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双层皮幕墙技术浅探-生态技术论文

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双层皮幕墙技术浅探-生态技术论文

论文摘要：双层皮幕墙是现代节能建筑中的一道靓丽风景，可以增强建筑的表现力，同时使建筑具有很好的保温、隔热、隔音、通风效果。目前，关于双层皮幕墙技术的节能优化、生命周期等相关研究日益增多，该技术也日益完善，它的应用前景将更加广阔。

论文关键词：双层皮幕墙,节能建筑,生态技术

0.引言：

伴随着我国城市化的飞速发展，能源发展正面临着越来越严峻的挑战。建筑能耗占社会商品能源总消费量比例较大，其总消费量也逐年持续增加。据统计，目前建筑能耗所占社会商品能源总消费量的比例已经从1978年的10%上升到25%左右。我们有理由推断，随着我国城市化进程的不断推进和人民生活水品的不断提高，建筑能耗的比例将持续增加；与此同时，能源供不应求和末端低效利用的矛盾也很突出。为此，众多学者都在致力于建筑节能的研究。

双层皮幕墙具有隔音、保温、隔热的特点，它还能为人们提供了通透的视野，是一种优秀的建筑节能围护结构。早在1931年，柯布西耶曾经提出“用双层外皮抵御外部气候的概念”，从此开始了双层皮幕墙技术的研究。20世纪50年代，在气候较为寒冷的北欧地区科学家研究出名为“Airflow-Window”的高保温、隔热性能的窗户系统。1967年，芬兰EKONO公司在赫尔辛基建造了第一座安装了该外窗系统的办公楼。20世纪70年代，能源危机加速了节能技术研究与发展，“Double-SkinFacade”双层皮幕墙越来越多的出现在设计师的方案设计中。我国的双层皮幕墙出现要晚一些，最早的双层皮幕墙建筑在进入21世纪才相继建成，广泛用于公共建筑，如上海的金茂大厦等。双层皮玻璃幕墙轻巧、晶莹，具有透射和反射性质，可创造出明亮的室内光环境、内外空间交融的效果，在建筑形式上有很强的表现力，成为现代城市建筑的一种标志。

1.双层皮幕墙种类

双层皮幕墙可以根据夹层空腔的大小、通风口的位置、玻璃组合及遮阳材料等不同分为不同的类型。下面是按照构造关系进行划分的四种基本双层皮幕墙类型。

1.1外挂式双层皮幕墙

这是双层皮幕墙家族中最简单的一种方式。“双层皮”之间的空间既不做水平分隔，也不做竖向分隔。

1.2廊道式双层皮幕墙

廊道式双层皮幕墙系统在双层皮之间设置金属或玻璃挡板以一层为单位进行水平划分分隔层，建筑外侧每层均形成外挂式走廊，在每层楼的楼板和天花高度分别设有进、出风调节盖板。

1.3箱式双层皮幕墙

与廊道式双层皮幕墙立面不同的是箱式双层皮幕墙在水平方向以两块玻璃为一单元，分别在其两边做竖向分隔，形成一层楼高、两块玻璃宽的箱式玻璃夹层单元。

1.4井-箱式双层皮幕墙

井-箱式双层皮幕墙在竖向有规律地设置了贯通层（井），这样，双层皮之间便形成纵横交错的网状通风系统。

2.双层皮幕墙技术特点

双层皮幕墙被誉为“可呼吸的皮肤”。它主要针对以往玻璃幕墙能耗高、室内空气质量差等问题，用双层体系作围护结构，提供自然通风和采光、增加室内空气舒适度、降低能耗，从而较好地解决了自然采光与节能之间的矛盾。双层皮幕墙种类繁多，但其实质是在两层皮之间留有一定宽度的空气间层，此空气间层以不同方式分隔而形成一系列温度缓冲空间。由于空气间层的存在，因而双层皮幕墙能提供一个保护空间以安置遮阳设施（如活动式百叶、固定式百叶或者其他阳光控制构件）。通过调整间层设置的遮阳百叶和利用外层幕墙上下部分的开口的辅助自然通风，可以获得比普通建筑使用的内置百叶更好的遮阳效果，同时可以提供良好的隔声性能和室内通风效果。典型的双层皮幕墙构造图见图5，由1个玻璃外皮层和1个玻璃内皮层组成的多层外围护结构形式，2个玻璃皮层间有1个空气腔夹层，该夹层内一般装置有百叶等遮阳设备。

双层皮幕墙主要具有以下一些特点：

2.1隔声性能

玻璃材料的特性可以有效实现降低进入室内的噪音值。

2.2采光性能

双层皮玻璃幕墙轻巧、晶莹，具有透射和反射性质。用双层体系作围护结构，提供的采光可以创造出明亮的室内光环境，为居住在内的人们提供了通透的视野。

2.3热工性能

双层皮幕墙夹层的空气间层，是提高该技术热工性能的一个重要原因。空气夹层在厚度不大的情况下，可以减小皮幕墙的传热系数。在冬天，太阳辐射将通过对“双层皮”之间空气的预热可以有效地降低建筑表皮的热损失。而在夏天，在“双层皮”间设置的遮阳百页比“单层皮”建筑的内置百页有更佳的遮阳效果，因而是可以降低更多的冷负荷。内置百页虽可阻止阳光辐射向室内进一步穿透，但已透过玻璃的热量却可以对流的方式影响室内的热舒适度。

2.4通风性能

双层皮幕墙由于“皮”的存在，降低了建筑内“皮”上的风压，因而使得高层建筑中部分自由开窗通风成为可能，仅此一举便可以大大降低高层建筑中机械通风所需的能耗。其原理是根据热压原理即通常所谓“烟囱效应”：出风口开启，冷空气会从进风口进入“双层皮”皮幕墙的空气间层，在此进行热交换后，热空气从出风口排出，若内层幕墙开启．也可将室内顶部的热空气同时排出，室内外空气温差越大，进出风口高差越大，则热压作用越强。虽然利用风压也可以实现通风．但由于自然风的不稳定性或由于周围高大建筑、植被的影响。许多情况下在建筑周围形不成足够的风压。因此说“双层皮”幕墙独具的空气间层有利于运用热压原理来加速自然通风。

3.双层皮幕墙技术研究前景

自从双层皮幕墙技术诞生以来，有关于这项技术的研究成果日益增多。但是在长时间的应用中，人们对双层皮幕墙的节能量、甚至节能还是不节能，以及什么情况下节能，什么情况下不节能的等问题产生了比较浓厚的研究兴趣。下面是目前研究较多的一些课题。

3.1双层皮玻璃幕墙建筑的能耗分析和优化设计

这项课题是众多学者最为关注的课题之一。双层皮幕墙种类繁多，结构差异较大，因此这项技术应用在不同地区，采用不同的方式其能耗差别是非常大的。学术界和实践中对该技术也提出了优化要求。主要集中在：夏天，在强烈的阳光辐射下，夹层空气中往往温度过高，尤其是当双层皮之间空隙太小而遮阳效果又不佳时，其温度有时甚至可能超过室外温度，使得开窗自然通风无法实现。这对于夏季炎热地区是致命的缺点。冬天有可能吸入温度过低的进风，导致室内空气涡流和气流啸叫，影响室内（尤其是窗口外）舒适度。缺乏对进入室内的有害气体的净化功能，这降低了位于工业稠密区或污染严重的`特大市场的双层皮建筑的优势。建筑立面的清洁及维护费用增高。

3.2全寿命周期分析研究

尽管双层皮幕墙系统初投资比普通幕墙高很多，但是带来的制冷机装机容量减少以及可能的能耗降低却非常显著，同时由此可能带来整体排放量的降低，因此从全寿命周期的角度进行分析是非常必要的。

目前从全寿命周期分析(特别是全年建筑能耗分析)角度研究双层皮幕墙的还很少，主要研究指标包括全寿命经济分析和全寿命温室气体排放量。比较有代表性的是土耳其学者Cetiner对伊斯坦布尔的温和气候下，不同类型的双层皮幕墙所作的能耗效率和经济效率两方面的研究。结果表明，最节能的双层幕墙比最节能的单层幕墙节能22.84％。在双层幕墙系统中，最节能方案比最费能方案节能33.9％。采用遮阳技术有利于减少建筑能耗和投资。从综合经济性和环境影响两方面来看，虽然高性能窗在全寿命周期中给环境造成的影响稍大，但是和它带来的节能效果相比微不足道。

3.3双层皮幕墙综合传热系数的影响因素研究

双层皮玻璃幕墙从使用至今，还没有一种比较成熟的关于形成空调负荷以及全年能耗的计算或模拟方法，其主要原因是双层皮幕墙传热过程复杂，综合传热系数难以确定，而综合传热系数又是计算空调负荷以及全年能耗的基础。目前已有的研究表明：

1)外循环式双层皮幕墙的综合传热系数随太阳辐射强度的增加呈线性关系增加

2)双层皮幕墙的综合传热系数随通风腔宽度的增加呈近似抛物线形式下降，通风腔宽度大于0.8m后，随着通风腔宽度的继续增加其K值下降趋势平缓，通风腔宽度保持在0.6m～0.8m为佳。

3)综合传热系数K随通风腔高度的呈减小趋势，通风腔高度处于3m～4m之间时，随通风腔高度的增加K值减小幅度比较平缓，通风腔高度大于4m后，随通风腔高度的增加K值下降幅很大，但为保证内侧玻璃温度不会过高而影响室内的热舒适性，通风腔高度保持在4m-5m较为合适，不宜过高。

4)双层皮幕墙的综合传热系数随遮阳装置到外侧玻璃的距离的增大先逐渐减小，然后再逐渐增大，遮阳装置的位置在距外侧玻璃1／3通风腔宽度处为佳。

4.结束语

双层皮幕墙自从诞生以来，关于它的应用研究层出不穷，这项技术也愈发成熟起来。但是研究是无止尽的，好上要加好，如何更加优化该技术，更好的节能、更好得隔声，更加方便地清洁，依然还是我们关注的问题。相信未来该领域的专家学者会更充分地研究该项技术，使得它在今后可以为都市人群提供通透视野、良好空气质量，较强隔声性能等的同时成为建筑节能的更加强有力手段。

参考文献

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