关于双层玻璃幕墙节能辅助设计方法探讨

　　论文关健词：双层玻璃幕墙 节能设计 辅助方法 设计阶段

　　论文摘要：与传统玻璃幕墙相比，双层玻璃幕墙在一定程度上可改善建筑的热工性能然而，其优势能否发挥，还取决于建筑和幕墙的设计是否合理.目前世界上时双层玻璃幕墙节能设计的研究进展仍以基础研究为主，相对于直接指导工程设计仍有距离该文在综述国内外理论和实验研究现状的基拙上，根据国内目前该类建筑设计的合作方式和流程，提出根据方案设计、初步设计和施工图设计三个阶段的不同任务采取相应的辅助设计方法，强调应加强时以往设计经验的总结，以指导建筑师在方案设计阶段正确把握双层玻璃幕墙和建筑设计的结合，实现有效节能

　　1背景

　　当今玻璃幕墙在现代建筑，特别是高层办公建筑中的风靡程度有增无减，它几乎是世界各大城市办公楼立面的一致选择。主要原因之一是人们的审美倾向仍然受现代主义风格的影响，而玻璃幕墙不仅外观简洁、通透、富有现代感，甚至可以象征企业实力和形象.因而受到众多业主和建筑师的青睐。然而，人们为了这种独特的外观也付出了沉重的代价，由于传统玻璃幕墙的保温、隔热性能均远不及传统墙体，又缺乏合理减少夏季太阳过热的措施，大大增加了该类建筑的空调和采暖能耗。最近我国推出公共建筑设计节能标准，对玻璃幕墙提出了更严格的热工要求。

　　与传统玻璃幕墙相比，双层玻璃幕（Double Skin Falade，以后简称DsF)独特的夹层设计，不仅为提高幕墙的保温隔热性能上提供了更多可能，更重要的是，为遮阳构件提供了一个栖身之地，使之既能有效遮阳，又不破坏建筑外观。此外，它还可以通过强化通风降温来降低建筑能耗，因而倍受建筑师的推崇。然而，采用DSF不仅会增加初投资，牺牲可观的建筑面积，同时其维修费用也高出一般幕墙。而且，不能简单地认为DSF一定具有更好的保温、隔热、通风等热工性能，目前“大多数类型的DSF都不能同时减少采暖和制冷负荷，只有根据具体情况把不同类型结合起来或改变系统设置，才可能比传统的隔热玻璃加外遮阳方案有实质性进步””’。例如，最突出的问题是如何合理地设计夹层的尺寸，因为其空间过小将直接影响DSF夏季和过渡季的通风降温效果过大则降低了空间使用效率。而如果完全依靠机械通风，虽然可以减小夹层宽度，但也存在着如何在通风降温效果和风机能耗之间作优化的问题此外，夹层自然通风还受室外风速和风向的影响较大，目前还没有令人满意的整套方法可以指导选择设计条件，预测运行效果，并指导节点构造设计。在世界各国的实践当中也不乏有许多不太成功的例子。可见，DSF的选用、设计的决策过程受到审美、热舒适和节能二方面因素的影响(图l)，不是简单的“用了就好”。

　　2国外相关研究现状

　　DSF的节能研究在国外，特别是欧洲已经开展了有二十余年，主要集中在只个方面传热过程研究、和建筑运行模式结合的研究以及全生命周期分析.其中前两个方面取得了较多研究成果。作为指导工程决策最有力的依据，全生命周期分析是整个研究的最终目标，而和建筑运行模式结合的研究正是把微观的传热研究成果与宏观的联合了幕墙系统、建筑及空调系统的大模型连接起来的纽带，对实现建筑的全年能耗模拟至关重要。

　　传热过程研究主要包括理论和实验两方面的研究。其中理论研究又分为节点控制容积方法和计算流体动力学模拟法，实验研究的目的则在于探讨传热系数或者对流换热系数的经验公式，。这些研究结果可以辅助建立数值模型，例如Grabe研究发现，夹层中的自然流动阻力系数不能采用手册中给出的机械流动下的阻力系数玻璃表面对流换热系数和整个窗户的传热系数均随着内外层玻璃温差呈线性变化，但是前者变化显著，在温和气候地区后者的变化可以忽略。

　　和建筑运行模式结合的研究包括在特定建筑布局条件下的自然通过改果研究和结合空调系统的研究。计算方法主要有利用商业能耗模拟软件和根据网络法计算原理二次开发两种。荷兰学者Paassen的研究结果表明，简单的夜间机械通风能降低40%的装机容量和能耗，如果考虑采用可控窗户以及天气预测系统，节能潜力达到70%以比利时的Gratia模拟发现，只有当幕墙间距小于40cm才会存在明显的压力损失，在大多数幕墙中，主要压力损失出现在空气出口;对于南面幕墙，自然通风开口大小对夹层内温度影响很大，但是在前面则影响很小.在夜间利用穿堂风非常可行，但是在白天要非常慎重，防止热空气进人室内。采用拔风烟囱则可以保证即使没有风压作用，顶层建筑也能达到通风效果，但是需要调节开口大小以平衡各层通风量。李保峰在其博士论文中对中国冬冷夏热气候条件下DsF的热工性能做了大量实验研究，提出外循环式更适宜这种气候，而夹层宽度以400mm为宜，夏季通风应以风压为主而不是热压，遮阳百叶以及内外幕墙比较理想的材料分别是穿孔的铝合金和高透玻璃。

　　同时，一些建筑的实测结果为设计者提供了宝贵的经验。Pasquav在德国西门子大楼的测试结果表明，