建筑節(jié)能是當(dāng)今熱門的話題，各種節(jié)能技術(shù)自然備受關(guān)注。通風(fēng)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(fēng)、保溫、隔聲等效果，通風(fēng)雙層幕墻從20世紀(jì)90年代開始在歐洲得到了比較廣泛的應(yīng)用，近幾年在我國也有不少工程實例。

　　一、定義—概念

　　通風(fēng)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(fēng)方式可以是自然通風(fēng)、輔助風(fēng)機(jī)通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)。除了空氣腔內(nèi)的通風(fēng)方式，空氣的進(jìn)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(hù)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(fēng)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(fēng)來獲得良好的室內(nèi)環(huán)境。另一方面，如果通風(fēng)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(xiàn)中，通風(fēng)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(jìn)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)。空氣腔通風(fēng)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(fēng)的原因，進(jìn)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(qiáng)。

　　另外，通風(fēng)雙層幕墻的分類也可以根據(jù)以下因素進(jìn)行分類：

　�。�2）通風(fēng)方式：

　　1）自然通風(fēng)；

　　2）風(fēng)機(jī)輔助通風(fēng)；

　　3）機(jī)械通風(fēng)。

　�。�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(jī)械通風(fēng)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(biāo)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(rèn)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(hù)結(jié)構(gòu)。而在通風(fēng)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(fēng)功能而言，內(nèi)層幕墻的有效性取決于窗的開啟。國外有學(xué)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(fēng)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(fēng)效果

　　對于外層開啟，Oesterle等指出“那些適用于通風(fēng)雙層幕墻空氣進(jìn)風(fēng)口嵌入部分的原則也適用于排風(fēng)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(fēng)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(xì)的CFD（計算流體力學(xué)）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(fēng)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(jìn)而影響自然通風(fēng)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(fēng)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(dǎo)）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(xiàn)及眾多實例中可以看出，通風(fēng)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(qiáng)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(qiáng)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(hù)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(zhǔn)確特性是有待進(jìn)一步研究的，同樣空氣間層的通風(fēng)對于百葉角度的關(guān)系也值得進(jìn)一步研究。

　�。ㄈ�）空氣腔詳細(xì)計算通風(fēng)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(fēng)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(xì)程度是通風(fēng)雙層幕墻設(shè)計的關(guān)鍵。另一方面，計算越詳細(xì)，需要的時間和投入就會越多�，F(xiàn)有文獻(xiàn)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(xué)（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(xué)（CFD）模擬可以提供溫度場和流場的細(xì)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(xì)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(fēng)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(xì)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(jī)性能的限制，氣流的模擬還是很困難的，隨著計算機(jī)性能的提高，CFD模擬能力也會得到提高。

　　四、通風(fēng)雙層幕墻的優(yōu)、缺點

　�。ㄒ唬﹥�(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(fēng)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(fēng)、輔助機(jī)械通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)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(fù)荷。

　　（4）夜間通風(fēng)。夏季，內(nèi)層容易過熱，在夜間用自然通風(fēng)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(hù)結(jié)構(gòu)。

　　（7）自然通風(fēng)。通風(fēng)雙層幕墻一個重要優(yōu)點就是能夠自然通風(fēng)（或有輔助風(fēng)機(jī)通風(fēng)）。不同類型的通風(fēng)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(dá)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(fēng)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(fēng)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(hù)。因為這些設(shè)備布置在通風(fēng)雙層幕墻中間的空氣腔內(nèi)，它們可以不受風(fēng)雨的影響。

　�。ǘ�）缺點：

　　（1）建造、維護(hù)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(hù)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(fēng)雙層幕墻的影響是正面的，還是負(fù)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(fēng)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(dāng)?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(dāng)，在夏季時空氣腔內(nèi)的空氣溫度會過高，進(jìn)而會使室內(nèi)溫度升高，增加空調(diào)負(fù)荷。這是個在設(shè)計通風(fēng)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(dāng)，會產(chǎn)生房間、樓層間串聲的問題。

　　五、結(jié)論

　　事實上，通風(fēng)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(fēng)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(fēng)雙層幕墻有很多優(yōu)點，但它的造價偏高，所以在選擇通風(fēng)雙層幕墻作為建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)時應(yīng)慎重考慮涉及到的各方面要求。當(dāng)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(fēng)雙層幕墻的節(jié)能特性會在使用當(dāng)中逐漸體現(xiàn)出來。