建筑節(jié)能是當今熱門的話題，各種節(jié)能技術(shù)自然備受關(guān)注。通風雙層幕墻便是其中之一。因為能夠滿足建筑師對建筑通透、空靈的追求，同時又具有通風、保溫、隔聲等效果，通風雙層幕墻從20世紀90年代開始在歐洲得到了比較廣泛的應(yīng)用，近幾年在我國

　　國也有不少工程實例。

　　一、定義—概念

　　通風雙層幕墻有內(nèi)、外兩個玻璃層，中間的空氣腔可以讓空氣通過�？諝馇坏耐�風方式可以是自然通風、輔助風機通風或機械通風。除了空氣腔內(nèi)的通風方式，空氣的進入和排出位置也會因為氣候條件、使用方式、建筑位置、使用的小時數(shù)及建筑的暖通空調(diào)策略的不同而產(chǎn)生變化。內(nèi)、外層可以是單層玻璃或雙層玻璃，之間的距離可以是20cm～2m。因為保護和夏季排出熱量的需要，空氣腔內(nèi)通常會設(shè)置遮陽設(shè)備。

　　通風雙層幕墻的太陽參數(shù)與單層幕墻并沒有區(qū)別。但是，因為新增加的外層，形成了熱緩沖區(qū)，所以可以在夏季減少得熱，在冬季使用被動太陽得熱。在供暖季，經(jīng)過預(yù)熱的空氣可以送入室內(nèi)，提供自然通風來獲得良好的室內(nèi)環(huán)境。另一方面，如果通風不好，夏季也會出現(xiàn)過熱的問題。不同的設(shè)置可以使幕墻有不同的使用方式，幕墻系統(tǒng)的靈活性使其能應(yīng)用到不同的氣候條件和地點中。

　　二、分類

　　在現(xiàn)有文獻中，通風雙層幕墻有多種不同的分類方法。

　�。�1）最常用的分類方法是根據(jù)空氣腔的類型（幾何尺寸）進行分類：

　　1）整體式：這種類型里，幕墻中不存在水平或垂直分區(qū)�？諝馇煌�風是由空氣腔底部和頂部附近的大的開啟實現(xiàn)的。

　　2）走廊式：由于隔聲、安全和通風的原因，進行了水平的分區(qū)。

　　3）窗盒式：這種類型里面，橫向、縱向分割把幕墻分成了很小并且獨立的盒子。

　　4）豎井式：這種類型幕墻中設(shè)置了一系列的窗盒組件。這些窗盒通過固定在幕墻中的豎井相連。這些豎井可以使煙囪效應(yīng)得到加強。

　　另外，通風雙層幕墻的分類也可以根據(jù)以下因素進行分類：

　�。�2）通風方式：

　　1）自然通風；

　　2）風機輔助通風；

　　3）機械通風。

　�。�3）氣流來源：

　　1）從外部；

　　2）從內(nèi)部。

　　（4）氣流走向：

　　1）向外；

　　2）向內(nèi)。

　�。�5）氣流方向：

　　1）從下到上；

　　2）從上到下。（僅在機械通風時）

　�。�6）空氣腔寬度：

　　1）窄（10~20cm）；

　　2）寬（0.5~1m）。

　�。�7）分隔

　　1）水平（每層）；

　　2）無水平分隔；

　　3）垂直。

　　三、技術(shù)指標和設(shè)計參數(shù)

　　芬蘭的Uuttu在她的碩士論文中論述了幕墻的結(jié)構(gòu)體系。她認為“完整的結(jié)構(gòu)可以分為三個層次：

　　（1）首要結(jié)構(gòu)：承重核心，所有承受水平和垂直荷載的柱、墻、樓板和支撐；

　�。�2）第二層結(jié)構(gòu)：不承重的樓板、嵌入結(jié)構(gòu)、隔斷、屋頂、附屬物、幕墻部分等；

　　（3）第三層結(jié)構(gòu)：第二層結(jié)構(gòu)中其穩(wěn)定性對第二層結(jié)構(gòu)不起決定作用的部分，如幕墻結(jié)構(gòu)中的窗。”

　　在我國的規(guī)范中也將幕墻結(jié)構(gòu)歸類為不承受建筑結(jié)構(gòu)荷載的外維護結(jié)構(gòu)。而在通風雙層幕墻結(jié)構(gòu)中，除了幕墻本身的結(jié)構(gòu)性能外，幕墻內(nèi)外層的開啟原則，窗和遮陽設(shè)備的類型以及幕墻的空氣腔都對幕墻的功能起到了決定性作用。這里主要對開啟原則，窗和遮陽設(shè)備類型及空氣腔等參數(shù)作簡要論述。

　�。ㄒ唬╅_啟原則

　　空氣腔中的空氣流速和流場類型主要取決于空氣腔的寬度和內(nèi)外層的開啟類型。對于通風功能而言，內(nèi)層幕墻的有效性取決于窗的開啟。國外有學者（Oesterle等）對內(nèi)層的不同窗的開啟方式和相對于立面開洞的通風效果作了如下比較：

　　內(nèi)層不同開啟方式相對于立面開洞的相對通風效果

　　對于外層開啟，Oesterle等指出那些適用于通風雙層幕墻空氣進風口嵌入部分的原則也適用于排風口。在氣流上升途中，隨著漩渦沿邊界和密閉曲線旋轉(zhuǎn)，可能會產(chǎn)生旋流。一旦形成這種擾動，會在很大程度上減少開啟風口的有效區(qū)域。有效截面是剩余的不受擾動的部分，只有這部分才能用于計算中。對此作者給出了例證和詳細的CFD（計算流體力學）模型。

　�。ǘ�）窗和遮陽設(shè)備的類型

　　窗的類型和遮陽設(shè)備的選擇是影響通風雙層幕墻功能的重要因素。不同的窗會對空氣溫度產(chǎn)生不同的影響，進而影響自然通風空氣腔內(nèi)的氣流。選擇能在冬季通過預(yù)熱空氣腔內(nèi)空氣提供自然通風降低能耗的窗，在夏季就會有過熱的問題。百葉的參數(shù)（吸收、反射和傳導）和幾何尺寸也會影響空氣腔內(nèi)的氣流。

　　1、從大部分的文獻及眾多實例中可以看出，通風雙層幕墻中最常用的窗的類型有：

　�。�1）內(nèi)層通常為保溫雙層窗。玻璃通常為鋼化玻璃或鋼化浮法玻璃。窗中間的間層充入空氣、氬氣或氪氣。

　�。�2）外層通常為鋼化單層窗。有時也可以是多層玻璃。

　　最常用的外層為熱加強型安全玻璃或多層安全玻璃。內(nèi)層幕墻有

　　（2）外層通常為鋼化單層窗。有時也可以是多層玻璃。

　　最常用的外層為熱加強型安全玻璃或多層安全玻璃。內(nèi)層幕墻有固定或可開啟的雙層或單層窗格、窗扉或外推上懸窗。內(nèi)層玻璃幕墻的低輻射鍍膜降低了室內(nèi)外的輻射熱交換（但要取決于冬夏的具體情況）�？紤]到費用不建議采用價格偏貴的玻璃，如火石玻璃等；如有特殊安全原因（如玻璃撓度要求或避免玻璃跌落的規(guī)范要求），要采用強化玻璃或多層安全玻璃。

　　2、使用的遮陽設(shè)備一般為水平百葉，布置在空氣腔內(nèi)，有利于保護設(shè)備。在大型項目中，對于遮陽設(shè)備的材料和尺寸，及遮陽設(shè)備與窗的結(jié)合的準確特性是有待進一步研究的，同樣空氣間層的通風對于百葉角度的關(guān)系也值得進一步研究。

　�。ㄈ�）空氣腔

　　詳細計算通風雙層幕墻空氣腔內(nèi)不同高度的氣流和溫度，可以優(yōu)化通風雙層幕墻的射擊參數(shù)，提高性能效率。通常氣流計算的詳細程度是通風雙層幕墻設(shè)計的關(guān)鍵。另一方面，計算越詳細，需要的時間和投入就會越多。現(xiàn)有文獻中，計算空氣腔內(nèi)氣流的方法各不相同。但根據(jù)解決方案和復(fù)雜程度對主要氣流模型有如下分類：

　　（1）建筑能耗平衡（BEB）模型。主要依靠對氣流的估計。

　�。�2）分區(qū)氣流網(wǎng)絡(luò)（AFN）模型�；�于區(qū)域物質(zhì)平衡和區(qū)域內(nèi)流體壓力關(guān)系，通常適用于整個建筑。

　�。�3）計算流體力學（CFD）�；�于所有構(gòu)成流場微元的能量、質(zhì)量和動量守恒，一般適用于單個建筑分區(qū)。

　　由于計算流體力學（CFD）模擬可以提供溫度場和流場的細節(jié)內(nèi)容，所以越來越多地的得到應(yīng)用。設(shè)計空氣腔時，詳細程度是很重要的。內(nèi)外層開啟類型、遮陽設(shè)備的大小尺寸、通風類型等都會影響氣流的類型。因此，CFD模擬可以提供有益的細節(jié)內(nèi)容，避免設(shè)計過程中出現(xiàn)意想不到的錯誤。但是由于受計算機性能的限制，氣流的模擬還是很困難的，隨著計算機性能的提高，CFD模擬能力也會得到提高。

　　四、通風雙層幕墻的優(yōu)、缺點

　�。ㄒ唬� 優(yōu)點：

　　（1）低造價。這里要說明的是，與電動變色窗、熱變色窗、光變色窗的方案相比，造價要低。（這幾種窗的參數(shù)都可以根據(jù)氣候和環(huán)境的變化而變化）

　�。�2）隔聲。良好的隔聲效果是使用通風雙層幕墻最重要的因素之一，特別是在外部噪聲大的地區(qū)（如交通噪聲等）。

　　（3）隔熱。在冬季，減小空氣腔內(nèi)空氣流速，增加其溫度會降低玻璃表面?zhèn)鳠崴俣龋瑴p少熱損失，可以提高保溫效果；夏季，自然通風、輔助機械通風或機械通風時，可以排出空氣腔中的熱空氣，降低空氣腔內(nèi)空氣溫度，減少空調(diào)負荷。

　�。�4）夜間通風。夏季，內(nèi)層容易過熱，在夜間用自然通風預(yù)冷室內(nèi)區(qū)域就可以節(jié)能。早晨，室內(nèi)溫度不很高，會讓使用者感覺很舒適，并可以提高室內(nèi)空氣質(zhì)量。

　�。�5）節(jié)能、減少環(huán)境影響。與傳統(tǒng)的單層幕墻相比，設(shè)計合理時額外的一層外套能增加節(jié)能的效果。

　�。�6）通透。很多建筑師越來越希望采用更大面積的幕墻作為維護結(jié)構(gòu)。

　�。�7）自然通風。通風雙層幕墻一個重要優(yōu)點就是能夠自然通風（或有輔助風機通風）。不同類型的通風雙層幕墻可以應(yīng)用在不同的氣候條件、朝向、位置和建筑類型中，以達到隨時為室內(nèi)提供新鮮空氣的目的。

　　（8）熱舒適性-內(nèi)墻溫度。因為供暖季通風雙層幕墻空氣腔內(nèi)的溫度比室外高，與單層幕墻相比，通風雙層幕墻內(nèi)層的溫度可以與室內(nèi)溫度接近。另一方面，在設(shè)計中很重要的一點是在夏季不能讓空氣腔內(nèi)的溫度上升過高，應(yīng)使過熱的空氣盡快從空氣腔中排出，以帶走熱量。

　　（9）傳熱系數(shù)和太陽能總透射比都較低。

　　（10）對遮陽或照明設(shè)施的更好保護。因為這些設(shè)備布置在通風雙層幕墻中間的空氣腔內(nèi)，它們可以不受風雨的影響。

　�。ǘ�）缺點：

　　（1）建造、維護和運行本高。和傳統(tǒng)的幕墻比，建造成本要高很多；另外，維護和運行等各方面的花費也都比單層幕墻要高。

　　（2）防火。對于建筑防火而言，現(xiàn)在還不是很清楚通風雙層幕墻的影響是正面的，還是負面的。但有研究人員提到了火災(zāi)時煙氣在房間之間蔓延的可能性。

　　（3）減少建筑室內(nèi)可利用面積。通風雙層幕墻的空氣腔的寬度從20cm到幾米。因此會減少實際的使用空間，通常空氣腔的寬度會影響內(nèi)部參數(shù)和幕墻性能；有時，空氣腔寬度越大，越能提高與外層相鄰的內(nèi)層的熱舒適性。因此，選擇恰當?shù)哪粔�寬度很重要，既不過寬（以節(jié)省空間），又要能滿足各種使用要求。

　�。�4）過熱問題。這里主要說的是，若設(shè)計不當，在夏季時空氣腔內(nèi)的空氣溫度會過高，進而會使室內(nèi)溫度升高，增加空調(diào)負荷。這是個在設(shè)計通風雙層幕墻時經(jīng)常會遇到的問題。

　�。�5）增加結(jié)構(gòu)承重。雙層幕墻結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)幕墻相比重量會增大，所以結(jié)構(gòu)的承重也會加大。

　�。�6）隔聲。如果設(shè)計不當，會產(chǎn)生房間、樓層間串聲的問題。

　　五、結(jié)論

　　事實上，通風雙層幕墻系統(tǒng)很大程度依賴于外界環(huán)境，因為該系統(tǒng)可以讓室外環(huán)境對室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生影響。所以，在做通風雙層幕墻設(shè)計時要根據(jù)項目的具體情況來考慮。雖然通風雙層幕墻有很多優(yōu)點，但它的造價偏高，所以在選擇通風雙層幕墻作為建筑外維護結(jié)構(gòu)時應(yīng)慎重考慮涉及到的各方面要求。當然，如果設(shè)計合理，在滿足各方面使用要求和功能的情況下，通風雙層幕墻的節(jié)能特性會在使用當中逐漸體現(xiàn)出來。