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1.前言
雙層幕墻以其性能優(yōu)越、環(huán)境舒適早幾年曾在行業(yè)內(nèi)有一應(yīng)用小高潮。近幾年，雙層幕墻的應(yīng)用案例越來越少，原因是對(duì)于雙層幕墻在構(gòu)造、保溫（詞條“保溫”由行業(yè)大百科提供）性能和防火性能方面存在不同的看法和認(rèn)知，有些看法和認(rèn)知甚至是對(duì)立的，如有人認(rèn)為雙層幕墻是節(jié)能的，有人認(rèn)為雙層幕墻不節(jié)能，有人認(rèn)為雙層幕墻熱循環(huán)處理好了節(jié)能，處理不好不節(jié)能。本文就雙層幕墻的構(gòu)造、性能和評(píng)價(jià)方法作較為深入的剖析。
2.構(gòu)造
顧名思義，雙層幕墻應(yīng)該有兩層幕墻，且兩層都應(yīng)該是幕墻結(jié)構(gòu)，因此對(duì)于有些既有建筑的改造，僅在原傳統(tǒng)建筑外墻再掛一層玻璃幕墻不能稱其為雙層幕墻。再例如原本是普通玻璃幕墻，僅在室內(nèi)側(cè)樓板（詞條“樓板”由行業(yè)大百科提供）上增加一層玻璃，也不能稱其為雙層幕墻。盡管這些維護(hù)結(jié)構(gòu)有些具有雙層幕墻的性能，可以稱其為雙層外維護(hù)結(jié)構(gòu)，但不能稱其為雙層幕墻，就像我們不能稱雙層窗為雙層幕墻一樣。只有內(nèi)外兩層均為幕墻的構(gòu)造才能稱其為雙層幕墻。外層幕墻通常采用點(diǎn)支式玻璃幕墻、明框玻璃幕墻或隱框玻璃幕墻，內(nèi)層幕墻通常采用明框玻璃幕墻、隱框玻璃幕墻，為增加幕墻的通透性，也有內(nèi)外層幕墻都采用點(diǎn)支式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的。在內(nèi)外層幕墻之間，有一個(gè)寬度通常為幾百毫米的通道，在通道的上下部位分別有出氣口和進(jìn)氣口，空氣可從下部的進(jìn)氣口進(jìn)入通道，從上部的出氣口排出通道，形成空氣在通道內(nèi)自下而上的流動(dòng)，同時(shí)將通道內(nèi)的熱量帶出通道，所以雙層幕墻也稱為熱通道幕墻，或呼吸式幕墻，見圖1。
圖1 雙層幕墻通道
2.1 內(nèi)循環(huán)式
外層幕墻封閉，內(nèi)層幕墻與室內(nèi)有通道連通，使得雙層幕墻通道內(nèi)的空氣可與室內(nèi)空氣進(jìn)行循環(huán)。外層幕墻玻璃通常采用中空玻璃，內(nèi)層幕墻玻璃通常采用單片玻璃，見圖2。
圖2 內(nèi)循環(huán)示意圖
2.2 外循環(huán)式
內(nèi)層幕墻封閉，外層幕墻與室外有通道連通，使得雙層幕墻通道內(nèi)的空氣可與室外空氣進(jìn)行循環(huán)。內(nèi)層幕墻玻璃通常采用中空玻璃，外層幕墻玻璃通常采用單片玻璃。外循環(huán)式雙層幕墻通常可分為整體式、廊道式、通道式和箱體式。
1.整體式：空氣從底部進(jìn)入 ，空氣從頂部排出，空氣在通道中沒有分隔，氣流方向?yàn)閺牡撞康巾敳浚妶D3。
圖3 整體式
2.廊道式：每層設(shè)置通風(fēng)道，層間水平有分隔，無垂直換氣通道，見圖4。
圖4 廊道式
3.通道式：空氣從開啟窗進(jìn)入，空氣從風(fēng)道中排出，層間共用一個(gè)通風(fēng)道，見圖5。
圖5通道式
4.箱體式：每個(gè)箱體設(shè)置開啟窗 ,水平及垂直均有分隔,每個(gè)箱體都能獨(dú)立完成換氣功能，見圖6。
圖6箱體式
3.熱工（詞條“熱工”由行業(yè)大百科提供）性能
雙層幕墻最大的優(yōu)點(diǎn)就表現(xiàn)在熱工性能上，分歧最大的也在熱工性能上。雙層幕墻有明顯的溫室效應(yīng)，顧名思義，溫室效應(yīng)即是雙層幕墻通道能形成熱屏蔽，冬季能阻止室內(nèi)的熱量流向室外，夏季能阻止室外的熱量流向室內(nèi)，使得室內(nèi)處于較恒定的熱環(huán)境中。雙層幕墻的溫室效應(yīng)共有三種表現(xiàn)形式：其一是在炎熱的夏季，雙層幕墻中通道里的進(jìn)氣口和出氣口全部打開，由于煙窗效應(yīng)，空氣將在通道中自下而上的運(yùn)行，在空氣運(yùn)行過程中，將通道內(nèi)的熱量帶出通道，使得內(nèi)層幕墻處于較低的溫度環(huán)境中，阻止了熱量由室外流向室內(nèi)，這是雙層通道幕墻溫室效應(yīng)的表現(xiàn)形式之一，見圖7。但是這種溫室效應(yīng)是動(dòng)態(tài)的、隨機(jī)的，只能定性描述，目前還無法定量計(jì)算，即使采用計(jì)算軟件模擬計(jì)算，其結(jié)果的準(zhǔn)確性也不好評(píng)價(jià)。
圖7 溫室效應(yīng)表現(xiàn)形式之一
其二是在冬季，雙層幕墻通道里的進(jìn)氣口和出氣口全部關(guān)閉，通道中的空氣靜止，在陽光的照射下，通道中的空氣將有較大的溫升，使得內(nèi)層幕墻處于較高的溫度環(huán)境中，阻止了熱量由室內(nèi)流向室外，這是雙層通道幕墻溫室效應(yīng)的表現(xiàn)形式之二，見圖8。但是這種溫室效應(yīng)是動(dòng)態(tài)的、隨機(jī)的，只能定性描述，目前還無法定量計(jì)算，即使采用計(jì)算軟件模擬計(jì)算，其結(jié)果的準(zhǔn)確性也不好評(píng)價(jià)。
圖8 溫室效應(yīng)表現(xiàn)形式之二
在夏季，如果雙層幕墻內(nèi)的空氣不能及時(shí)的將通道內(nèi)的熱量帶走，通道內(nèi)的溫度就會(huì)逐漸升高，通常會(huì)達(dá)到50—60度,甚至更高，這也是認(rèn)為雙層幕墻不節(jié)能看法形成的基礎(chǔ)。但認(rèn)為雙層幕墻節(jié)能的看法剛好相反，認(rèn)為即使雙層幕墻通道內(nèi)空氣不循環(huán)，雙層幕墻也是節(jié)能的，而且通道內(nèi)溫度越高，節(jié)能效果越好，因?yàn)樗言緫?yīng)該進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱留在了通道內(nèi)，并將其中的一部分傳到室外，其結(jié)果是進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱減少。同時(shí)，由于雙層幕墻通道內(nèi)溫度較高，甚至?xí)^室外空氣溫度，在此情況下，原本環(huán)境熱量應(yīng)該由室外傳向室內(nèi)，現(xiàn)在變?yōu)橥ǖ纼?nèi)的熱量由通道傳向室外，環(huán)境熱量不能進(jìn)入室內(nèi)，即雙層幕墻的通道形成了熱位壘，室外熱量無法穿越。
其三是雙層幕墻的傳熱系數(shù)比單層幕墻的傳熱系數(shù)降低很多，阻止了室內(nèi)外環(huán)境熱量的交換，這是雙層幕墻溫室效應(yīng)的表現(xiàn)形式之三。雙層幕墻的傳熱系數(shù)是可以定量計(jì)算的，首先按《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ113可分別計(jì)算出兩層幕墻玻璃的熱阻，但應(yīng)注意，在計(jì)算內(nèi)層幕墻玻璃的熱阻時(shí)，其室外表面換熱系數(shù)（詞條“表面換熱系數(shù)”由行業(yè)大百科提供）應(yīng)取室內(nèi)表面換熱系數(shù)。空氣層的熱阻可按《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50176取值，需要說明的是，當(dāng)空氣層間距大于60mm時(shí)，空氣層的熱阻不變，這是因?yàn)殡S著空氣層間距的加大，空氣層的熱傳導(dǎo)（詞條“熱傳導(dǎo)”由行業(yè)大百科提供）將導(dǎo)致空氣層熱阻的增加，但空氣層對(duì)流也隨之加劇，導(dǎo)致空氣層熱阻的降低，兩種作用互抵，空氣層的熱阻保持不變。雙層幕墻的熱阻按下式計(jì)算：
雙層幕墻的傳熱系數(shù)為1/R。例如雙層通道幕墻的外層為19mm單層玻璃，空氣層為500mm，內(nèi)層幕墻為(8mm+12mmA+8mm)中空玻璃，雙層幕墻的傳熱系數(shù)為1.2W/㎡K。而僅由內(nèi)層幕墻構(gòu)成的單層幕墻的傳熱系數(shù)為2.8 W/㎡K，雙層幕墻的節(jié)能效果明顯可見。
在溫暖的春季和秋季，室內(nèi)既不必采暖，也不必制冷，因此不涉及耗能問題，也就談不上節(jié)能問題，耗能和節(jié)能是針對(duì)寒冷的冬季和炎熱的夏季的。雙層幕墻由于其傳熱系數(shù)比單層幕墻的傳熱系數(shù)低，空氣滲透性能比單層幕墻優(yōu)良，因此雙層幕墻比單層幕墻節(jié)能。
設(shè)室內(nèi)外溫差為△T ,由(8mm+12mmA+8mm)中空玻璃組成的單層幕墻的傳熱系數(shù)U0=2.8W/(㎡K), 由外層為19mm單層玻璃，空氣層為500mm，內(nèi)層幕墻為(8mm+12mmA+8mm)中空玻璃組成的雙層幕墻的傳熱系數(shù)U1=1.2W/(㎡K)。由于空氣滲透造成單層幕墻單位面積的能量損失為Q1，雙層幕墻單位面積的能量損失為Q2。由于雙層幕墻的空氣滲透性能比單層幕墻優(yōu)良，所以Q1>Q2。雙層幕墻比單層幕墻的節(jié)能率為：
這里的節(jié)能率僅考慮了環(huán)境溫差和空氣滲透的影響。還要考慮太陽輻射的作用。在夏季，雙層幕墻的遮陽系數(shù)比單層幕墻的遮陽系數(shù)小，降低了夏季環(huán)境制冷的能耗，也就是說在夏季，雙層幕墻的節(jié)能率大于57%。在冬季，設(shè)陽光的輻射強(qiáng)度為Ⅰ，單層幕墻的遮陽系數(shù)Sc1=0.72,雙層幕墻的遮陽系數(shù)Sc2=0.57。由于雙層幕墻減少陽光進(jìn)入室內(nèi)，增加了室內(nèi)的采暖負(fù)荷。增加的能量損失率為：
所以這種雙層幕墻比單層幕墻節(jié)能率為36%～57%，效果極為明顯。需要說明的是，由于雙層幕墻設(shè)計(jì)時(shí)往往在通道中設(shè)置遮陽系統(tǒng)，使得雙層幕墻的遮陽效果更好，因此雙層幕墻的節(jié)能效果夏季更好。但遮陽系數(shù)是雙刃劍，特別是玻璃和固定遮陽系統(tǒng)的遮陽效果是不可調(diào)整的，遮陽效應(yīng)夏季是正作用，冬季是副作用，因此從節(jié)能效果考慮，玻璃幕墻的傳熱系數(shù)越低越節(jié)能，但遮陽系數(shù)并不是越低越節(jié)能，因?yàn)殡S著遮陽系數(shù)的降低，一定伴隨著玻璃幕墻可見光透過率（詞條“可見光透過率”由行業(yè)大百科提供）的降低，增加室內(nèi)的照明能耗;同時(shí)隨著遮陽系數(shù)的降低，也會(huì)增加冬季的采暖能耗，因此遮陽系數(shù)適度最節(jié)能。
4.隔聲性能
計(jì)權(quán)隔聲量是可以測(cè)量的，平均隔聲量是可以計(jì)算的，即幕墻的隔聲性能可完全定量分析。幕墻的平均隔聲量按下式計(jì)算：
對(duì)于由(8mm+12mmA+8mm)中空玻璃組成的單層幕墻，其平均隔聲量為38dB。對(duì)于由外層為19mm單玻，空氣層為500mm，內(nèi)層幕墻為(8mm+12mmA+8mm)中空玻璃組成的雙層幕墻，其平均隔聲量為47dB，雙層幕墻的隔聲性能明顯優(yōu)于單層幕墻。雙層幕墻隔聲性能優(yōu)異的原因有兩個(gè)：其一是按質(zhì)量定律，多一層幕墻玻璃將增加幕墻面密度（詞條“密度”由行業(yè)大百科提供），因此隔聲量增加。其二是增加空氣層的厚度將增加空氣對(duì)聲波振動(dòng)的衰減作用，隔聲量增加。
5.煙窗效應(yīng)
雙層幕墻在陽光照射下，通道內(nèi)的空氣將有溫升。空氣在通道內(nèi)的時(shí)間越長(zhǎng)，溫升越大。因此，在通道內(nèi)的空氣將存在溫度梯度，即△T≠0。上部溫度高，下部溫度低;上部空氣比重小，下部空氣比重大;上部空氣壓力小，下部空氣壓力大。在上下空氣壓差的作用下，通道內(nèi)的空氣將上升，這就是雙層幕墻的煙囪效應(yīng)。
5.1 煙囪效應(yīng)的自拔力
通道內(nèi)空氣上下部壓差稱為空氣的自拔力。根據(jù)大連地區(qū)相似工程實(shí)測(cè)結(jié)果，通道內(nèi)空氣上下部溫差超過5℃。如通道下部進(jìn)氣口的溫度取20℃，通道上部出風(fēng)口的溫度將達(dá)25℃。通道下部進(jìn)氣口處空氣的比重W下=12.045N/m³，通道上部出風(fēng)口處空氣的比重W上為：
考慮通道內(nèi)空氣有阻力，出風(fēng)口的風(fēng)速比2.5m/s要小很多。事實(shí)上，進(jìn)氣口和出氣口都有迎面風(fēng)速的影響，因此通道內(nèi)的氣流速度是非常紊亂的。
6.環(huán)境舒適性
由于雙層幕墻外循環(huán)系統(tǒng)可以通過通道為室內(nèi)更換新鮮空氣，通道的存在為改善更換空氣的質(zhì)量提供了條件。例如影響北方空氣質(zhì)量的污染物主要是可吸入顆粒物，可在通道的進(jìn)氣口安置靜電濾塵網(wǎng)或過濾P㎡.5的裝置，也可在通道進(jìn)氣口的下方對(duì)空氣進(jìn)行噴霧，既使得進(jìn)入室內(nèi)的空氣清新，同時(shí)又改善了室內(nèi)的濕度，提高了居室的舒適度，見圖9。
圖9 通道為室內(nèi)更換新鮮空氣
由于雙層幕墻的傳熱系數(shù)比單層幕墻的傳熱系數(shù)低很多，因此在相同條件下，雙層幕墻室內(nèi)側(cè)的表面溫度（詞條“表面溫度”由行業(yè)大百科提供）夏季會(huì)比單層幕墻的低，冬季會(huì)比單層幕墻的高，人站在幕墻邊溫度的舒適感會(huì)好很多。
我們居住的城市環(huán)境噪音日益增加，嚴(yán)重地影響室內(nèi)人們的工作和生活，因此人們盡量增加建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量，以獲得一安靜的環(huán)境。雙層幕墻的隔聲量比單層幕墻高很多，因此隔聲性能優(yōu)異也是雙層幕墻環(huán)境舒適性的表象之一。
7.正確使用雙層幕墻
雙層幕墻從設(shè)計(jì)構(gòu)思、內(nèi)容組成和工作過程各方面看，都是一個(gè)各專業(yè)協(xié)調(diào)合作的多功能系統(tǒng)，它與單層玻璃幕墻有很大差別，不僅有玻璃支撐結(jié)構(gòu)，還包括建筑內(nèi)部環(huán)境控制和建筑服務(wù)系統(tǒng)，通過雙層幕墻可以控制室內(nèi)光線，提供通風(fēng)。因此相對(duì)單層幕墻來說對(duì)日常使用和維護(hù)提出了更高的要求。
雙層幕墻的使用原則是根據(jù)雙層幕墻的原理充分發(fā)揮其先進(jìn)性能。如在夏季和室外氣溫高于室內(nèi)溫度時(shí)，應(yīng)考慮將進(jìn)風(fēng)口百葉打開，同時(shí)打開頂部通風(fēng)口的開啟扇，進(jìn)風(fēng)口百葉和頂部通風(fēng)口的開啟扇的角度應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。在冬季或室內(nèi)溫度高于室外溫度時(shí)，關(guān)閉進(jìn)風(fēng)口百葉和頂部通風(fēng)口的開啟扇。遮陽百葉的角度可根據(jù)陽光強(qiáng)度和室內(nèi)采光的需要調(diào)整。進(jìn)風(fēng)口噴水池在溫度較高的季節(jié)應(yīng)當(dāng)保持有水狀態(tài)，注意注水并保持清潔。在冬季結(jié)冰天氣來臨之前，應(yīng)將水池中的水排出，防止水池凍壞。應(yīng)保持幕墻各部分完好，定期清潔、維護(hù)進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口、百葉系統(tǒng)、幕墻系統(tǒng)。
8.結(jié)束語
雙層幕墻性能（詞條“幕墻性能”由行業(yè)大百科提供）優(yōu)異，特別是他的節(jié)能性能是毋庸置疑的，即無論是何種氣候分區(qū)，也無論是冬季還是夏季，無論通道內(nèi)空氣是否流通，雙層幕墻都是節(jié)能的，就像雙層窗比單層窗節(jié)能是一個(gè)機(jī)理。雙層幕墻的熱環(huán)境舒適性、聲學(xué)舒適性和通風(fēng)舒適性也是非常明顯的，加之其它優(yōu)異性能，雙層幕墻應(yīng)該是高檔幕墻的首選，具有廣大的發(fā)展空間。
