寒冷地區(qū)呼吸式雙層玻璃幕墻的氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)研究

1、<p>　　寒冷地區(qū)呼吸式雙層玻璃幕墻的氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)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(nèi)循環(huán)體系為例，闡述了呼吸式雙層玻璃幕墻的應(yīng)用。對(duì)青島麒麟大廈的呼吸式雙層玻璃幕墻進(jìn)行熱工計(jì)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(guān)鍵詞】：呼吸式雙層玻璃幕墻，寒冷地區(qū)；熱通道，熱工計(jì)算 &l

2、t;/p><p><b>　　一、引言 </b></p><p>　　隨著世界范圍內(nèi)環(huán)境、能源問題突顯，人們更加重視保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源。呼吸式雙層玻璃幕墻作為氣候適應(yīng)性的技術(shù)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(jì)80年代后，在高緯度的歐洲尤其是德國，經(jīng)過大量的實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)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(yùn)用。如： 德國技術(shù)和能源中心（1999-2000）、日本仙臺(tái)藝術(shù)中心（2000）等。近幾年，呼吸式雙層玻璃幕墻技術(shù)陸續(xù)在中國出現(xiàn)。如： 江蘇人壽保險(xiǎn)大廈、北京萬達(dá)廣場等。 </p><p>　　二、雙層呼吸式幕墻的技術(shù)及原理 </p><p>　　雙層呼吸式幕墻主要是由內(nèi)外兩層玻璃幕墻組成，兩層幕墻中間形成一個(gè)通風(fēng)換氣層（熱通道），同時(shí)外層

4、幕墻設(shè)置進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，通過控制熱通道的開合以及對(duì)內(nèi)、外幕墻材料的選擇，達(dá)到節(jié)能通風(fēng)的目的。根據(jù)通風(fēng)結(jié)構(gòu)不同可分為封閉式內(nèi)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(nèi)循環(huán)體系的工作原理 封閉式內(nèi)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(nèi)層玻璃幕墻下部設(shè)有通風(fēng)口。通風(fēng)換氣層與室內(nèi)吊頂內(nèi)暖通系統(tǒng)抽風(fēng)管相通，室內(nèi)空氣通過內(nèi)層玻璃下部的通風(fēng)口進(jìn)入換氣層，通過強(qiáng)制性空

5、氣流動(dòng)循環(huán)，使內(nèi)側(cè)幕墻表面溫度達(dá)到或接近室內(nèi)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(dá)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(nèi)層一般為單層玻璃組成的玻璃幕墻或可開啟窗，以便對(duì)外層幕墻進(jìn)行清洗。整體式兩層幕墻之間的通風(fēng)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(shè)有進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)裝置，與熱通道相連，

6、通風(fēng)換氣層內(nèi)可以設(shè)置可調(diào)控的百葉，可有效調(diào)節(jié)日照遮陽。夏季，打開通風(fēng)換氣層上下兩端的進(jìn)排風(fēng)口，通道內(nèi)的空氣受到太陽的加熱溫度升高，形成“煙囪效應(yīng)”。空氣從外層幕墻底部的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，沿著幕墻之間的熱通道上升，從外層幕墻頂端的出風(fēng)口排出。氣流運(yùn)動(dòng)帶走通道內(nèi)的熱量，降低內(nèi)側(cè)幕墻外表面的溫度，減少空調(diào)負(fù)荷，節(jié)省能源。冬季，關(guān)閉上下兩端的進(jìn)排風(fēng)口，通風(fēng)換氣層內(nèi)的空氣成為密閉氣流。太陽光照射進(jìn)外層玻璃幕墻，加熱空氣層，形成“溫室效應(yīng)”，降低了內(nèi)層幕

7、墻兩側(cè)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(nèi)溫度不會(huì)驟降。外層玻璃幕墻一般采用透過率較強(qiáng)的單層玻璃和非熱阻型型材，內(nèi)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(fēng)換氣層。內(nèi)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(yùn)行費(fèi)用。 </p><p>　　兩種循環(huán)式雙層幕墻各有優(yōu)劣，外循環(huán)時(shí)更加節(jié)能環(huán)保，但

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

9、主，適當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(nèi)循環(huán)雙層幕墻體系。 </p><p>　　3.1 基本資料（表1） </p><p>　　3.3 標(biāo)準(zhǔn)層雙層內(nèi)循環(huán)幕墻面積（表3） </p><p

10、>　　3.4熱通道內(nèi)空氣流速計(jì)算 </p><p>　　根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》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(fēng)量為30m3/h.人。麒麟大廈標(biāo)準(zhǔn)層辦公面積約為1100m2，則需要的最少新風(fēng)量為1100×0.125×30=4125m3/h，實(shí)際新風(fēng)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(shí)驗(yàn)研究結(jié)果并參考工程實(shí)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(yīng)考慮結(jié)構(gòu)受力的需要和幕墻構(gòu)造設(shè)計(jì)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(fēng)速： </p><p>　　V=Q/（3600LB）=0.05m/s </p><p>　　V---熱通道內(nèi)空氣

12、流速，m/s </p><p>　　Q---雙層幕墻的通風(fēng)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(jì)算 </p><p>　　4.1 豎向裝飾石材熱工計(jì)算 </p><p>　　本

13、項(xiàng)目幕墻設(shè)計(jì)中石材幕墻所占比例較大，標(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(dǎo)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(jì)算如下。 </p><p>　　4.1.1 夏季通過石材幕墻進(jìn)入室內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(biāo)準(zhǔn)層通過石材幕墻傳熱引起的空調(diào)負(fù)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?qū)娱g幕墻熱工計(jì)算 </p><p>　　幕墻設(shè)計(jì)中層間幕墻采用單層彩釉玻璃加保溫材料組成。根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，寒冷地區(qū)不透光幕墻傳熱系數(shù)應(yīng)小于0.6 W/（m2.k）。層間幕墻的熱

17、工計(jì)算如下。 </p><p>　　4.2.1 夏季通過層間幕墻進(jìn)入室內(nèi)的熱量 </p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)層通過層間幕墻傳熱引起的空調(diào)負(fù)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(biāo)準(zhǔn)層通過層間幕墻傳熱引起的空調(diào)負(fù)荷（表7） </p><p><b>　

18、　五、結(jié)論 </b></p><p>　　本計(jì)算結(jié)果可以作為雙層幕墻設(shè)計(jì)、暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的參考資料，但雙層幕墻的實(shí)際熱工性能還需要結(jié)合工程實(shí)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(nèi)內(nèi)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(xiàng)能源費(fèi)用日趨大幅上漲的趨勢來看，其節(jié)能經(jīng)濟(jì)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(qū)，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(jié)構(gòu)有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，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(jié)合工程實(shí)際考慮不同措施。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]趙西安。雙層通風(fēng)幕墻的構(gòu)造及工程應(yīng)用【J】，建筑技術(shù)，

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(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)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(yīng)性設(shè)計(jì)策略研究。優(yōu)秀碩士學(xué)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(xué)報(bào)，2005