摘 要:根據(jù)氣體體積V、壓強P、溫度T 三個狀態(tài)參數(shù),探討通風式(雙層)玻璃幕墻的通風原理。提出利用地下室“冬暖夏涼”的空氣作為雙層玻璃幕墻之間“空腔”里的介質(zhì),隔離外層幕墻玻璃向內(nèi)層幕墻玻璃傳遞冷(熱)量,從而保持室內(nèi)經(jīng)空調(diào)采暖系統(tǒng)調(diào)節(jié)的室內(nèi)氣溫相對穩(wěn)定,達到節(jié)能降耗的效果。 

關(guān)鍵詞:幕墻;通風;節(jié)能 
  通風式(又稱雙層式、呼吸式)玻璃幕墻,它是由雙層玻璃幕墻組成,在雙層之間的“空腔”(或稱為通道)里;空氣起作隔離內(nèi)外層玻璃幕墻因空氣溫差產(chǎn)生的冷熱交換,當它受到外力(如抽風機)或自然通風的作用產(chǎn)生流動時可以被排出;排出“空腔”內(nèi)受到外層玻璃幕墻傳導(dǎo)的冷(熱)空氣;就能排除或減少其對內(nèi)層玻璃幕墻外表面層氣溫的影響;也就能保持室內(nèi)空氣溫度相對穩(wěn)定,從而減輕或不增加室內(nèi)空調(diào)或采暖系統(tǒng)的運行負荷,以達到節(jié)能降耗的目的。特別在炎熱的夏天或寒冷的冬天,室內(nèi)外氣溫相差很大時這種節(jié)能降耗更顯著,這是與單層玻璃幕墻的根本區(qū)別。 
  能不斷排出“空腔”內(nèi)受到外層玻璃幕墻傳導(dǎo)的冷(熱)空氣;這是通風式玻璃幕墻功能的關(guān)鍵所在,除了要研發(fā)創(chuàng)新該項幕墻的構(gòu)造技術(shù)、材料技術(shù)、控制技術(shù)外,該項幕墻通風原理的探討;特別是探討能以自然通風為主、電力通風為輔的排出方式更有意義。因僅靠自然通風的原理難以保持排風的有效性和持續(xù)性;靠電力通風排氣會增加設(shè)備投資和運行費用;達不到節(jié)能降耗目的。 
  我們知道空氣定向流動必須要在流動方向的兩端存在壓力差,由壓力高的地方流向壓力低的地方,這種壓力是空氣自身的靜壓與外來的動壓之和。而雙層玻璃幕墻之間的“空腔”內(nèi),沿建筑物高度如何產(chǎn)生下高上低的空氣壓力差使空氣由下而上地流動呢?在敞開式外循環(huán)體系通風式玻璃幕墻中;夏季“空腔”的空氣在陽光照射下升溫;幕墻上下開通風口使空氣對流,產(chǎn)生“煙囟效應(yīng)”,是利用等壓過程中氣溫升高體積膨張(向各方向產(chǎn)生靜壓力)的原理。當打開“空腔”上下設(shè)置的進排風口,“空腔”內(nèi)升溫的空氣在向其他方向膨張受阻的條件下;迫使它向上膨張形成空氣上浮經(jīng)排風口排出(并非是上下排氣口之間有靜壓差),帶走外界熱空氣對內(nèi)層幕墻玻璃外表面氣溫的影響。冬季關(guān)閉外幕墻上設(shè)置的排風口,滯留“空腔”的空氣;在陽光照射下升溫產(chǎn)生“室溫效應(yīng)”,隔離外幕墻玻璃接受外界冷空氣對內(nèi)層幕墻玻璃外表氣溫的影響;以保護室內(nèi)氣溫穩(wěn)定。 
  上述冬季的“室溫效應(yīng)” 和夏季“煙囟效應(yīng)” 是在有陽光照射下的條件形成的,而實際上還存在著無陽光照射;雙層玻璃幕墻之間的“空腔”內(nèi)難以形成冬季“室溫效應(yīng)” 和夏季“煙囟效應(yīng)”。那么是否因無陽光照射雙層玻璃幕墻內(nèi)外之間無溫差呢?其實不然。實際上在冬季無陽光照射的時段;如一天二十四小時中早上、晚上、夜間將有十幾小時;還有降雪下雨天、多云陰天等。室內(nèi)氣溫經(jīng)空調(diào)采暖系統(tǒng)處理會保持一定的相對穩(wěn)定的溫度;比如C氏18—25度,而室外在無陽光照射下氣溫會更低;甚至于零下十幾度、二十幾度,雙層玻璃幕墻內(nèi)外溫差更大,這些時段雙層玻璃幕墻之間的“空腔”內(nèi)無“室溫效應(yīng)”,“空腔”內(nèi)的氣溫會大大降低內(nèi)層幕墻玻璃外表層氣溫,從而降低或影響室內(nèi)溫度。若要保持室內(nèi)穩(wěn)定的溫度就需要增加空調(diào)采暖負荷。既便夏季炎熱的天氣里無陽光照射的時段;晚上至夜間22時之前,由于地表在白天陽光照射下吸收大量的熱量,到晚上夜間需要散熱蒸發(fā)而使室外氣溫升高,這時段雙層玻璃幕墻之間的“空腔”內(nèi);“煙囟效應(yīng)”就沒有白天陽光照射下那樣的效果顯著,“空腔”內(nèi)的空氣也會吸收內(nèi)層幕墻玻璃外表面冷氣溫度而影響室內(nèi)溫度,若要保持室內(nèi)穩(wěn)定的溫度也需要增加空調(diào)制冷負荷。 
  作為通風式(雙層)玻璃幕墻的本質(zhì)作用;是利用雙層玻璃幕墻之間“空腔”內(nèi)的空氣隔離或減少外界冷(熱)空氣對室內(nèi)氣溫的影響,使室內(nèi)生活、工作有良好的相對穩(wěn)定的舒適環(huán)境。而“空腔”內(nèi)作為傳媒介質(zhì)的空氣是分子運動較為活躍的物質(zhì)之一;即對物質(zhì)溫度的傳遞(吸熱或放熱)異;钴S。利用這種“介質(zhì)”本身就存在著矛盾,一方面利用它“隔離”外來冷(熱)量,另一方面它又傳遞(吸收或釋放)外來的冷(熱)量。 
  利用雙層玻璃幕墻之間“空腔”內(nèi)的空氣介質(zhì),就要利用它“隔離” 外來冷(熱)空氣的長處,避它傳遞(吸收或釋放)外來冷(熱)空氣的短處,實質(zhì)上就是讓它的氣溫與室內(nèi)氣溫相近,降低它向內(nèi)層幕墻玻璃外表面?zhèn)鬟f冷(熱)空氣的能力,減少它對室內(nèi)氣溫的影響。同時要讓它在“空腔”內(nèi)上浮流動,否則,它滯留在“空腔”內(nèi)的時間長,會吸收外層幕墻玻璃傳導(dǎo)的外界空氣的冷(熱)量;與內(nèi)層幕墻玻璃外表面氣溫溫差變大;影響室內(nèi)氣溫的變化。在敞開式外循環(huán)體系通風式玻璃幕墻中,一般外層幕墻采用中空鋼化玻璃和利用各種形式的遮陽板遮陽,其意義就在于夏季隔離和遮擋陽光照射使“空腔”內(nèi)氣溫升高,減少“空腔”內(nèi)氣溫與內(nèi)層幕墻玻璃外表面氣溫的溫差。打開外玻璃幕墻上下進排風口讓“空腔”內(nèi)熱空氣上浮流動;既帶走內(nèi)層幕墻玻璃外表層升溫的空氣,也減少“空腔”內(nèi)氣溫與內(nèi)層幕墻玻璃外表層氣溫的溫差。 
  雙層幕墻之間“空腔”內(nèi)的空氣氣溫與內(nèi)層幕墻玻璃外表層氣溫溫差越;與內(nèi)層幕墻玻璃外表層的冷(熱)交換能力越弱;保護室內(nèi)氣溫穩(wěn)定的能力越強。冬季采取“室溫效應(yīng)” 和夏季采取遮陽換氣的“煙囟效應(yīng)”;都是在有陽光照射的條件下使“空腔”內(nèi)的氣溫與內(nèi)層幕墻玻璃外表層氣溫溫差減小的措施。在無陽光照射的時段;如何調(diào)節(jié)“空腔”內(nèi)的氣溫與內(nèi)層幕墻玻璃外表氣溫相近?使冬季“室溫效應(yīng)” 和夏季“煙囟效應(yīng)”不受無陽光照射的影響而發(fā)揮作用,本文將就此問題進行一下探討。 
  我們知道建筑物地下室的氣溫相對于外界氣溫可謂“冬暖夏涼”,且一年四季保持相對穩(wěn)定。它是由于地面層和建筑物長期隔離室外;不受室外氣溫冷暖變化的影響以及與“地氣”的交換形成的,又因地下室與室內(nèi)電梯井及消防安全樓梯通道相通,因此常年與室內(nèi)氣溫相近。并且與停車場的進車道相通;由進車道通向外界可引進室外新鮮空氣,故地下室空氣可謂是無能耗資源。若把地下室空氣引入雙層玻璃幕墻之間“空腔”內(nèi)作為介質(zhì);隔離內(nèi)外層玻璃幕墻之間空氣的冷(熱)交換;對建筑物內(nèi)空調(diào)采暖系統(tǒng)的節(jié)能降耗將更有意義。   在通風式玻璃幕墻中;“封閉式通風體系”外層玻璃幕墻為全封閉狀態(tài),內(nèi)層玻璃幕墻下部開設(shè)通風口,室內(nèi)空氣經(jīng)該風口進入雙層玻璃幕墻之間“空腔”,“空腔”與室內(nèi)空調(diào)采暖系統(tǒng)的抽風管相通,通過空調(diào)采暖系統(tǒng)風機的運行;強制性使“空腔”內(nèi)空氣流動循環(huán),使內(nèi)層幕墻玻璃外表面氣溫接近室內(nèi)氣溫,以達到室內(nèi)氣溫穩(wěn)定。但這種以室內(nèi)經(jīng)過空調(diào)采暖系統(tǒng)制冷(或加溫)的氣體作為“隔離”介質(zhì)是一種資源浪費,同時為使“空腔”內(nèi)空氣循環(huán)流動;需要借助專用設(shè)備的運行驅(qū)動又增加消耗能源。所以“封閉式通風體系”的玻璃幕墻不被采用也在情理之中。 
  利用空氣壓強P、體積V和溫度T三者之間的關(guān)系,當室內(nèi)外空氣壓強P不變時(其實對建筑物所在地;室內(nèi)外的大氣壓是一樣的);空氣的體積V隨著空氣溫度T的升高而膨脹。敞開式外循環(huán)體系通風式玻璃幕墻夏季的“煙囟效應(yīng)”;就是利用“空腔”內(nèi)氣體升溫自然膨脹形成氣流,故稱自然通風。 
  利用“封閉式”和“敞開式”通風式玻璃幕墻各有的特點;引入地下室空氣作為雙層玻璃幕墻之間“空腔”的介質(zhì);來實現(xiàn)通風式玻璃幕墻節(jié)能;特別是針對無陽光照射條件下的節(jié)能很有現(xiàn)實意義。因為地下室的氣溫相對于外界氣溫是“冬暖夏涼”;常年與室內(nèi)氣溫接近,用這種介質(zhì)對保護內(nèi)層幕墻玻璃外表氣溫不被散失;保持室內(nèi)氣溫穩(wěn)定,且在無陽光照射的條件下也能發(fā)揮冬季“室溫效應(yīng)”和夏季“煙囟效應(yīng)”。 
  引入地下室空氣到雙層玻璃幕墻之間的“空腔”里,類似“封閉式”和“敞開式”通風式玻璃幕墻下端開風口;即在地下室外圍護墻體上部開排氣口;地下室空氣通過排氣口經(jīng)構(gòu)筑的風道(風道出口要高出室外地面1M左右,且在雙層玻璃幕墻之間)進入“空腔”,在外層玻璃幕墻的頂部開設(shè)排氣口,使地下室排氣口與外層玻璃幕墻的頂部的排氣口之間因溫差而產(chǎn)生壓力差,形成自然通風的效果(當然上下排氣口需要裝置防護網(wǎng)和控制風量風向?qū)Я靼偃~片)。這也是利用空氣壓強P、體積V和溫度T三者之的關(guān)系中當體積V不變時氣溫T上升壓強P增大的原理。 
  冬季在無陽光照射時段(這段時間比有陽光照射的時段更長;達十幾小時),內(nèi)外層玻璃幕墻之間氣溫相差很大(如果室內(nèi)氣溫設(shè)置在C氏18—25度:室外氣溫會零下甚至于零下十幾度、二十幾度),雙層幕墻之間“空腔”里的空氣在內(nèi)外層玻璃氣溫相差很大的條件下進行冷熱交挽;會大量吸收內(nèi)層幕墻玻璃外表面的熱量而降低室內(nèi)的氣溫。地下室氣溫“冬暖”與室內(nèi)氣溫相近;將它引入雙層幕墻之間“空腔”里;它與內(nèi)層幕墻玻璃外表面的氣溫溫差;吸收內(nèi)層幕墻玻璃外表面熱量的能力低;以達到保持內(nèi)層幕墻內(nèi)側(cè)氣溫穩(wěn)定的作用。夏季在無陽光照射時段;利用地下室氣溫“夏涼”的特征;將它引入雙層幕墻之間“空腔”里;它與內(nèi)層幕墻玻璃外表面的氣溫溫差也很。慌c內(nèi)層幕墻玻璃外表面的冷(熱)交換能力低;同樣對保持內(nèi)層幕墻內(nèi)側(cè)氣溫的穩(wěn)定起作用。 
  地下室空氣氣溫“冬暖夏涼”,常年較為穩(wěn)定,并且是無能耗資源。室內(nèi)經(jīng)空調(diào)采暖系統(tǒng)調(diào)節(jié)的空氣溫度也較為穩(wěn)定,兩者的氣溫相近;相互冷(熱)交換能力弱,因此利用地下室空氣作為雙層幕墻之間“空腔”里介質(zhì);隔離外層幕墻玻璃傳導(dǎo)冷(熱)應(yīng)該是理想的選擇。特別在冬季無陽光照射的條件下對它的利用更有意義。如果地下室空間足夠大于雙層幕墻之間“空腔”的空間,能使地下室“冬暖夏涼”的空氣持續(xù)引入“空腔”并使它循環(huán)使用,不僅室內(nèi)空調(diào)采暖系統(tǒng)可節(jié)能降耗;甚至雙層幕墻內(nèi)層或外層幕墻不需用中空玻璃及百葉遮陽板;還將大大減少幕墻的投資。 
  通風式(雙層)玻璃幕墻作為幕墻節(jié)能的發(fā)展方向,已越來越引起業(yè)內(nèi)人士的重視。在它發(fā)展應(yīng)用的過程中還涉及到構(gòu)造技術(shù)、材料技術(shù)、控制技術(shù)、自然條件、功能設(shè)計、規(guī)范指導(dǎo)等多種因素。本文通過對通風式(雙層)玻璃幕墻通風原理的理解和探討;提出利用地下室“冬暖夏涼”的空氣與室內(nèi)氣溫相近的特點;作為雙層幕墻之間“空腔”里隔離外層幕墻玻璃傳遞冷(熱)的介質(zhì);期望使“空腔”里冬季的“室溫效應(yīng)”和夏季的“煙囟效應(yīng)”不受無陽光照射的限制而常態(tài)化,使通風式(雙層)玻璃幕墻起到真正意義上的節(jié)能降耗并得到廣泛的應(yīng)用。