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雙層通風玻璃幕墻

地產圈雜貨鋪 2019/03/08 02:44

房地產管理數字化 項目管理 設計管理


雙層幕墻簡介 

能耗是幕墻自誕生以來就一直面對的問題,只不過早期人們未給予應有的重視罷了。從幕墻的發展來看,為提高墻體的熱工性能,玻璃幕墻從單層玻璃、非隔熱型材的單層幕墻逐漸向中空玻璃、斷橋隔熱型材幕墻以及雙層通風幕墻發展。同時,為了減少光污染,大面積的高反射率鍍膜玻璃應用量在減少,高透明度的中空玻璃應用量在增加。

雙層通風幕墻又常被稱為 雙層幕墻 呼吸式幕墻 動態通風幕墻 熱通道幕 墻等等。

雙層通風玻璃幕墻簡單地說就是兩層玻璃幕墻加上中間空氣層,通過系統構造的優化設計和合理配置,雙層幕墻可有效提高圍護系統的熱工性能,改善室內通風,提高隔聲性能,控制室內采光。

根據構造特點及通風原理,雙層幕墻可分為 外循環式(自然通風型) 內循環式(機械通風型 )、 內外循環式(混合通風型) 以及 密閉式、開放式 等多種形式。

雙層幕墻同樣可以集成光伏幕墻的概念形成雙層光電幕墻,也可以與各種夜景照明系統更好地結合。

內循環式(機械通風型)、外循環式(自然通風型)通風換氣示意圖

雙層幕墻系統是于20世紀末在歐美諸國流行開來的,最早可以追溯至1980年由美國HOK建筑事務所設計的美國尼亞加拉大瀑布的歐美化工中心大樓。

國內隨著經濟的發展和節能意識的提升,雙層幕墻在一些高標準的寫字樓、公寓等建筑中出現的越來越多。

盡管目標都是類似的,然而不同的建筑師在不同地區、不同建筑中采用的形式千差萬別。


雙層幕墻的優點


與傳統單層玻璃幕墻墻體相比,雙層通風幕墻的優點是不言而喻的,通過合理的設計,在保持建筑透明性的同時提高了墻體的保溫隔熱性能,節約了運營的能耗。雖然傳熱系數仍高于傳統墻體,但它可以主動地調節建筑外墻附近的小氣候以達到一定程度的節能效果。

節能: 雙層幕墻與單層幕墻相比,圍護結構采暖時可以節約能源42%~52%,制冷時可以節約能源38%~60%。

序號

幕墻類型

傳熱系數 K

[W/(m2.K)]

遮陽系數 SC

圍護結構

平均熱流量

W/m2

圍護結構節能

百分比( %

備注

1

傳統幕墻

6

0.7

336.46

100

非隔熱型材

非鍍膜單玻

2

節能幕墻

2.0

0.5

230.02

31.6

隔熱型材

鍍膜中空玻璃

3

雙層幕墻

1.5

0.2

101.16

69.9 56

注: 1 計算以北京地區夏季為例,建筑體形系數小于 0.3 ,窗墻面積比取 0.7 ,外墻(包括非透明幕墻)傳熱系數取 0.6 W/(m2.K) ,室外溫度取 34 o C ,室內溫度取 26 o C ,夏季垂直面太陽輻射照度取 690W/m2 ,室外風速取 1.9m/s ,內表面換熱系數取 8.3W/m2

2 括號中數值為相對節能幕墻的節能百分比。

(表格數據來源于 北京江河幕墻股份有限公司 黃擁軍 總工程師 的演講文稿

內表面與室內溫差小 (某個測試條件下)單層幕墻內表面與室內空氣溫差約為14 o C ,熱輻射會導致人不舒適;雙層幕墻內表面與室內空氣溫差僅為4 o C ,滿足熱舒適性指標。 (數據來源于北京江河幕墻股份有限公司 黃擁軍 總工程師 的演講文稿

隔聲: (某個測試條件下)采用6mm厚玻璃的單層幕墻,開啟扇關閉時隔聲量約為30dB,但當開啟扇打開時,其隔聲能力很差,隔聲量僅為10dB;

采用雙層幕墻,風口和開啟扇關閉時隔聲量可達到60dB,且在開啟外層幕墻風口和內層幕墻開啟扇時,仍有較高的隔聲能力,其隔聲量可達到30dB。

(數據來源于北京江河幕墻股份有限公司 黃擁軍 總工程師 的演講文稿

這個優點說明雙層幕墻更為適合受噪音(如交通要道旁)影響較大的建筑。

調節光線: 雙層幕墻中的遮陽白頁(或其它遮陽系統)可通過智能 或人工 控制、調節光線的入射量、入射方向,滿足內部環境需要。

提供適當的自然通風: 普通單層幕墻在風力達到四級時,就必須關閉開啟扇,且下雨時不能進行自然通風,受環境的影響大;

保護層: 雙層幕墻的外層幕墻及熱通道對風雨、風沙等具有緩沖作用,在刮風、下雨、沙塵暴等天氣惡劣的條件下,仍可實現一定程度的自然通風換氣。



外循環式(自然通風型)雙層幕墻系統

外循環式(自然通風型)雙層幕墻由外層幕墻、內層幕墻、內外層之間的空氣腔、內外層之間的連接裝置、遮陽裝置、外層進出風口及其控制裝置等組成。

外循環式雙層幕墻的外層一般采用單層玻璃幕墻,內層采用中空玻璃+斷橋隔熱型材, 二層玻璃幕墻中間一般有200~600mm的空間,其 空氣腔可與室外空氣連通 。通過對氣流的合理組織和控制,利用建筑高度的煙囪效應和熱壓原理,使兩層幕墻之間的空氣流動,形成 不用電能的 動態通風,實現建筑節能。

外循環式(自然通風型)雙層幕墻通風及氣流組織原理

(圖片來源于沈陽遠大鋁業工程有限公司)

通過控制進出風口的開合,調節幕墻性能。

冬季: 關閉通風口,盡量減少換氣次數( 熱交換 ),利用幕墻間的太陽輻射熱量。

:開啟通風口,提高換氣次數,避免室外的熱量傳入室內,提高系統的隔熱性能。

舒適季節: 通風口 則可完全打開,內層幕墻窗開啟,以利于自然氣流進入建筑內。


無論 通風口 處于開啟還是關閉狀態下,均可阻止雨水進入雙層幕墻內部。

外循環雙層通風幕墻垂直方向上可以一個、幾個樓層分為一個通道單元,甚至整個幕墻高度方向為一個通道,水平向也可根據設計分成整個或多個單元。



兩種形式的外循環雙層幕墻空氣通道示意圖

(通道設計應由專業廠家根據具體情況深化設計)

根據需要,外循環式雙層幕墻可采用整體單元式、分體單元式、單元/構件組合式、分體構件式、門窗/構件組合式等多種靈活多變的構造形式。

外循環式雙層幕墻一般更適宜于日照時間長、太陽輻射強的地區。


典型的外循環式雙層玻璃幕墻——德國柏林GSW大廈

建筑師:紹爾布魯赫與赫頓(SAUERBRUCH & HUTTON)

建筑最大的特色在于在雙層幕墻間設置了彩色遮陽折板,進而形成了建筑的標志性。


典型的外循環式雙層幕墻——荷蘭鹿特丹商務部大樓

典型的外循環雙層幕墻——北京公館

北京公館雙層幕墻構造示意圖



內循環式(機械通風型)雙層幕墻系統

內循環式(機械通風型)雙層幕墻由外層幕墻、內層幕墻、內外層之間的空氣腔、內外層之間的遮陽裝置、進出風裝置等組成。

內循環式(機械通風型)雙層幕墻構造示意圖

(圖片來源于沈陽遠大鋁業工程有限公司)

這種 雙層幕墻系統,內外兩層幕墻之間形成具有一定厚度(常 150~300mm )的空氣腔,形成 熱隔絕層。 外層幕墻采用熱工性能較好的封閉式中空玻璃幕墻,內層則為單層玻璃幕墻(或可開啟的門窗)。

內層幕墻底部設置進風口,在頂部設置排風口,通過 吊頂內的風管、 排風機械 排出室內污濁空氣 并帶走進入室內的部分輻射熱 ,形成流動空氣層。 在通風換氣的同時,空腔內的空氣與室內排出的空氣產生動態熱交換,減少室內熱量損失,并增強保溫/隔熱效果。

通過軟件模擬分析,合理設計通風口和氣流組織,使系統的通風量滿足室內通風換氣要求,并使圍護系統的動態節能效果達到最佳。

這種系統同樣可以在適當位置設置自然通風裝置或開啟窗(外層幕墻),在室內新風不足時,適當彌補,保持室內空氣清新,舒適宜人。

相比于 外循環式雙層幕墻, 這種系統 占用 空間尺寸較小。內層幕墻均可開啟,便于清潔和維護。

內循環式雙層幕 一般更適宜于采暖為主的寒冷地區以及室外空氣污染較大的地區。

根據需要,封閉內循環式(機械通風型)雙層幕墻同樣可以采用單元式、構件式及單元/構件組合式等靈活多變的構造形式。


內循環式(機械通風型)雙層幕墻——北京中石油大廈

由于空氣腔僅有210mm左右,從外觀上看不出和普通單層玻璃幕墻的差異。

據稱,經軟件分析,幕墻傳熱系數達到0.9 W/(m 2 .K)


典型的 內循環式 雙層幕墻構造示意圖


內外循環(混合通風型)雙層幕墻系統


內外循環(混合通風型)雙層幕墻系統綜合了內循環和外循環兩種 類型雙層幕墻系統的優勢,可根據需要采取內循環機械通風或外循環自然通風兩種通風方式,二者可靈活切換,相互彌補,充分保證通風效果,保持室內空氣清新。 兩種通風方式的有機結合,最大限度地減少室內外熱量直接交換,減少室內熱損失,大幅提高保溫隔熱性能。

夏季 :主要采用自然通風(外循環)方式,通風量不足時,可采用機械通風(內循環)方式加以彌補;

冬季 :將室外自然通風口關閉,以機械通風(內循環)方式為主,通風量不足時,可適當開啟外層通風口和內層開啟裝置,獲得適量新風。


混合通風雙層幕墻示意圖


密閉式免維護雙層幕墻系統

遠大公司自主創新的 密閉充氣式免維護雙層幕墻是是一種全新的雙層幕墻結構形式,經過了實驗驗證。它的主要技術特點如下:

●具有傳統雙層幕墻優良的熱工、隔聲性能。

●無空腔內結露風險。

●空腔更窄,增加有效使用面積。

●無需維護,降低清潔維護費用。

●與通風器相結合可以實現微通風功能。


密閉充氣式免維護雙層幕墻系統示意圖

(圖片來源于沈陽遠大鋁業工程有限公司)

實際上,這種密閉充氣式免維護雙層幕墻系統的原理有點類似于室內常見的雙玻中間帶白葉的玻璃隔斷。


開放式雙層幕墻系統

開放式雙層幕墻系統外層幕墻常為各種形式構造的單片玻璃幕墻,甚至為玻璃百頁幕墻。其 空氣腔與室外永久連通,更多的是起到屏蔽風沙、屏蔽噪音、保護內層墻面、保護遮陽系統、改善內層墻面的開窗通風、裝飾等作用。

這種幕墻有時候更適宜于追求表皮形式的建筑、舊建筑改造等。

(參閱過往文章: 玻璃幕墻外層的雙層墻體

開放式雙層幕墻系統外層幕墻案例



萬事皆有利弊,雙層通風幕墻自然也不例外。雖然它能產生較好的節能效果,但也會帶來一些負面效果:

  • 熱工性能上的一些負面影響。如夏天外循環式雙層幕墻一般內層幕墻外表面的溫度要高于室外溫度(即單層幕墻的外表面溫度),在夜晚室外溫度低于室內溫度時雙層幕墻不利散熱;冬天進入房間的太陽輻射熱比單層幕墻少。

  • “煙囪”效應對防火不利,需設計應對方案。

  • 空氣循環產生的的塵土聚集于兩層幕墻中間導致清潔工作量的增加。

  • 不可使用部分建筑面積的增加,可 使用 建筑面積損失較常規墻體構造大。

不同類型幕墻占標準層面積比例

(以50x40米標準層計算)

幕墻類型

構造厚度

幕墻部分面積

占標準層比例

普通單層幕墻

0.2

35.84

1.79%

窄腔雙層幕墻

0.3~0.4

53.64~71.36

2.68%~3.57%

寬腔雙層幕墻

0.6~1

106.56~176

5.33%~8.80%


  • 造價不可避免地大幅提高等。

雙層幕墻系統是一個系統的設計概念,而非定型的標準化產品,需要根據建筑所處地點及自身需求,由專業廠家結合各種輔助軟件進行有針對性地設計,從而使圍護結構系統的綜合性能達到最優。



(本文參考了沈陽遠大鋁業工程有限公司的樣本及北京江河幕墻股份有限公司黃擁軍總工程師的演講文稿)

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本文作者介紹:

褚智勇,東南大學建筑系工學學士,北京建筑工程學院建筑學碩士,教授級高級建筑師,一級注冊建筑師。曾著有建筑材料與構造類暢銷書《建筑設計的材料語言》。

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