1 雙層幕墻的主要結構形式及其特性
雙層幕墻(又稱
熱通道幕墻、氣循環幕墻、呼吸幕墻、
生態幕墻、綠色幕墻、健康幕墻等)是由一層外層
玻璃幕墻和一層內層玻璃幕墻(或玻璃
窗)組成的雙層玻璃幕墻,兩層玻璃幕墻之間留有一空腔(通道),這個通道稱為
熱通道。或者說這是一種特別的幕墻結構,它在一個傳統的幕墻外再增加一層玻璃幕墻,通過幕墻的
通風設備的開關可使雙層幕墻中間進人或逸出空氣,開窗后房間可進行自然通風,幕墻中間的
遮陽裝置可減少氣候的影響,并且不妨礙玻璃幕墻的外觀效果。雙層幕墻對于提高
建筑幕墻的
保溫、
隔熱以及
隔聲性能起到了非常大的作用,也就是說雙層幕墻具有一些優異的性能。
雙層幕墻可分為兩類;
(1)封閉式內循環體系熱通道雙層幕墻
(2)敞開式外循環體系熱通道雙層幕墻
封閉式內循環體系熱通道雙層幕墻內層幕墻一般采用單片玻璃或可開啟窗,外層幕墻則采用
中空玻璃或者Low-E玻璃,
型材為隔熱(或斷熱)型材,外層幕墻原則上是完全封閉的,內層幕墻設開啟扇或通風口,兩層幕墻之間的通風換氣層一般為100mm-2OOmm。通風換氣層與
吊頂部位設置的
通風系統相通,從下而上進行強制性
空氣循環,室內空氣通過內層玻璃下部的通風口進人換氣層,使內側幕墻玻璃溫度達到或接近室內溫度,達到節能效果。在通道內設置可調控的
百葉窗或垂簾,可有效地調節
采光和遮陽,在室內創造更加舒適的環境。
敞開式外循環呼吸幕墻的內層幕墻一般采用
中空玻璃或者hw-E玻璃,型材為隔熱(或斷熱)型材,外層幕墻則采用由單片玻璃制作的敞開式幕墻結構。空氣從外層幕墻的下通道進入熱通道空間,其尺寸一般為500mm-600mm。然后從外層幕墻的上部排風口排出,而內層幕墻則完全封閉。敞開式外循環呼吸幕墻在一定條件下可以靠自然通風,不需要借助于專
門的通風設各,維護和運行費用較低,是目前應用比較廣泛的呼吸幕墻形式。敞開式外循環呼吸幕墻的進風口和排風口可以開啟和關閉,夏季時開啟進風口和排風口,熱空氣形成自下而上的空氣流動(有關試驗證明這種熱空氣流動的速度可達到0.6m/s),帶走熱通道內由于日照而產生的熱量,降低內層幕墻的外
表面溫度,減少了空調制冷的負荷,節約了能源,降低了能耗;冬季關閉進風口和排風口,熱通道因為陽光照射得以溫度升高而成為封閉溫室,提高了內層幕墻的外表面溫度,起到保溫作用,減少了建筑物
采暖的運行費用。此外,敞開式外循環呼吸幕墻也可以根據需要而在熱通道內設置可調控的
鋁合金百葉窗簾或者電動卷簾,有效地調節陽光的照射。
2 雙層幕墻的成本及節能方面的一些參考數據
二十世紀八十年代后期歐(美)洲出現了雙層幕墻,在德國19%-1998年為雙層幕墻發展高峰期,目前國內主要在北京及沿海一些大城市少量特定的高端工程項目上也開始得到應用,但總量還是很少,到目前國內外總共也只有在幾十個項目上應用,西部及內陸地區僅極個別工程項目在局部上應用。由于雙層幕墻其結構的特點(雙層的幕墻結構體系、熱通道通風系統、遮陽系統、控制系統等應用),使得其工程造價要比常規中空玻璃幕墻的高的多,從而使一次性工程制造成本提高,一般要提高大約60%～9O%,相應的后期維護成本一般也要提高大約20%～40%,據德國有關資料表明:呼吸幕墻與傳統的單層玻璃幕墻的能源消耗相比,采暖時可節約能源42%～52%,制冷時可節約能源38%～60%。國內的一些資料表明一般可節約能源30%~50%,對于其增加的投人的收回有的說法要6～8年,有的說甚至要14～18年時間,但這些數據都只能作為一種參考,因為這些基本是靠理論模型計算得出的,同時由于這些計算設定的環境及應用條件與實際有出人(一般都是設定空調系統全時運行、內外溫差大),因而產生的誤差也比較大。
3 雙層幕墻實際應用上應該考慮的一些具體問題及其適用性
雙層幕墻畢竟只是一種新型結構的建筑幕墻類型,相關介紹和宣傳可能存在一些對新產品、新技術更多是贊美和比較理想評價,但對于實際工程的應用我們應該科學、客觀、綜合地進行評估。應該說雙層幕墻它主要在保溫、隔熱以及隔聲性能起到了非常大的作用,但在工程項目的綜合節能作用上,還有很多其他因素在影響,良好的保溫、隔熱在工程上并不能就意味著節能,因為雙層幕墻結構的封閉性,采用雙層幕墻就意味著將完全依賴中央空調系統,在工作時間段甚至更長時間內設各都要不停地工作,而且不分季節、氣候變化一如既往。事實上,對于敞開式外循環呼吸幕墻理論上可以利用溫差、
煙囪效應形成熱通道抽吸作用進行通風換氣,但實際上它受工程的區域氣候情況、建筑的朝向、外環境溫差、風力大小等等因素影響很大,很難達到理想的效果,一般都需要依靠強制抽風系統來解決。
一般幕墻都開有一定比例的開啟扇,必要時候可以開啟輕松實現自然通風換氣,保持室內空氣的清新、衛生。由于雙層幕墻結構的封閉性,通風換氣只能通過中央空調、新風系統經過管道輸送來實現,而通風管道長時間的使用無法保證其清潔衛生,往往帶有異味,從而使室內空間的空氣無法達到自然通風的清新、衛生,或許還在一定程度上影響了項目整體品質,這一點在作為長時間存留于其間的工作場所的辦公寫字樓來說,問題更明顯、突出。我們認為雙層幕墻的一些優良特性在一些年氣候溫差變化較大、風力較大的北方、南方、沿海地區還可以得以體現,在一些年溫差小的區域、內陸地區并不能充分發揮其優良特性,甚至可能還會有一些負作用、甚至還會產生更大的能耗。所以雙層幕墻的應用不能簡單推廣,它應該根據具體工程項目情況進行可行性、經濟性等綜合評價后再做合理科學決策。
4 雙層幕墻在成都的應用情況及對創世紀廣場幕墻項目的建
目前在成都市建成的數千項建筑幕墻工程中,全部都是常規結構的幕墻,在建的項目中僅有兩個大項目中局部采用了雙層幕墻,其中成都飛機設計所101建筑群幕墻約5萬平方米,僅在正面連廊部分約2000平方米采用敞開式外循環雙層幕墻;另一工程是仁恒廣場幕墻約5萬平方米,也僅在正面裙樓局部不足兩千平方米采用封閉式
內循環雙層幕墻,從其應用的實際功能區、部位來說,他們的應用應該更多程度上是用于表現其項目的
“高科技”標簽意思,真正的從節能意義上應用只能說是試驗性嘗試。
這是因為成都市是一個年溫差小、風力小、空氣中灰塵多的內陸地區,一年中真正需要依靠空調制冷制熱并不多,更多的時間是需要自然通風,有資料統計,假如設定攝氏溫度10度以下需要制熱、笳度以上需要制冷,而10～26度僅需要自然通風,則成都市需要制熱時間僅有大約11%,需要制冷時間大約39%,而約50%時間僅需要自然通風,如果在這段時間內能通過幕墻的開啟扇主要采用自然通風方式來調節室內空間的空氣、環境狀態,將比封閉的雙層幕墻完全依靠中央空調的全時運行要節約很大的能源,同時在成都地區常規的中空L玻璃(及
保溫層處理)幕墻的節能指標已經完全能滿足國家節能標準對工程項目的要求。
成都創世紀廣場幕墻項目有:兩棟辦公樓Tl、T2為24層
標高～100米建筑,幕墻面積合計～3。8萬平方米;三棟公寓樓T3、T4、T5為25～31層標高81～100米的建筑,幕墻面積合計~2。9萬平方米;三棟商業區T6、T7、T8為4層標高～18米建筑,幕墻面積合計~0。78萬平方米。如果采用原方案中的“主動式呼吸幕墻” 結構(也可以稱為封閉式內循環體系熱通道雙層幕墻),以一般常規的單元式中空Low-E
玻璃幕墻工程單價按～1200元/平方米計算,則“主動式呼吸幕墻”工程單價將達～2000元/平方米,若僅考慮在兩棟辦公樓Tl、T2 上應用,也將增加工程造價2280萬元。這筆費用在成都地區的氣候環境下,想通過后期的能源節約途徑來收回可以說是幾乎不可能的。所以建議無需采用雙層幕墻系統,就常規的中空Low-E玻璃幕墻及常規保溫層處理就能滿足該項目的功能和用途。
同時對于該項目新方案中僅僅考慮整體外立面的觀感效果,幕墻上沒有設置一定比例的開啟扇,這將給今后建筑內辦公空間整體舒適性帶來一些問題,因為伴隨著sARS的流行,封閉的、全空調的辦公室條件愈來愈多的受到使用者的批評,無論從心理學,還是從不同使用者特殊要求的角度,自然通風的可能性及對自然開放式的條件,已為人們所普遍歡迎,前幾年成都不少辦公寫字樓幕墻因為沒有設置一定比例的開啟扇,不能正常出租使用,不得不花大價錢,大量增設開啟扇來滿足使用者要求,這種增設開啟扇改裝情況到現在還有在進行。我們希望能從中吸取經驗和教訓,少走彎路,在滿足整體建筑的外立面效果情況下,根據辦公使用空間分隔,合理設置一定比例的開啟扇,以滿足其綜合使用功能要求。
參考資料
[1] 《呼吸幕墻結構及原理淺析》,張洋曾玉玲
