土木工程毕业设计（论文）双层通风玻璃幕墙研究.doc

引 言21世纪，世界建筑科学技术突飞猛进，房屋建筑快速发展，各发达国家建筑围护结构的保温隔热和气密性能大有提高，采暖、空调和照明的设备与技术日益进步，人们越来越能够在更为优裕和舒适的室内环境中生活与工作，人类建筑文明取得了前所未有的成就。与此同时，人们也不得不面对着资源枯竭、环境恶化、生态破坏、气候变暖等一系列严峻问题。据统计，在我国这个发展中国家，建筑能耗占社会总能耗的25%，随着经济的发展和人民生活质量提高，这个比例还会不断增长。我国的公共建筑数量多，建筑规模大，耗能十分巨大，浪费也很严重。因此推广建筑节能是解决我国能源紧缺的有效途径。据专家分析，大型公共建筑的节能潜力在30%以上。强调节能、低污染、低耗能的绿色建筑顺应时代的要求而生，我国也颁布了一系列法规和政策来对建筑节能和合理使用资源做出明确的规定。玻璃幕墙作为建筑物的外装饰是现代化城市建筑的重要标志之一，它打破了传统的实体墙与门窗的界限，巧妙地将建筑物围护结构的使用功能与建筑物的装饰功能有机地融为一体，使建筑物更具有时代感和艺术造型。现代都市高层建筑日益增多，建筑防火、防震、施工安全等各方面要求日益提高，玻璃幕墙所具有的轻量化、不燃化、耐震、施工迅速等优点，使其今后将成为高楼建筑的设计主流，这已成为不可阻挡的趋势。玻璃幕墙可以减少传统混凝土外墙大量的钢筋、混凝土使用量，对于减少高耗能建材使用所达到的节约能源、资源有很大的帮助。而且玻璃幕墙较易于回收利用，有利于环保。对于新建的大型公共建筑而言，这类建筑多以高层建筑为主，其屋面所占比例很小，围护结构应主要着眼于墙体和门窗，而随着玻璃幕墙的广泛应用，墙体与门窗也逐渐融为一体，成为建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，是传统墙体失热损失56倍，幕墙的能耗约占整个建筑能耗的40%左右，因此玻璃幕墙的热工性能也就成为建筑节能极其重要的组成部分。第1章 绪 论1.1 社会能源与环境现状能源是人类社会得以生存和发展的基础，但在经济高度发达的今天，能源危机的阴影一直笼罩着我们。同时，自从上世纪五、六十年代以来，臭氧层破坏、温室效应、酸雨等一系列全球性环境问题日益突出。人们已逐步认识到保护我们赖以生存的地球环境是关系到人类生死存亡的迫切任务。节约能源和保护环境己成为当前人类社会寻求可持续良性发展的主题之一。在发达国家，建筑物消耗了国家主要消费能源的 40%50%（如图1-1），而其中的2/33/4却是出于建筑师“自由创作”的“贡献”。如今，生态建筑的兴起正掀起了一轮基于生态理念的建筑节能研究。中国的气候较世界其它同纬度地区差，夏季比同纬度其它地区更热，冬季比同纬度其它地区更冷，而中国夏热冬冷地区的气候更是极端（表1-1，图1-2）。由于经济条件和国家能源政策的限制，长期以来，我国大部分地区的建筑设计无法适应地域气候特点，身陷“两难”的局面（夏季无法充分防热，冬季无法充分御冷）。当前建筑设计向可持续性发展的一个明显趋势是从以前的密集型技术装置到高效围护结构的转变。适应气候变化的建筑围护结构对于有限能源的高效利用和促进可持续性发展具有更加重要的意义。表1-1，北纬30度若干城市气温比较城 市一月四月七月十月年均武汉（东经114°08´）3.716.428.818.316.8阿巴西亚（Abbasia，东经31°54´）12.420.828.222.821.0加尔维斯敦（US·Galveston 西经95°54´）12.020.328.322.320.8全球平均14.720.127.321.520.4而建筑幕墙，特别是玻璃幕墙作为一种新型外围护结构，以其优越的功能和现代时尚的外观在我国城市建设中得以广泛的应用，因而改善玻璃幕墙的热工性能，提高玻璃幕墙的保温隔热效率，就成为促进建筑节能，顺应国家可持续性发展战略和绿色奥运理念不可或缺的重要环节。1.2 玻璃的传热机理1.2.1 自然界热量形式对于建筑物来说，自然界中有两种热量形式，其一是太阳辐射，能量主要集中在0.32.5m波段之间，其中可见光占46%，近红外线占44%，其他为紫外线和远红外线，各占7%和3%。其二是环境热量，其热能形式为远红外线，能量主要集中在550m波段之间，在室内，这部分能量主要是被阳光照射后的物体吸收太阳能量后以远红外线形式发出的能量及家用电器、采暖系统和人体等以远红外形式发出的能量。1.2.2 玻璃传热机理普通浮法玻璃是透明材料，其透明的光谱范围是0.34m，即可见光和近红外线，刚好覆盖太阳光谱，因此普通浮法玻璃可透过太阳光能量的80%左右。对于环境热量，即550m波段的远红外线，普通浮法玻璃是不透明的，其透过率为0，其反射率也非常低，但其吸收率非常高，可达83.7%。玻璃吸收远红外线后再以远红外线的形式向室外二次辐射，由于玻璃的室外表面换热系数是室内的表面换热系数的3倍左右，玻璃吸收的环境热量75%左右传到室外，25%左右传到室内。在冬季，室内环境热量就是通过玻璃先吸收后辐射的形式，将室内的热量传到室外。针对上述两种热量的传递机理，玻璃的热工性能用两个参数来表征，其一是传热系数K值，它是用来表征当室内温度与室外温度不相等时，通过单位面积、单位温差条件下，单位时间内，玻璃传递的热量定义为传热系数；其二是遮阳系数，它是玻璃的太阳能总透过率与3mm厚无色透明玻璃太阳能总透过率的比值，即玻璃的遮阳系数。传热系数是围护材料通用的参数，玻璃的传热系数越低，越有利于建筑物节能。遮阳系数是玻璃作为围护材料的特殊参量，遮阳系数越低，透过玻璃传递的太阳光能量越少。遮阳系数并不是越低越有利于建筑物节能，因为对于严寒地区，冬季漫长寒冷，人们希望通过玻璃大量获得太阳光能量来降低建筑物采暖能耗，对于所有地区，都存在通过玻璃达到建筑物白天自然采光的目的，因此对于严寒地区，玻璃的遮阳系数越高，透过玻璃传递的太阳光能量越多，越有利于建筑物冬季采暖节能。而对于夏热冬冷地区，夏热冬暖地区，夏季日照强烈，建筑物制冷能耗非常高，玻璃的遮阳系数越低，透过玻璃传递的太阳光能量越少，越有利于建筑物制冷节能。但玻璃的遮阳系数也不能太低，否则无法达到建筑物白天自然采光的目的。因此对于严寒地区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区，玻璃的遮阳系数存在一个合理限值，过大和过小都不利于建筑物综合节能和创建舒适的室内光环境。1.3室内热环境影响的因素一定的地区性气候影响下的局部气候作用于建筑群体，形成建筑外部的微气候。而微气候是影响建筑室内环境的直接外部因素，并通过建筑单体最终影响室内热环境。我国大部分地区建筑室内热环境受到微气候热环境、湿环境、风环境和大气环境等多个影响因素的共同作用，这些影响对建筑室内热环境产生直接或间接的作用。影响建筑室内人的热舒适感的最终环境因素是室内热环境。热舒适指标作为建筑室内热环境的评价因子，取决于空气温度、辐射、湿度及气流等环境因素和人体活动强度及衣着等人为因素的综合作用。同时，建筑热环境不是一个孤立的系统，还要受到其它建筑物理环境需求和建筑功能、美观需求的影响和制约。因此，应当运用系统、整合的观念进行分析研究，从定性定量两个方面处理问题和解决问题。第2章 双层通风玻璃幕墙的特点与工作原理2.1环保节能的双层通风玻璃幕墙玻璃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的问题。最近几年发展的双层通风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。2.2双层通风玻璃幕墙特点双层通风玻璃幕墙是一种新型的节能幕墙，是幕墙技术的新发展。它不同于传统的单层幕墙，它的基本特征是双层幕墙和空气流动、交换，这种双层通风玻璃幕墙对提高幕墙的保温、隔热、隔声功能起到很大的作用。双层通风玻璃幕墙由内、外两道幕墙组成，内幕墙一般采用明框幕墙或活动窗，或开有检修门，便于维护、清洁；外幕墙可采用有框幕墙或点支承玻璃幕墙。内外幕墙之间形成一个相对封闭的空间，空气可以从下部进风口进入这一空间，从上部排风口离开这一空间，这一空间经常处于空气流动状态，称之为热通道，热量在这空间内流动，因此，双层通风玻璃幕墙又称为热通道幕墙或呼吸式幕墙。2.2.1双层通风玻璃幕墙的优点1.智能型控制。双层通风玻璃幕墙可随着使用者对室内环境的不同要求，如温度、光线、新鲜空气等等都可以随意进行调整，真正体现人性化的设计理念。2.降低幕墙内表面温度与室内计算温度之间的温差，创建适宜的室内热环境，提高室内工作环境的舒适度。如果玻璃内表面温度与室内温差较大，即使室内温度达到规定的标准值，冬季玻璃内表面温度偏低，人们仍感觉寒冷，夏季玻璃内表面温度偏高，人们仍感觉炎热。双层幕墙通过热通道内空气的流动，可以将玻璃内表面温度与室内温度之间的温差控制在很小的范围内（一般不超过6）。3.无论多么恶劣的自然环境，都可实现自然通风，保持室内空气新鲜。4.双层通风玻璃幕墙的最大的优势就是节约能源，它比单层幕墙采暖节能40%50%，制冷节能40%60%。 5.提高隔声性能。特别是城市中心日益增高的交通噪音，普通玻璃幕墙采取多种有效措施，隔声性能最多只能达到30db左右，达到 国标三级，双层通风玻璃幕墙很容易达到3840db以上，超过国标一级。2.2.2双层通风玻璃幕墙的缺点1.技术较复杂。由于是双层体系，涉及结构、材料、密封，热工、遮阳、机械、控制等多个领域、多个学科，构造复杂，技术含量高，施工难度大。2.造价较高。由于是双层幕墙体系，比传统幕墙增加一层幕墙体系，并增加遮阳体系、排风体系等等，因此成本较高。按照当前市场价格计算，内循环双层通风玻璃幕墙造价达到30004000元/m2，外循环双层通风玻璃幕墙则价格更高。3.损失居住面积。由于建筑面积以外墙外表面进行计算，建筑面积要损失2.5%3.5%。2.3双层通风玻璃幕墙的类型双层通风玻璃幕墙是基于气候适应性的建筑技术手段。不同类型的双层通风玻璃幕墙适用于不同气候特点的地区及不同的建筑。根据双层通风幕墙开口位置在室内或室外的不同，可以分为外循环双层通风幕墙和内循环双层通风幕墙两种。1内循环双层通风幕墙内循环双层通风幕墙是从热通道内侧下方从室内吸入空气，在热通道内上升至顶部排风口，从吊顶内的风管排出，这一循环在室内进行，外幕墙完全封闭。内循环双层通风幕墙的空气循环要靠机械系统，对设备有较高的要求；内循环双层通风幕墙的外幕墙通常采用中空玻璃，明框幕墙的铝型材应采用断热铝型材；内幕墙则采用单层玻璃幕墙或单层铝门窗；内外幕墙之间通道宽常为150mm300mm；为提高节能效果，通道内应设电动百页和电动卷帘。2外循环双层通风幕墙外循环双层通风幕墙的内层玻璃幕墙是封闭的，采用中空玻璃；外层幕墙采用单层玻璃，设有进风口和排风口，室外空气从底部进气口进入热通道，经过热通道带走热量，从上部排风口排出，减少太阳辐射热的影响，节约能源。它无须专用机械设备，完全靠自然通风，维护和运行费用低；内外幕墙之间热通道宽常为300mm600mm；为提高节能效果，通道内应设电动百页和电动卷帘。2.4内循环双层通风幕墙节能工作原理内循环双层通风幕墙一般在冬季较为寒冷的地区使用，其外层原则上是完全封闭的，一般由断热型材与中空玻璃组成外层玻璃幕墙，其内层一般为单层玻璃组成的玻璃幕墙或可开启窗，以便对外层幕墙进行清洗（ 如图2-1）。整体式两层幕墙之间的通风换气层一般为200mm左右。通风换气层与吊顶部位设置的暖通系统抽风管相连，形成自下而上的强制性空气循环，室内空气通过内层玻璃下部的通风口进人换气层，使内侧幕墙玻璃温度达到或接近室内温度，从而形成优越的温度条件，达到节能效果。在通道内设置可调控的百叶窗或垂帘，可有效调节日照遮阳，为室内创造更加舒适的环图2-1内循环双层通风幕墙构造境。2.5外循环双层通风幕墙节能工作原理外循环双层通风幕墙采用双层幕墙结构体系，外层采用透过率大的单层透明玻璃，以保证通风换气的效果，内层采用中空LOW-E玻璃，以利于保温、节能和隔声；双层幕墙中间为50140mm左右的空气通道，通道内设有25mm宽可调升降及角度的铝合金百叶，可调百叶根据业主要求可采用手动或电动两种方式。幕墙底部±0.000附近设置可拆卸式的进风口，以方便日常定期清洁、维护；顶部女儿墙附近设置出风口，出风口设有开闭系统，控制开关引入室内；进风口和出风口均设有过滤层，起到防蚊虫、防沙尘的作用（如图2-2）。夏季，开启幕墙顶部出风口，幕墙内、外空气连通，当新鲜空气从进风口进入时，太阳光加热通道中空气的温度，新鲜空气受热后上升，从出风口处排出，产生烟囱效应，形成通道内的空气与室外空气的对流，从而带走通道内空气的热量，降低内侧幕墙的外表面温度，减少室外热量对室内的辐射，从而减少了空调的制冷负荷和运行费用，达到节约能源的效果。此外，放下通道内设置的铝合金百叶，并调节百叶角度，阻挡阳光直接射入室内，同时内层幕墙采用中空低辐射玻璃，从而进一步减少阳光的辐射，降低了内层幕墙两侧的温差，给人以舒适感。图2-2外循环双层通风幕墙构造冬季，关闭幕墙顶部出风口，阻止通道内的空气与室外空气相通，通道内形成相对封闭的空间。当新鲜空气从进风口进入时，太阳光加热通道中空气的温度，而热空气无法从出风口处排出，使通道内空气的热量不易散发，提高了内侧幕墙外表面的温度，减少室内热量的损失，从而减少了建筑物的采暖费用，节省能源。同时收起通道内设置的铝合金百叶或调节百叶角度，使阳光直接照进室内，达到改善室内环境的目的。当室内空气较混浊时，可开启室内的换气口，引入新鲜的空气，改善空气质量（如图2-3）。图2-3外循环双层通风幕墙节能原理第3章 双层通风玻璃幕墙的气候适应性设计策略双层通风玻璃幕墙是由内、外层玻璃、热通道空腔间层及相关配件等技术手段共同组成一个可动态适应和积极应变的系统，其对气候要素的利用是建立在对建筑外围护结构技术手段不同层次上运用的基础之上。双层通风玻璃幕墙的气候适应性设计大体可分为材料手段、构造手段和控制手段三个技术层次。热量传递公式Q=K·A （To-Ti）告诉我们：建筑的得热或失热量与建筑外围护结构的传热系数、建筑物的体形系数及室内、外温差有关。对于双层通风玻璃幕墙，我们可以通过材料手段降低内外层玻璃表皮的传热系数以及选择恰当的遮阳系数，使用遮阳系统控制室内和热通道内太阳辐射得热量，运用通风系统控制室内外与空腔的温差热流，以及整合各种技术手段以适应气候的变化和达到节能的目的。3.1材料技术材料是建筑外围护结构的物资组成部分。而在各种外围护结构材料中能在遮蔽的同时又是透光的，在阻挡寒风的同时，又可让阳光进入室内的，恐怕只有玻璃。玻璃的选择透过作用可以对双层通风玻璃幕墙建筑的室内环境产生巨大的影响。3.1.1普通玻璃与温室效应玻璃的优点在于其具有对光波辐射的可选择透射性能（如图3-1,图3-2）。大部分波长在0.42.5m范围内的辐射可以透过玻璃，而波长10m左右的辐射则是完全不能通过的。图3-1 电磁波谱图3-2 太阳辐射曲线和室内辐射曲线因此，玻璃是有选择性的透过辐射，一方面它允许太阳辐射透射至室内，另一方面，加热建筑内部放射出波长较长的辐射不能通过玻璃射向室外，即形成温室效应（conservatory effect）。玻璃的温室效应为冬季完全以被动方式利用太阳能，改善室内环境带来了福音。但是大面积玻璃幕墙的运用也会因为玻璃的温室效应和高传热性带来热工上的副作用。在我国大部分地区，玻璃的温室效应有其冬季好的一面，但玻璃的强导热性无论冬夏都有其不利的一面。对于双层通风玻璃幕墙的内外层玻璃应通过新型构造和复合镀覆膜降低其整体传导系数，同时与通风百叶。遮阳设施等调节构件相结合，适时调整导热性能和温室效应。3.1.2玻璃技术与选择透过性表3-1 玻璃的性能要求性 能外观节能颜色、反色亮度、通透效果、隔热性能、保温性能舒适透光性、隔声性其他安全防护性、耐温差性普通的玻璃只能在有限的范围内做出简单的气候调节。目前最新的复合材料玻璃追求气候应变的主动性和积极性，通过本体着色、多层装配、表层镀膜等手段，变被动设防为主动利用能源，以满足不同的性能需要（如表3-1）。1. 本体着色玻璃显色是因为玻璃吸收率和透射率的不一致所致，而吸收率和透射率是由玻璃溶解时化学材料所赋予的。氧化铁等化学成分含量的多少决定了玻璃在可见光范围内对不同波长的可见光如何选择性地吸收和反射。吸热玻璃是在玻璃本体内掺入金属离子使其对太阳能有选择地吸收同时呈现不同的颜色，吸热玻璃的节能是通过太阳光透过玻璃时将光能转化为热能而被玻璃吸收，热能以对流和辐射的形式散发出去从而减少太阳能进入室内。然而，吸热玻璃虽具有一定的遮阳效果，但其吸收的太阳辐射能有相当一部分会以对流与热辐射的形式散发到室内，对太阳辐射得热的控制有限，尤其在单片使用时综合隔热效果并不理想。2. 多层装配由两至三片玻璃与间层组成，间层内充入干燥空气、惰性气体或真空或填入气凝胶，具有较低的K值以及良好的隔热功能。最常见为中空隔热玻璃。（1）中空玻璃中空（如图3-3）是将两片玻璃通过有效的密封材料密封和间隔材料分隔开，并在两片玻璃之间装有吸收水气的干燥剂，从而保证中空玻璃内部长时间为干燥空气层，无水气、灰尘存在；同时中空玻璃易进行大批量工业化生图3-3 6+12+6中空玻璃产，中空玻璃是目前建筑中推荐采用的产品。中空玻璃由于在两片玻璃之间形成了一定的厚度并被限制了流动的空气或其他气体层从而减少了玻璃的对流和传导传热，因此它具有了较好的隔热能力。例如由两片5mm普通玻璃和中间层厚度为10mm的空气层组成的中空玻璃，在热流垂直于玻璃进行热传递时对流传热，传导传热、辐射传热各约占总传热的2%、38%、60%，同时中空玻璃的单片还可以采用镀膜玻璃和其他节能玻璃，能将这些玻璃的优点都集中于中空玻璃上，也就是说中空玻璃还可以集本身和镀膜玻璃的优点于一身，从而发挥更好的节能作用。如用一层5mm厚、表面辐射率0.2的低辐射玻璃和一层厚度为5mm的普通玻璃组成的空气层为9mm的中空玻璃其K值约为2.1 W/m2K。如果使用辐射率为0.08的低辐射玻璃并且将空气层中的空气用氩气置换空气层的厚度选择12mm，其K值可以达到1.4 W/m2K。如果在中空玻璃的外片选择热反射玻璃他还具有控制太阳能的作用。（2）真空玻璃真空玻璃是将两片平板玻璃四周密闭起来，将其间隙抽成真空并密封排气孔，两片玻璃之间的间隙为0.10.2mm，真空玻璃的两片一般至少有一片是低辐射玻璃，这样就将通过真空玻璃的热传导、对流几乎为零，其工作原理与玻璃保温瓶的保温隔热原理相同。由于真空玻璃中间是真空层，基本上消除了对流传热和传导传热，同时组成真空玻璃的原片玻璃可以选择低辐射镀膜玻璃即Low-E玻璃，能够大幅度降低辐射传热。真空玻璃具有优异的保温隔热性能。一般的单片玻璃传热系数是6 W/m2K，中空玻璃是3.4 W/m2K，真空玻璃的传热系数达到1.2 W/m2K，一片只有6mm厚的真空玻璃，隔热性能相当于370mm的实心黏土砖墙。由于隔热保温性能好，真空玻璃在建筑上的应用将达到节能和环保双重效果。（3）气凝胶隔热玻璃气凝胶是一种多孔性的硅酸盐凝胶，95%（体积比）为空气。由于它内部的气泡十分细小（小于20mm），所以具有良好的隔热性能，同时又不会阻挡、折射光线（颗粒远小于可见光波长），具有均匀透光的外观。把这种气凝胶注入中空玻璃的空腔，可以得到传热系数小于0.7 W/m2K的隔热玻璃组件。3. 表层镀膜即在玻璃表面附加一层膜，通过改变玻璃的光学特性来实现对太阳辐射的选择性屏蔽或利用来达到环保节能效果，主要有：（1）热反射玻璃：热反射玻璃是在玻璃表面镀上金属、非金属及其氧化物薄膜使其具有一定的反射效果，能将太阳能反射回大气中而达到阻挡太阳能进入室内使太阳能不在室内转化为热能的目的。热反射镀膜玻璃的主要特性是：只能透过可见光和部分0.82.5m的近红外光，对0.3m以下的紫外线和3m以上的中、远红外光不能透过，即可以将大部分的太阳能吸收和反射掉，降低室内的空调费用，取得节能效果。热反射镀膜玻璃可以获得多种反射色，能将四周建筑及自然景物映射在彩色的玻璃幕墙上，使整个建筑物显得异常绚丽壮观。同时，该产品可以减轻眩光作用，使工作及居住环境更加舒适。（2）低辐射玻璃（Low-e玻璃）普通平板玻璃的辐射率较高，通常为0.84。低辐射玻璃是通过在玻璃表面涂敷低辐射涂层使表面的辐射率低于普通玻璃从而减少热量的损失来达到降低采暖费用实现节能目的。衡量低辐射玻璃节能效果的重要指标是辐射率。辐射率越低通过玻璃表面发生的辐射损失越少，玻璃的节能效果越好。（3）光谱选择透过性玻璃光谱选择透过性玻璃：是热反射玻璃和Low-E玻璃技术的延伸。可以使得太阳辐射中的可见光成分最大量的通过并阻挡具有较高热量的紫外线或者红外线，从而最大限度的利用自然光照亮室内，又把辐射的热能阻挡在室外（或者室内），于是从采光和制冷（或者采暖）两方面同时起到了节能效果。也可以使用它相反的特性，阻挡可见光，透过热量，从而适用于高纬度地区以消除进入室内的眩光同时充分利用太阳辐射热来加温室内空气。4. 隔热断桥铝型材当今的玻璃幕墙主要采用铝合金型材作为主要承载构件，其具有重量轻、结构强度大、表面光滑美观、不易锈蚀等优点，然而铝合金型材也具有一般金属材料导热效率高的特性，其传热系数高达210 W/m2K。虽然其较之玻璃与外界的接触面积要小得多，但在节能玻璃广泛应用的今天，较之节能玻璃材料越来越低的传热系数（中空玻璃传热系数为3.4 W/m2K，充氩中空玻璃传热系数仅为1.4 W/m2K，真空玻璃传热系数只有1.2 W/m2K），通过铝合金框材传递所损失的热量也越显突出，作为玻璃幕墙的另一重要组成部分玻璃框材的节能效果提升也成为整体提高玻璃幕墙节能环保性能的重要环节。隔热断桥铝型材的应用很好的解决了这一问题。隔热断桥铝型材的隔热原理是基于产生一个连续的隔热区域，利用隔热条将铝合金型材分隔成两个部分，使铝合金型材的传热系数降低到3.5 W/m2K以下，有效的提高了铝合金型材的保温隔热性能。3.1.3材料的选择总之，材料的选择基于提高幕墙的整体热工性能，避免冷、热桥以及经济因素。其中，采光部位使用合适的光谱选择玻璃；非采光部位尽量选用热阻值大的面材；龙骨以断热型材为最优等。3.2构造技术构造是材料的空间组织方式，通过材料的不同组合和空间变化可以形成更多适应气候变化的方式。从某种程度上，构造技术是对材料的整合技术。对于双层通风玻璃幕墙来说，构造技术无疑比单纯的材料技术更具有设计的可能性。3.2.1双层通风玻璃幕墙不同玻璃的位置关系双层通风玻璃幕墙玻璃墙面的材料构造方式，曾在建筑师和工程师们之问引起巨大的争议，尤其是涉及到双层和单层玻璃在内外层位置装配的方面。光和热的传递、消耗、声音的控制以及清洗的需要与成本都是双层通风玻璃幕墙双层和单层玻璃组合需要综合考虑的问题。1. 外层为双层装配系统，内层为单层装配系统：此种装配方式即内循环双层通风玻璃幕墙，这种装配方式限制了空腔调节效应对双层中空玻璃内表皮的渗透作用，以减少外界的低气温对建筑的冲击。这对于侧重于冬季保温的地区是适用的。此种装配方式具有如下优点：（1）利用建筑的正常排风在热通道内形成缓冲，降低玻璃幕墙的传热系数，在夏季降低遮阳系数，最小可达到0.2左右，大幅度减少室外太阳热辐射传入室内，冬季可降低玻璃幕墙的K值，最小达到0.8 W/m2K左右，降低室内热量向室外传递，从而节约空调能耗。（2）采用智能型遮阳百页，充分利用太阳能，并减少其不利影响。可根据室内人们工作、生活的需要，随时控制室内光线的强弱和进入室内热量的多少，并可和感应装置连接，实现智能控制。（3）与外循环玻璃幕墙相比，内循环玻璃幕墙的维护清洁比较容易。外层玻璃幕墙是一层密封体系，仅在内层玻璃幕墙上开设检测口，维护清洁比较容易。（4）内循环玻璃幕墙可以根据实际需要进行全年全天候工作，不受室外环境的限制，特别是在空气污染的地区和刮风下雨气候条件恶劣时，并不影响室内环境的舒适度。2. 外层为单层装配系统，内层为双层装配系统：此种装配方式即外循环双层通风玻璃幕墙，这种装配方式一般出于结合缓冲带和能量流动系统的综合考虑，兼顾冬季保温与夏季防热。此种装配方式的优点在于：（1）外循环双层通风幕墙通过烟囱效应和温室效应降低建筑能耗，而不需要其它辅助机械设备，减少运行费用。夏季通过烟囱效应，带走通道内空气的热量，降低内侧幕墙的内表面温度，减少空调的制冷负荷和运行费用，达到节约能源的效果。冬季通过温室效应，提高了内侧幕墙外表面的温度，减少室内热量的损失，从而减少了建筑物的采暖费用，节省能源。（2）不受环境因素的影响。根据需要改善室内空气质量。通过调整进出风口的开启角度，开启内层幕墙上的开启扇，引入新鲜空气，改善空气质量。（3）通过在进风口设置防虫网和空气过滤网，可以清洁室外空气，保证室内空气不受室外大气污染的影响。（4）通过调节热通道内的铝合金百页的高度和角度，改善室内光环境和热环境。 （5）外循环双层通风幕墙相对于内循环双层通风幕墙，热通道的维护、清洁比较麻烦，较适合于空气质量较好的地区。3.2.2双层通风玻璃幕墙的太阳辐射控制系统1. 遮阳系统选用的遮阳系统的类型和其放置的位置对建筑室内热环境和能耗起决定性作用。a. 当采用层间遮阳时，对室内热环境的影响比没有采用遮阳构件的双层通风玻璃幕墙要大的多，而采用内遮阳则差别不大。b. 当遮阳帘靠近外层玻璃更有利于隔热。c. 优先使用铝合金薄百叶遮阳帘，其次是木百叶遮阳帘或活动织物遮阳帘。2. 日光利用系统依靠日光的人工照明系统有着节能和改善使用者舒适度的潜力。用以优化日光利用的措施应与遮阳系统相结合，以使得对可见光的利用尽可能多，同时使短波与长波辐射尽可能小。被动式的遮阳系统不能依据太阳所处的位置移动遮阳构件，这将会给日光利用以及遮阳带来不利影响。可移动的遮阳系统可以依据太阳高度角在每天及不同季节的变化做出调节，允许分区域调控的遮阳构件可以获取合适的遮阳效果并充分利用日光。3.2.3双层通风玻璃幕墙的自然通风控制系统双层通风玻璃幕墙的热通道空腔间层的设计当中始终存在一个重要的问题：是要将空腔主要设计为缓冲带或成为建筑暖通空调系统的一部分，从本质上放弃向内部的空气输送，还是将自然通风系统与内部空气流动结合起来?从双层通风玻璃幕墙技术的发展来看，前两者实际是缓冲体系和抽风体系的较量，后者则是对空腔单一功能的置疑，对呼吸体系的展望。因为除了调节能量平衡的参数之外，建筑物表皮在新鲜空气的交换方面不可忽视，尤其应关注采用合理的通风量以及及时降低外表面温度从而减少建筑的热量损失。空腔通风系统的类型及其空腔间距对建筑室内的隔热保温有相当的作用。1. 气循环系统（1）夏季白天充分运用外循环方式进行空腔内的温差对流散热，夏季夜间开启换气窗实现室内的自然通风降温，冬季白天运用内循环方式实现室内的温差对流升温，冬季夜间关闭换气窗实现空腔内的保温。（2）夏季空腔通风间距300mm，有利于双层通风玻璃幕墙空腔与室外进行换热；冬季设计较大的空腔间距以争取最大利用太阳辐射能，但保证空腔间距500mm。2. 立面风口通风模式针对夏季白天的外循环方式，需要考虑室外自然风压和空腔热压的综合作用。在室外有合适自然风压的情况下，使用风口全开的通风模式：在室外静风的情况下，使用风口上下开的通风模式。此外，可调节间距的空腔和手动结合主动的通风百叶有利于根据需要对空腔闭合（散热/保温/蓄热）做出选择。而依靠开窗的方式和可操作构件的位置选择，可以使得空气交换量满足需要。3.3控制技术入果说材料技术和构造技术构成了建筑的外围护结构，那么控制技术则是使得建筑外围护结构如何适应气候和自动调节的“神经系统”。控制技术包含两个层面，即第一层面的人工操作模式和第二层面的人上智能模式。前者又有被动模式和手动模式之分，而后者又叫主动模式。这两者同样是对建筑外围护结构的动态技术规范。3.3.1人工操作模式双层通风玻璃幕墙是一个具有动态调节能力的复合系统，其空腔及相关配件与内、外层玻璃等子系统共同组成一个可动态调节和积极应变的系统。双层通风玻璃幕墙系统内单个子系统的操作不当，便会影响整个系统对气候的适应性能力。实际上，双层通风玻璃幕墙太阳辐射控制系统和自然通风控制系统的运作就是人工操作层面上的控制技术。假若结合辅助机械通风设施和在极端气候条件下使用的主动制冷，则需要更多不同的运作模式，以保证双层通风玻璃幕墙对气候的积极适应。设计者需要为使用者提供灵活方便的操作方式。3.3.2人工智能模式人上智能模式意味着建筑对气候的适应性由机械技术向人工智能技术转化，由无机体向能够自动感知应激的有机体方向发展。智能玻璃幕墙就是在双层通风玻璃幕墙的基础上，通过计算机系统控制下的智能化的建筑外围护结构。它涉及到人工智能技术、自动控制技术、双层通风玻璃幕墙构造技术以及高隔热材料技术的综合运用。如1997年在德国埃森建成的RWE AG总部大楼所采用的智能幕墙系统可能是迄今为止最精密复杂的幕墙系统。在该建筑中，遮阳百叶的开启，鱼嘴形横档盖板的开启，内皮上窗的开启都由大楼的楼宇管理自动化系统控制。整个系统能精确地调节建筑的各种能量分配。双层通风玻璃幕墙通过计算机中心的控制，与太阳辐射控制系统、自然通风控制系统以及采暖制冷系统的协同上作，从而获得能源的高效利用。第4章 工程设计实例分析4.1工程概况：北京新源大厦（如图4-1）位于北京朝阳区新源里十字路口，总建筑面积6.9万m2，地上34层。本建筑是继北京旺座中心之后，北京第二座双层通风玻璃幕墙建筑。其双层通风玻璃幕墙设计的重点在图4-1北京新源大厦于对北京气候条件变化的一种积极适应，以尽可能的实现低能耗。本工程幕墙部分由武汉凌云建筑装饰有限公司设计施工，并于2004年建成并投入使用，其设计在双层通风玻璃幕墙领域很具有代表性，我选择以本工程为例，结合前一章双层通风玻璃幕墙的气候适应性设计策略对双层通风玻璃幕墙进行更深入实际的分析。4.2工程设计分析4.2.1设计背景北京冬季寒冷，夏季较为炎热，月平均最高温度超过30，平均昼夜温差较大，平均达15（年极端最高气温在3540之间，而年极端最低气温在零下1420之间）（如图4-2），夏季降水丰沛，集中于夏季3个月，偶有暴雨发生，春季及深秋有大风，春季常有沙尘暴发生。新源大厦双层通风玻璃幕墙设计应当遵循北京当地气候特点进行设计。图4-2北京地区全年室外温度统计4.2.2工程设计分析基于北京地区夏热冬冷的气候特点，和具有气候适应性的双层通风玻璃幕墙的设计策略，重点分析新源大厦双层通风玻璃幕墙设计三个技术层次上的具体措施及原理。1. 材料的选择建筑节能材料的应用是最直接、最容易理解的一种节能方式。该工程使用的节能材料主要是节能玻璃和隔热断桥铝型材，如中空Low-E镀膜玻璃（6mmLow-E钢化+12+6mm钢化）和穿条式隔热断桥铝型材。Low-E镀膜玻璃可以阻止夏季热量进入室内和冬季室内热量散失，另外对夏季遮蔽太阳直接辐射也有一定作用。2. 玻璃的装配设计者出于对北京“夏热”气候的考虑，采用了外层为单层装配系统、内层为双层系统的外循环通风装配方式，兼顾冬季保温与夏季防热。具体来说，外层幕墙采用10mm单层钢化玻璃幕墙，内层幕墙为“断桥”铝型材和6+12+6mm中空玻璃（外层LOW-E膜），对阻止夏季热量进入和冬季室内热量散失都具有显著作用。3. 太阳辐射的控制设计者在层间遮阳系统中采用了旋转侧收滚动式布遮阳板（如图4-3），由此，夏季可以在不影响室内采光前提下，根据使用者需要，跟随太阳轨迹任意调节遮阳板竖向旋转角度，遮蔽太阳直接辐射，而在冬季白天可以完全侧向收起，争取最大太阳辐射得热，同时还可以根据需要控制进光量，保证了室图4-3旋转侧收滚动式布 遮阳板内照度及视线景观，具有较好的灵活性和适应性。4. 通风组织具有呼吸体系的外循环双层通风玻璃幕墙的特点是外层玻璃幕墙有上下通风口，内层玻璃幕墙上有可开启的门窗。可以根据气候变化选择气循环模式。l 该工程在两层幕墙间采用了净宽700mm间距的空腔，既兼顾夏季通风换热和冬季蓄热保温，又有利于施工检修。l 该工程还通过下列措施较好的兼顾了自然通风和春季防沙尘的性能。a 采用了较大的有效通风面积（玻璃幕墙进出风口有效通风面积比为12.6%）。b 采用了95%开孔率的防虫网和90%开孔率的防尘网。c 采用60度开启的被动式流线型通风百叶（通风换气用）和电动开启窗（防沙尘暴和控制进出气流量）（如图4-4）两道控制系统。d 将遮阳织物靠近外层玻璃幕墙布置以减少了风流阻力。e 用通风格栅代替低通风率的穿孔铝板（如图4-5）。另外，吊顶中有机械通风管道，在非正常的天气条件下（冬季低温天气、过渡季节室外高气流和夏季高温天气）辅助通风。图4-4 进、出风口的防尘通风组合装置5. 操作模式在冬季白天，滚动式布遮阳板侧向完全收起，外层手动式通风窗关闭，在缓冲区形成蓄热空腔，内层门窗开启，加强室内和空腔温差对流。若室内外温差过大以致外层玻璃内表面上产生冷凝，则需机械辅助通风。冬季夜晚外层通风窗和内层门图4-5 通风隔栅窗关闭，滚动式布遮阳板侧向完全打开并平行于幕墙，反射室内热辐射，实现保温。在夏季白天，外层手动式通风窗完全开启，滚动式布遮阳板打开并根据需要调节遮阳板竖向旋转角度控制太阳辐射，内层门窗闭合，实现室外和空腔的温差对流。若室外气温过高以致空腔非正常得热，则需机械辅助通风预冷。夏季夜晚，外层通风窗和内层门窗开启，滚动式布遮阳板侧向则完全收起，实现室内外自然通风散热。若夜间室外气温高于室内，则要闭合外层通风窗和内层门窗，打开遮阳板，增加隔热效果。在春秋过渡季节，当室外风速过大或有沙尘暴时，闭合外层通风窗和内层门窗，机械辅助通风运行。在正常天气条件下，所有外层通风窗敞开，内层门窗可开启换气。4.3分析小结综上所述，新源大厦的双层通风玻璃幕墙设计结合北京具体气候条件，通过采用合理的双层通风玻璃幕墙构造体系以及选择实用的节能材料和技术设备系统，以适应气候变化和达到节能目的。经过竣工后两年多的实际使用验证，该工程具有良好的节能效果，达到了设计目的。第5章 双层通风玻璃幕墙的经济分析新源大厦采用的双层通风玻璃幕墙虽然在设计中体现了很好的节能理念，而且在实际使用中也表现出了很好的节能效果，但其4500元m²的造价却对其大面积推广带来了困难，使其不被大多是人所接受。不过通过下面的理论上（由于国内双层通风幕墙工程比较少，而且都是近一、两年内完工或尚未完工的，缺乏实践数据，因此只限于理论上）的经济分析可以看出，双层通风玻璃幕墙的经济回报率还是非常高的。双层通风玻璃幕墙的构造复杂，部件多，必然会导致造价的增加。在市场经济条件下，一种新建筑技术能否被接受，价格及其回报是重要因素。目前，这种高