。麒麟大廈標準層辦公面積約為1100m2，則需要的最少新風量為1100×0.125×30=4125m3/h，實際新風量要大于此數(shù)值，它的80%就是雙層幕墻的排氣量4125×80%=3300 m3/h。 </p>

11、;<p>　　通過查閱前人實驗研究結果并參考工程實例，可以看出雙層幕墻的熱工性能與熱通道寬度影響不大，主要應考慮結構受力的需要和幕墻構造設計的需要，所以幕墻熱通道寬度選擇200mm。 </p><p>　　熱通道空氣流量為3300m3/h的風速： </p><p>　　V=Q/（3600LB）=0.05m/s </p><p>　　V---熱通道內空氣

12、流速，m/s </p><p>　　Q---雙層幕墻的通風量，m3/h </p><p>　　L---雙層幕墻長度，75m </p><p>　　B---熱通道寬度，0.2m </p><p>　　四、石材幕墻熱工計算 </p><p>　　4.1 豎向裝飾石材熱工計算 </p><p>　　本

13、項目幕墻設計中石材幕墻所占比例較大，標準層石材幕墻面積約為131.35m2，石材幕墻需要做保溫，降低傳熱系數(shù)，才能達到隔熱保溫的效果。保溫材料采用50mm厚聚苯乙烯泡沫塑料板，導熱系數(shù)為0.03W/（m2.k），傳熱系數(shù)為0.6 W/（m2.k），石材幕墻的熱工計算如下。 </p><p>　　4.1.1 夏季通過石材幕墻進入室內的熱量 </p><p>　　QW=UF（t0-ti） &l

14、t;/p><p>　　U---石材幕墻的傳熱系數(shù)，W/（m2.k） </p><p>　　F---石材幕墻面積，m2 </p><p>　　t0----室外空氣溫度，°C </p><p>　　ti-----室內空氣溫度，°C </p><p>　　U=1/（1/ he+1/ ht +1/ hi） &l

15、t;/p><p>　　he---石材幕墻的外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，取17.79 W/（ m2.k） </p><p>　　ht---石材幕墻的傳熱系數(shù)，0.6 W/（m2.k） </p><p>　　hi---石材幕墻的內表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，取8 W/（m2.k） </p><p>　　U=1（1/17.79+1/0.6+1/8）=0.54 </p>

16、;<p>　　標準層通過石材幕墻傳熱引起的空調負荷（表4） </p><p>　　4.1.2 冬季通過石材幕墻流出室外的熱量 </p><p>　　4.2 橫向層間幕墻熱工計算 </p><p>　　幕墻設計中層間幕墻采用單層彩釉玻璃加保溫材料組成。根據《公共建筑節(jié)能設計標準》規(guī)定，寒冷地區(qū)不透光幕墻傳熱系數(shù)應小于0.6 W/（m2.k）。層間幕墻的熱

17、工計算如下。 </p><p>　　4.2.1 夏季通過層間幕墻進入室內的熱量 </p><p>　　標準層通過層間幕墻傳熱引起的空調負荷（表6） </p><p>　　4.2.2 冬季通過層間幕墻流出室外的熱量 </p><p>　　標準層通過層間幕墻傳熱引起的空調負荷（表7） </p><p><b>　

18、　五、結論 </b></p><p>　　本計算結果可以作為雙層幕墻設計、暖通空調設計的參考資料，但雙層幕墻的實際熱工性能還需要結合工程實際選材情況來定。 </p><p>　　采用雙層幕墻的節(jié)能效果十分顯著，比單層幕墻采暖制冷節(jié)能約40%。目前國內內循環(huán)呼吸式雙層幕墻的成本比采用單層幕墻的成本要高，但從各項能源費用日趨大幅上漲的趨勢來看，其節(jié)能經濟效益是明顯的，也是可行的。

19、</p><p>　　德國是呼吸式雙層幕墻建筑的先驅，近幾年我國部分城市也陸續(xù)出現(xiàn)了呼吸式雙層幕墻建筑。不同的幕墻結構有著各自的優(yōu)缺點，適用于不同的建筑需要。為了提高幕墻的節(jié)能性能，必須結合工程實際考慮不同措施。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]趙西安。雙層通風幕墻的構造及工程應用【J】，建筑技術，

20、2002，33（9）：651-655 </p><p>　　[2]尚新峰。玻璃幕墻節(jié)能措施及發(fā)展方向【J】.牡丹江師范學院學報（自然科學版），2007（3）：21-22 </p><p>　　[3]王振。夏熱冬冷地區(qū)雙層皮玻璃幕墻的氣候適應性設計策略研究。優(yōu)秀碩士學位論文，2005 </p><p>　　[4]譚哲。節(jié)能舒適的雙層呼吸式幕墻【J】，建筑學報，2005