1、前言
双层玻璃幕墙具有优异的保温、隔热、隔音、防雨等功能，已在我国多项建筑幕墙工程中成功应用。由于双层幕墙在夏季、冬季和春秋季，对应有隔热、保温和通风换气的功能需要，因此通常在最外层玻璃幕墙上设置通风百叶或电动开启扇、同时在缓冲腔的层间设置较为复杂的进气和出气隔断，幕墙构造复杂、造价较高，通常在一些品质较高或造价充裕的建筑项目中使用。
我国地缘辽阔、不同地区的气候差异较大。在夏热冬暖地区，太阳辐射时间较长，大气温度较高，外幕墙以遮阳、隔热的功能为主;而在严寒或寒冷地区，冬季漫长，外幕墙则以保温、蓄热的功能为主。因此从幕墙节能与造价的平衡角度而言，在严寒或寒冷地区且造价控制较为严格的建筑项目，玻璃幕墙应加强保温和蓄热功能，以提高建筑节能、控制工程造价。四川省若尔盖县下热尔村处于高海拔、严寒地区，该村的小学宿舍楼项目建设就是因地制宜，充分利用当地白天充足的阳光照射，在玻璃幕墙设计中应用“集热腔”原理，高效地实现了双层玻璃幕墙的保温、蓄热功能，同时控制了工程造价。
2、工程概况
下热尔村小学位于四川省阿坝藏族自治州若尔盖县，地处青藏高原东北边缘、四川省北部，县城海拔3406米。高海拔的地域特点，赋予了这里美丽的同时，也给这片土地上的人们出了一道难题——高寒。若尔盖县属高原寒温带湿润季风气候，常年无夏，年平均气温1.1℃，低于拉萨7.4℃的年平均气温。每年9月下旬土地开始冻结，5月中旬完全解冻，冻土最深达72厘米，高寒的气候曾使生活在阿西乡下热尔村小学的孩子们苦不堪言。
学校原有的学生宿舍建设于80年代，为砖木结构。由于校舍建设时间长，年久失修，存在一定的安全隐患。且宿舍内没有安全有效的供暖设施，严寒的冬季，孩子们不仅要盖着厚厚的棉被，还要裹上厚厚的棉衣棉裤方能入睡。即使这样，孩子们还经常在半夜被冻醒，整个冬天饱受冻疮的困扰和折磨(图1，2)。
图1 校舍旧址
图2 校舍旧址内部
2013年，一对上海爱心夫妇携手中国扶贫基金会，提出运用节能环保的理念，利用高原特有的优势资源——太阳能光照，在不借助其他任何能源的情况下，在造价可控的同时，为孩子们建造一栋全被动式节能宿舍——“暖巢一号”。本项目由中国建筑西南设计研究院有限公司赞助设计，并由院总建筑师钱方担任设计总负责人，旨在为孩子们提供温暖舒适的校舍(图3，4)。
新建宿舍楼建筑高度13.286米，地上建筑4层。建筑面积1300平方米，双层玻璃幕墙面积300平方米，共有校舍18间，投入使用后，能够解决全校163名学生的住宿问题。
图3 新校舍建成照片
图4 新校舍建成照片
3、 双层幕墙系统设计
3.1幕墙系统架构
本项目位于四川省阿坝州，属于我国寒冷地区。若采用传统的玻璃幕墙进行设计，由于窗墙比过大将直接影响室内建筑节能效果;若采用传统的双层玻璃幕墙，由于造价较高不能实现本项目的造价控制。因此我们决定因地制宜，利用若尔盖地区白天丰富的光照资源，结合双层幕墙构造，采用“集热腔”原理来设计幕墙构造。在本项目的南立面创新性的采用了内层大洞口中空玻璃铝合金断热门窗+外层通高单层玻璃幕墙系统的设计方式。
白天利用内、外两层玻璃幕墙之间的缓冲空腔形成“集热腔”，高效地加热空腔内的空气并与室内空气形成交换，提升房间内的气温;夜晚通过窗户内侧加厚型棉毡保温窗帘和聚氨酯喷涂保温墙体进行保温和蓄热，阻挡房间内热量的散失。经过热工理论分析和工程竣工后的实际测试，本项目双层幕墙系统实现了优异的保温蓄热的要求。
具体构造为：外层采用单片钢化白玻幕墙系统(门窗构造)，内层为土建聚氨酯喷涂保温墙体+铝合金断热门窗系统，控制两层墙体之间距离形成“集热腔”。在白天阳光透过外层玻璃幕墙加热“集热腔”内的空气，腔体内的温度积聚上升，热空气透过内层门窗系统进入室内;在夜晚室内保温棉毡窗帘关闭，阻止室内热量散失。每间宿舍的室外“集热腔”相互独立、封闭，即提高了腔体内空气的加热效率，又减缓了腔体间空气的对流，降低热量损失。
在非寒冷季节，为了满足室内自然通风和换气的功能要求，在外层玻璃幕墙立面上设置悬窗开启。开启扇在寒冷季节保持常闭，在非寒冷季节可开启换气。
图5 幕墙典型立面图
图6 幕墙建成典型立面照片
图7 幕墙建成典型立面照片
图8双层幕墙系统图解示意
3.2 幕墙构造节点设计
图9 双层幕墙隔断位置(无开启扇)横剖节点
图10 双层幕墙隔断位置(有开启扇)横剖节点
图11 双层幕墙层间竖剖节点
3.3 幕墙热工性能测试
项目竣工后，我们经过实地测试，校舍房间可成功实现室外-20℃至-10℃的严冬环境中，室内温度不低于12℃!实现了仅依靠双层玻璃幕墙的“保温蓄热”，不借助任何能源就可以保证孩子们顺利渡过高寒地区寒冷的冬天(图12，13，14)。
图12测试房间位置
图13下热尔小学室外环境温度
图14各宿舍室内温度变化
4、结语
本项目于2014年9月完成施工图设计工作，在参建各方共同的努力下，克服重重困难于2016年5月底竣工。项目规模虽然不大，但幕墙设计工作有诸多挑战：尽量控制和节约工程造价、满足建筑节能要求、利用现有铝合金模具进行设计和施工等。通过我们的理论分析和实地测试，使我们最初确定的双层“集热腔”玻璃幕墙构造经受住了理论和实测的双重考验，结果在一定程度上超乎了我们的想象!这是一段有意义、有温暖的设计经历，看到孩子们开心的笑脸，才是我们的追求。
参考文献
[1]中国建筑科学研究院.民用建筑热工设计规范GB 50176-2016[S].北京：中国建筑工业出版社. 2016
[2]中国建筑科学研究院.公共建筑节能设计标准GB 50189-2015[S].北京：中国建筑工业出版社. 2015
