建筑節能是當今熱門(mén)的話(huà)題，各種節能技術(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(mǎn)足建筑師對建筑通透、空靈的追求，同時(shí)又具有通風(fēng)、保溫、隔聲等效果，通風(fēng)雙層幕墻從20世紀90年代開(kāi)始在歐洲得到了比較廣泛的應用，近幾年在我國

　　國也有不少工程實(shí)例。

　　一、定義—概念

　　通風(fēng)雙層幕墻有內、外兩個(gè)玻璃層，中間的空氣腔可以讓空氣通過(guò)�？諝馇坏耐�風(fēng)方式可以是自然通風(fēng)、輔助風(fēng)機通風(fēng)或機械通風(fēng)。除了空氣腔內的通風(fēng)方式，空氣的進(jìn)入和排出位置也會(huì )因為氣候條件、使用方式、建筑位置、使用的小時(shí)數及建筑的暖通空調策略的不同而產(chǎn)生變化。內、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，空氣腔內通常會(huì )設置遮陽(yáng)設備。

　　通風(fēng)雙層幕墻的太陽(yáng)參數與單層幕墻并沒(méi)有區別。但是，因為新增加的外層，形成了熱緩沖區，所以可以在夏季減少得熱，在冬季使用被動(dòng)太陽(yáng)得熱。在供暖季，經(jīng)過(guò)預熱的空氣可以送入室內，提供自然通風(fēng)來(lái)獲得良好的室內環(huán)境。另一方面，如果通風(fēng)不好，夏季也會(huì )出現過(guò)熱的問(wèn)題。不同的設置可以使幕墻有不同的使用方式，幕墻系統的靈活性使其能應用到不同的氣候條件和地點(diǎn)中。

　　二、分類(lèi)

　　在現有文獻中，通風(fēng)雙層幕墻有多種不同的分類(lèi)方法。

　�。�1）最常用的分類(lèi)方法是根據空氣腔的類(lèi)型（幾何尺寸）進(jìn)行分類(lèi)：

　　1）整體式：這種類(lèi)型里，幕墻中不存在水平或垂直分區�？諝馇煌�風(fēng)是由空氣腔底部和頂部附近的大的開(kāi)啟實(shí)現的。

　　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。

　　3）窗盒式：這種類(lèi)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(lèi)型幕墻中設置了一系列的窗盒組件。這些窗盒通過(guò)固定在幕墻中的豎井相連。這些豎井可以使煙囪效應得到加強。

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

　�。�2）通風(fēng)方式：

　　1）自然通風(fēng)；

　　2）風(fēng)機輔助通風(fēng)；

　　3）機械通風(fēng)。

　�。�3）氣流來(lái)源：

　　1）從外部；

　　2）從內部。

　�。�4）氣流走向：

　　1）向外；

　　2）向內。

　�。�5）氣流方向：

　　1）從下到上；

　　2）從上到下。（僅在機械通風(fēng)時(shí)）

　�。�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(wú)水平分隔；

　　3）垂直。

　　三、技術(shù)指標和設計參數

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

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

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

　�。�3）第三層結構：第二層結構中其穩定性對第二層結構不起決定作用的部分，如幕墻結構中的窗。”

　　在我國的規范中也將幕墻結構歸類(lèi)為不承受建筑結構荷載的外維護結構。而在通風(fēng)雙層幕墻結構中，除了幕墻本身的結構性能外，幕墻內外層的開(kāi)啟原則，窗和遮陽(yáng)設備的類(lèi)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(kāi)啟原則，窗和遮陽(yáng)設備類(lèi)型及空氣腔等參數作簡(jiǎn)要論述。

　�。ㄒ唬╅_(kāi)啟原則

　　空氣腔中的空氣流速和流場(chǎng)類(lèi)型主要取決于空氣腔的寬度和內外層的開(kāi)啟類(lèi)型。對于通風(fēng)功能而言，內層幕墻的有效性取決于窗的開(kāi)啟。國外有學(xué)者（Oesterle等）對內層的不同窗的開(kāi)啟方式和相對于立面開(kāi)洞的通風(fēng)效果作了如下比較：

　　內層不同開(kāi)啟方式相對于立面開(kāi)洞的相對通風(fēng)效果

　　對于外層開(kāi)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(zhù)漩渦沿邊界和密閉曲線(xiàn)旋轉，可能會(huì )產(chǎn)生旋流。一旦形成這種擾動(dòng)，會(huì )在很大程度上減少開(kāi)啟風(fēng)口的有效區域。有效截面是剩余的不受擾動(dòng)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(xué)）模型。

　�。ǘ�）窗和遮陽(yáng)設備的類(lèi)型

　　窗的類(lèi)型和遮陽(yáng)設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(huì )對空氣溫度產(chǎn)生不同的影響，進(jìn)而影響自然通風(fēng)空氣腔內的氣流。選擇能在冬季通過(guò)預熱空氣腔內空氣提供自然通風(fēng)降低能耗的窗，在夏季就會(huì )有過(guò)熱的問(wèn)題。百葉的參數（吸收、反射和傳導）和幾何尺寸也會(huì )影響空氣腔內的氣流。

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

　�。�1）內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(shí)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。內層幕墻有

　�。�2）外層通常為鋼化單層窗。有時(shí)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。內層幕墻有固定或可開(kāi)啟的雙層或單層窗格、窗扉或外推上懸窗。內層玻璃幕墻的低輻射鍍膜降低了室內外的輻射熱交換（但要取決于冬夏的具體情況）�？紤]到費用不建議采用價(jià)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范要求），要采用強化玻璃或多層安全玻璃。

　　2、使用的遮陽(yáng)設備一般為水平百葉，布置在空氣腔內，有利于保護設備。在大型項目中，對于遮陽(yáng)設備的材料和尺寸，及遮陽(yáng)設備與窗的結合的準確特性是有待進(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

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

　�。�1）建筑能耗平衡（BEB）模型。主要依靠對氣流的估計。

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

　�。�3）計算流體力學(xué)（CFD）�；�于所有構成流場(chǎng)微元的能量、質(zhì)量和動(dòng)量守恒，一般適用于單個(gè)建筑分區。

　　由于計算流體力學(xué)（CFD）模擬可以提供溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的細節內容，所以越來(lái)越多地的得到應用。設計空氣腔時(shí)，詳細程度是很重要的。內外層開(kāi)啟類(lèi)型、遮陽(yáng)設備的大小尺寸、通風(fēng)類(lèi)型等都會(huì )影響氣流的類(lèi)型。因此，CFD模擬可以提供有益的細節內容，避免設計過(guò)程中出現意想不到的錯誤。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(zhù)計算機性能的提高，CFD模擬能力也會(huì )得到提高。

　　四、通風(fēng)雙層幕墻的優(yōu)、缺點(diǎn)

　�。ㄒ唬� 優(yōu)點(diǎn)：

　�。�1）低造價(jià)。這里要說(shuō)明的是，與電動(dòng)變色窗、熱變色窗、光變色窗的方案相比，造價(jià)要低。（這幾種窗的參數都可以根據氣候和環(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（如交通噪聲等）。

　�。�3）隔熱。在冬季，減小空氣腔內空氣流速，增加其溫度會(huì )降低玻璃表面傳熱速度，減少熱損失，可以提高保溫效果；夏季，自然通風(fēng)、輔助機械通風(fēng)或機械通風(fēng)時(shí)，可以排出空氣腔中的熱空氣，降低空氣腔內空氣溫度，減少空調負荷。

　�。�4）夜間通風(fēng)。夏季，內層容易過(guò)熱，在夜間用自然通風(fēng)預冷室內區域就可以節能。早晨，室內溫度不很高，會(huì )讓使用者感覺(jué)很舒適，并可以提高室內空氣質(zhì)量。

　�。�5）節能、減少環(huán)境影響。與傳統的單層幕墻相比，設計合理時(shí)額外的一層外套能增加節能的效果。

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

　�。�7）自然通風(fēng)。通風(fēng)雙層幕墻一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)就是能夠自然通風(fēng)（或有輔助風(fēng)機通風(fēng)）。不同類(lèi)型的通風(fēng)雙層幕墻可以應用在不同的氣候條件、朝向、位置和建筑類(lèi)型中，以達到隨時(shí)為室內提供新鮮空氣的目的。

　�。�8）熱舒適性-內墻溫度。因為供暖季通風(fēng)雙層幕墻空氣腔內的溫度比室外高，與單層幕墻相比，通風(fēng)雙層幕墻內層的溫度可以與室內溫度接近。另一方面，在設計中很重要的一點(diǎn)是在夏季不能讓空氣腔內的溫度上升過(guò)高，應使過(guò)熱的空氣盡快從空氣腔中排出，以帶走熱量。

　�。�9）傳熱系數和太陽(yáng)能總透射比都較低。

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

　�。ǘ�）缺點(diǎn)：

　�。�1）建造、維護和運行本高。和傳統的幕墻比，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，現在還不是很清楚通風(fēng)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時(shí)煙氣在房間之間蔓延的可能性。

　�。�3）減少建筑室內可利用面積。通風(fēng)雙層幕墻的空氣腔的寬度從20cm到幾米。因此會(huì )減少實(shí)際的使用空間，通�？諝馇坏膶挾葧�(huì )影響內部參數和幕墻性能；有時(shí)，空氣腔寬度越大，越能提高與外層相鄰的內層的熱舒適性。因此，選擇恰當的幕墻寬度很重要，既不過(guò)寬（以節省空間），又要能滿(mǎn)足各種使用要求。

　�。�4）過(guò)熱問(wèn)題。這里主要說(shuō)的是，若設計不當，在夏季時(shí)空氣腔內的空氣溫度會(huì )過(guò)高，進(jìn)而會(huì )使室內溫度升高，增加空調負荷。這是個(gè)在設計通風(fēng)雙層幕墻時(shí)經(jīng)常會(huì )遇到的問(wèn)題。

　�。�5）增加結構承重。雙層幕墻結構與傳統幕墻相比重量會(huì )增大，所以結構的承重也會(huì )加大。

　�。�6）隔聲。如果設計不當，會(huì )產(chǎn)生房間、樓層間串聲的問(wèn)題。

　　五、結論

　　事實(shí)上，通風(fēng)雙層幕墻系統很大程度依賴(lài)于外界環(huán)境，因為該系統可以讓室外環(huán)境對室內環(huán)境產(chǎn)生影響。所以，在做通風(fēng)雙層幕墻設計時(shí)要根據項目的具體情況來(lái)考慮。雖然通風(fēng)雙層幕墻有很多優(yōu)點(diǎn)，但它的造價(jià)偏高，所以在選擇通風(fēng)雙層幕墻作為建筑外維護結構時(shí)應慎重考慮涉及到的各方面要求。當然，如果設計合理，在滿(mǎn)足各方面使用要求和功能的情況下，通風(fēng)雙層幕墻的節能特性會(huì )在使用當中逐漸體現出來(lái)。