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【摘要】随着建筑行业的迅猛发展，最近几年发展的双层玻璃幕墙以其科学的结构、完善的功能、先进的设计理念,充分利用太阳能、自然通风换气，降低空调能耗,减少风及恶劣气候的影响，营造舒适温馨的生活和工作环境，越来越受到建筑师和投资者的青睐。本文对双层玻璃幕墙的组成、节能原理、计算公式进行了介绍。并着重根据热传递的导热、对流和辐射论述了双层幕墙的几种设计方案。 前言 建筑幕墙作为建筑的外围护结构，其热工性能直接影响建筑能耗。现在广泛使用的单层玻璃幕墙，虽然逐渐采用热反射镀膜玻璃、中空玻璃、断热型材等其他节能材料，在热工性能方面比过去的门窗有所改善，但仍然存在能耗较大问题。 1. 双层玻璃幕墙的组成 2. 双层幕墙的节能原理 双层幕墙的节能是指幕墙在夏季利用“烟囱效应”，通过自然通风换气，降低室内温度；在冬季能产生温室效应，提高保温效果，降低取暖能耗。双层幕墙在夏季的阳光照射下，幕墙通道中的空气被加热；使空气自下而上地流动，从而带走通道中的热空气，达到降低房间温度的作用。另一方面，由于双层幕墙的特殊结构，本身就具有一定的遮阳功能，可减少阳光对空气的辐射，降低房间温度，减少降温负荷，起到节约能源的目的。在冬季，双层幕墙可关闭外层幕墙的通风口，这样幕墙内部的空气在阳光照射下温度升高，减少室内和室外的温度差，也减少了室内温度的外界传递，起到房间保温功效，降低房间取暖费用，如图2。  3. 幕墙耗能的计算公式 ΔQ=(Q单 - Q双)/Q单（1） 式中：ΔQ——双层幕墙的节能百分比，%； Q单——单层幕墙单位面积总耗能量，W/㎡； Q双——双层幕墙单位面积总耗能量，W/㎡。 Q=Q墙+Q漏+Q通（2） 式中：Q漏——单位面积幕墙空气渗漏平均耗量，W/㎡； Q墙——单位面积幕墙材料单元平均耗能量，W/㎡； Q通——单位面积幕墙通气换气平均耗能量，W/㎡。 Q墙=(t外- t内)(6miξiKiFi)P6miFi （3） 式中：t外——室外平均计算温度，K； t内——室内平均计算温度，K； ξi——传热修正系数； Ki——不同材料单元的平均传热系数，W/m2·K； Fi——不同材料单元的面积，m2。 Q漏=(t 外- t 内)(CPρAW2/3)F （4） 式中：CP——空气比热容； ρ——空气密度，kg/m3； W——计算风荷载，Pa； A——幕墙计算单位单位压差和小时的漏气量，m3/h·Pa3P2； F——幕墙计算单元的面积，m2。 Q 通=(t外- t内)(CPρvT)/F （5） 式中：V——单位时间内通风换气平均流量，m3/h； T——换气通风时间，h。  4. 双层幕墙的节能设计方案 从公式(1)可见，提高双层幕墙节能的有效措施是减少幕墙的总耗能量。从公式(2)又可以看出，减少幕墙总耗能量有三个方面的因素。 4.1 减少单位面积幕墙材料单元平均耗能量 自然的热传递方式为导热、对流和辐射。双层幕墙的传热是在室内和通风道，以及通风道和外界之间进行，而外层幕墙的通风始终敞开，因此，解决导热和辐射的关键是内层幕墙的方案设计。 4.1.1 内层幕墙的导热途径 （1）幕墙框架。内层幕墙可用隐框、明框或铝合金推拉窗等几种形式。隐框玻璃幕墙的框架全部在室内，无导热问题，但其造价较高，一般很少采用。为降低幕墙制作成本和维护方便，内层幕墙多采用铝合金推拉窗，而铝合金的导热系数λ选取2.3(W/m2·K)，所以为减少幕墙框架的导热，应采用断热塑铝合金型材。断热型材的塑料连接件其λ为0.14，基本阻止了幕墙框架的导热。 （2）幕墙面板玻璃。玻璃是非金属材料，虽然它的导热系数仅为0.8~1W/m2·K，但内层幕墙采用的玻璃比较薄，一般选用6~8mm，其自身热阻R非常小，而玻璃面积占幕墙面积的70%左右，对室内温度的影响还是很大的，所以应采用真空玻璃，见图3。  4.1.2 辐射对幕墙的影响 辐射对幕墙的影响主要表现在白天外界热量对室内的辐射和夜晚室内热量向外界的辐射。南方地区为减少太阳对室内的辐射，可在幕墙通道内设置电动百叶卷帘，通过百叶卷帘将阳光辐射挡在室外。而在北方寒冷地区，应采用LOW- E中空玻璃，既将白天的太阳热能传递到室内，又可在夜晚阻止室内热量向外散发，提高房间的保温性能。 4.1.3 对流对幕墙的影响 影响幕墙保温性能的另一因素是对流，如何合理地使用对流是双层幕墙设计的关键因素之一。比如在夏季，一方面是阻止热空气传递到室内，另一方面，又要求幕墙通道产生空气流动，将室内空气热量带走，见图4。解决这一问题的方法：①在通道中设置电动百叶卷帘，将外界热量挡在室外，同时又不影响通道的空气流动；②合理设计空气通道尺寸，使通道自然产生烟囱效应，及时将热空气带走，补充新鲜凉爽空气。一般双层幕墙的通道宽度在500mm左右，高度不低4000mm，否则烟囱效应不明显，影响空气的自然交换。  4.2 减少单位面积幕墙空气渗漏平均耗能量 幕墙的空气渗漏可通过幕墙玻璃板块与幕墙框架之间的间隙，玻璃与玻璃框之间的间隙以及幕墙框架与建筑主体结构之间的间隙进行。 （1）减少幕墙玻璃板与框架之间间隙的最有效方法是采用隐框玻璃幕墙，隐框幕墙玻璃板块之间打密封胶，形成连续的没有间隙的立面。密封性最差的是推拉窗，推拉窗虽然扇与框之间设有密封条，但密封性不是很好，另外在门窗的四角也很难达到完全密封。 （2）隐框玻璃幕墙的玻璃与玻璃框之间的间隙因外层打密封胶，不影响幕墙的空气渗漏，只在有框幕墙和推拉门窗才存在空气渗漏，解决玻璃与玻璃框之间空气渗漏的关键是密封系统的设计。因内层幕墙不存在防水问题，故玻璃与玻璃框的内外两侧均可采用橡胶密封胶条，密封胶条与玻璃接触的一侧设计成波浪型，能有效地阻止空气渗漏。 （3）幕墙框架与建筑主体结构一般都采取填充水泥砂浆密封，对空气渗漏影响不大，但因水泥砂浆在干燥过程中会有收缩现象，另外，水泥砂浆与金属框之间的粘合力不高，如处理不好的话，会产生缝隙，造成空气渗漏。解决这一问题可采用聚氨脂发泡填充剂，通过聚胺脂的膨胀对幕墙框架和建筑主体结构产生一定的压力，使密封严实。 4.3 减少单位面积幕墙通风换气平均耗能量 幕墙的通风换气和防止空气渗漏是一对矛盾，要进行通风换气就必须有空气交换，自然产生空气渗漏。如何科学地解决这一矛盾，是双层幕墙设计的难关之一。现在一些双层幕墙要求立面通透，视野开阔，内层幕墙往往采用推拉门窗形式，但推拉门窗的保温性能较差，尤其在开窗换气时，门窗开启量不好控制，而且一旦开窗，其整个门窗的上下高度方向上全开，对室内空气产生一定的影响，所以最好采用悬窗结构形式。另外，还有一种方法是设置通风器，通风器可安装在幕墙的顶部，使得控制方便，通风换气更自然、柔和，使人更加舒适。 5. 结束语 提高双层幕墙节能效果的最好方法就是根据双层幕墙的特点以热的辐射、对流和导热三个方面来降低幕墙的能耗，并合理地利用对流特性，既通风换气又能降低温度，合理地利用辐射产生室温效应，提高房间的保温性，最大限度地阻止热的传导，充分发挥双层幕墙的通风换气、遮阳、保温，达到节能的目的。一般双层幕墙比单层幕墙节能40~60%，节能的效果直接与幕墙设计有密切关系。 |
