1 双层幕墙的主要结构形式及其特性
双层幕墙(又称热通道幕墙、气循环幕墙、呼吸幕墙、生态幕墙、绿色幕墙、健康幕墙等)是由一层外层玻璃幕墙和一层内层玻璃幕墙(或玻璃窗)组成的双层玻璃幕墙,两层玻璃幕墙之间留有一空腔(通道),这个通道称为热通道。或者说这是一种特别的幕墙结构,它在一个传统的幕墙外再增加一层玻璃幕墙,通过幕墙的通风设备的开关可使双层幕墙中间进人或逸出空气,开窗后房间可进行自然通风,幕墙中间的遮阳装置可减少气候的影响,并且不妨碍玻璃幕墙的外观效果。双层幕墙对于提高建筑幕墙的保温、隔热以及隔声性能起到了非常大的作用,也就是说双层幕墙具有一些优异的性能。
双层幕墙可分为两类;
(1)封闭式内循环体系热通道双层幕墙
(2)敞开式外循环体系热通道双层幕墙
封闭式内循环体系热通道双层幕墙内层幕墙一般采用单片玻璃或可开启窗,外层幕墙则采用中空玻璃或者Low-E玻璃,型材为隔热(或断热)型材,外层幕墙原则上是完全封闭的,内层幕墙设开启扇或通风口,两层幕墙之间的通风换气层一般为100mm-2OOmm。通风换气层与吊顶部位设置的通风系统相通,从下而上进行强制性空气循环,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,达到节能效果。在通道内设置可调控的百叶窗或垂帘,可有效地调节采光和遮阳,在室内创造更加舒适的环境。
敞开式外循环呼吸幕墙的内层幕墙一般采用中空玻璃或者hw-E玻璃,型材为隔热(或断热)型材,外层幕墙则采用由单片玻璃制作的敞开式幕墙结构。空气从外层幕墙的下通道进入热通道空间,其尺寸一般为500mm-600mm。然后从外层幕墙的上部排风口排出,而内层幕墙则完全封闭。敞开式外循环呼吸幕墙在一定条件下可以靠自然通风,不需要借助于专门的通风设各,维护和运行费用较低,是目前应用比较广泛的呼吸幕墙形式。敞开式外循环呼吸幕墙的进风口和排风口可以开启和关闭,夏季时开启进风口和排风口,热空气形成自下而上的空气流动(有关试验证明这种热空气流动的速度可达到0.6m/s),带走热通道内由于日照而产生的热量,降低内层幕墙的外表面温度,减少了空调制冷的负荷,节约了能源,降低了能耗;冬季关闭进风口和排风口,热通道因为阳光照射得以温度升高而成为封闭温室,提高了内层幕墙的外表面温度,起到保温作用,减少了建筑物采暖的运行费用。此外,敞开式外循环呼吸幕墙也可以根据需要而在热通道内设置可调控的铝合金百叶窗帘或者电动卷帘,有效地调节阳光的照射。
2 双层幕墙的成本及节能方面的一些参考数据
二十世纪八十年代后期欧(美)洲出现了双层幕墙,在德国19%-1998年为双层幕墙发展高峰期,目前国内主要在北京及沿海一些大城市少量特定的高端工程项目上也开始得到应用,但总量还是很少,到目前国内外总共也只有在几十个项目上应用,西部及内陆地区仅极个别工程项目在局部上应用。由于双层幕墙其结构的特点(双层的幕墙结构体系、热通道通风系统、遮阳系统、控制系统等应用),使得其工程造价要比常规中空玻璃幕墙的高的多,从而使一次性工程制造成本提高,一般要提高大约60%～9O%,相应的后期维护成本一般也要提高大约20%～40%,据德国有关资料表明:呼吸幕墙与传统的单层玻璃幕墙的能源消耗相比,采暖时可节约能源42%～52%,制冷时可节约能源38%～60%。国内的一些资料表明一般可节约能源30%~50%,对于其增加的投人的收回有的说法要6～8年,有的说甚至要14～18年时间,但这些数据都只能作为一种参考,因为这些基本是靠理论模型计算得出的,同时由于这些计算设定的环境及应用条件与实际有出人(一般都是设定空调系统全时运行、内外温差大),因而产生的误差也比较大。
3 双层幕墙实际应用上应该考虑的一些具体问题及其适用性
双层幕墙毕竟只是一种新型结构的建筑幕墙类型,相关介绍和宣传可能存在一些对新产品、新技术更多是赞美和比较理想评价,但对于实际工程的应用我们应该科学、客观、综合地进行评估。应该说双层幕墙它主要在保温、隔热以及隔声性能起到了非常大的作用,但在工程项目的综合节能作用上,还有很多其他因素在影响,良好的保温、隔热在工程上并不能就意味着节能,因为双层幕墙结构的封闭性,采用双层幕墙就意味着将完全依赖中央空调系统,在工作时间段甚至更长时间内设各都要不停地工作,而且不分季节、气候变化一如既往。事实上,对于敞开式外循环呼吸幕墙理论上可以利用温差、烟囱效应形成热通道抽吸作用进行通风换气,但实际上它受工程的区域气候情况、建筑的朝向、外环境温差、风力大小等等因素影响很大,很难达到理想的效果,一般都需要依靠强制抽风系统来解决。
一般幕墙都开有一定比例的开启扇,必要时候可以开启轻松实现自然通风换气,保持室内空气的清新、卫生。由于双层幕墙结构的封闭性,通风换气只能通过中央空调、新风系统经过管道输送来实现,而通风管道长时间的使用无法保证其清洁卫生,往往带有异味,从而使室内空间的空气无法达到自然通风的清新、卫生,或许还在一定程度上影响了项目整体品质,这一点在作为长时间存留于其间的工作场所的办公写字楼来说,问题更明显、突出。我们认为双层幕墙的一些优良特性在一些年气候温差变化较大、风力较大的北方、南方、沿海地区还可以得以体现,在一些年温差小的区域、内陆地区并不能充分发挥其优良特性,甚至可能还会有一些负作用、甚至还会产生更大的能耗。所以双层幕墙的应用不能简单推广,它应该根据具体工程项目情况进行可行性、经济性等综合评价后再做合理科学决策。
4 双层幕墙在成都的应用情况及对创世纪广场幕墙项目的建
目前在成都市建成的数千项建筑幕墙工程中,全部都是常规结构的幕墙,在建的项目中仅有两个大项目中局部采用了双层幕墙,其中成都飞机设计所101建筑群幕墙约5万平方米,仅在正面连廊部分约2000平方米采用敞开式外循环双层幕墙;另一工程是仁恒广场幕墙约5万平方米,也仅在正面裙楼局部不足两千平方米采用封闭式内循环双层幕墙,从其应用的实际功能区、部位来说,他们的应用应该更多程度上是用于表现其项目的
“高科技”标签意思,真正的从节能意义上应用只能说是试验性尝试。
这是因为成都市是一个年温差小、风力小、空气中灰尘多的内陆地区,一年中真正需要依靠空调制冷制热并不多,更多的时间是需要自然通风,有资料统计,假如设定摄氏温度10度以下需要制热、笳度以上需要制冷,而10～26度仅需要自然通风,则成都市需要制热时间仅有大约11%,需要制冷时间大约39%,而约50%时间仅需要自然通风,如果在这段时间内能通过幕墙的开启扇主要采用自然通风方式来调节室内空间的空气、环境状态,将比封闭的双层幕墙完全依靠中央空调的全时运行要节约很大的能源,同时在成都地区常规的中空L玻璃(及保温层处理)幕墙的节能指标已经完全能满足国家节能标准对工程项目的要求。
成都创世纪广场幕墙项目有:两栋办公楼Tl、T2为24层标高～100米建筑,幕墙面积合计～3。8万平方米;三栋公寓楼T3、T4、T5为25～31层标高81～100米的建筑,幕墙面积合计~2。9万平方米;三栋商业区T6、T7、T8为4层标高～18米建筑,幕墙面积合计~0。78万平方米。如果采用原方案中的“主动式呼吸幕墙” 结构(也可以称为封闭式内循环体系热通道双层幕墙),以一般常规的单元式中空Low-E玻璃幕墙工程单价按～1200元/平方米计算,则“主动式呼吸幕墙”工程单价将达～2000元/平方米,若仅考虑在两栋办公楼Tl、T2 上应用,也将增加工程造价2280万元。这笔费用在成都地区的气候环境下,想通过后期的能源节约途径来收回可以说是几乎不可能的。所以建议无需采用双层幕墙系统,就常规的中空Low-E玻璃幕墙及常规保温层处理就能满足该项目的功能和用途。
同时对于该项目新方案中仅仅考虑整体外立面的观感效果,幕墙上没有设置一定比例的开启扇,这将给今后建筑内办公空间整体舒适性带来一些问题,因为伴随着sARS的流行,封闭的、全空调的办公室条件愈来愈多的受到使用者的批评,无论从心理学,还是从不同使用者特殊要求的角度,自然通风的可能性及对自然开放式的条件,已为人们所普遍欢迎,前几年成都不少办公写字楼幕墙因为没有设置一定比例的开启扇,不能正常出租使用,不得不花大价钱,大量增设开启扇来满足使用者要求,这种增设开启扇改装情况到现在还有在进行。我们希望能从中吸取经验和教训,少走弯路,在满足整体建筑的外立面效果情况下,根据办公使用空间分隔,合理设置一定比例的开启扇,以满足其综合使用功能要求。
参考资料
[1] 《呼吸幕墙结构及原理浅析》,张洋曾玉玲
