双层玻璃幕墙节能辅助设计方法探讨

　　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旧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，因为传统玻璃幕墙的保温、隔热机能均远不及传统墙体，又缺乏公道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.**近我国推出公共建筑设计节能尺度，对玻璃幕墙提出了更严格的热工要求.

　　与传统玻璃幕墙比拟，双层玻璃幕（DoubleSkinFalade，以后简称DsF）独特的夹层设计，不仅为进步幕墙的保温隔热机能上提供了更多可能，更重要的是，为遮阳构件提供了一个居住之地，使之既能有效遮阳，又不破坏建筑外观.此外，它还可以通过强化透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，同时其维修用度也高出一般幕墙.而且，不能简朴地以为DSF一定具有更好的保温、隔热、透风等热工机能，目前“大多数类型的DSF都不能同时减少采温暖制冷负荷，只有根据详细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提高””’.例如，**凸起的题目是如何公道地设计夹层的尺寸，由于其空间过小将直接影响DSF夏季和过渡季的透风降温效果过大则降低了空间使用效率.而假如完全依赖机械透风，固然可以减小夹层宽度，但也存在着如何在透风降温效果和风性能耗之间作优化的题目此外，夹层天然透风还受室外风速和风向的影响较大，目前还没有令人满足的整套方法可以指导选择设计前提，猜测运行效果，并指导节点构造设计.在世界各国的实践当中也不乏有很多不太成功的例子.可见，DSF的选用、设计的决议计划过程受到审美、热恬静和节能二方面因素的影响（图l），不是简朴的“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.作为指导工程决议计划**有力的依据，全生命周期分析是整个研究的终极目标，而和建筑运行模式结合的研究恰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，夹层中的天然活动阻力系数不能采用手册中给出的机械活动下的阻力系数玻璃表面临流换热系数和整个窗户的传热系数均跟着内外层玻璃温差呈线性变化，但是前者变化明显，在温顺天气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前提下的天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贸易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，简朴的夜间机械透风能降低40%的装机容量和能耗，假如考虑采用可控窗户以及天色猜测系统，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才会存在显著的压力损失，在大多数幕墙中，主要压力损失泛起在空气出口；对于南面幕墙，天然透风启齿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，顶层建筑也能达到透风效果，但是需要调节启齿大小以平衡各层透风量.李保峰在其博士论文中对中国冬冷夏热天气前提下DsF的热工机能做了大量实验研究，提出外轮回式更相宜这种天气，而夹层宽度以400mm为宜，夏季透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，假如答应泛起短暂高温，整个大楼全年可以采用天然透风，假如不设吊顶，夜间透风的效果可以大大进步.大楼采用地源热泵系统供冷，可知足全年要求.作者同时指出DSF并不是在任何地方和任何建筑都是节能的，一些模拟假设的边界前提需要仔细考虑，例如幕墙周边的温度往往要比景象形象观测温度高几度；对于每层隔断的DSF，幕墙中的换气量更取决于风速和风向，而不是烟囱效应在设计中应该将双层幕墙空间与透风口隔断以防止夏季热风倒灌，或者设计小面积的DSF而不是整面，或者像德国的Dehi，中央那样在炎热季节完全打开外表幕墙，但是这种设计的造价较高，同时导致冬季保温机能降低. 　　从全生命周期分析特别是全年建筑能耗分析的角度考察DSF的研究还很少，主要研究指标包括全生命周期经济性和全生命周期温室气体排放量.比较具有代表性的是土耳其学者Cetiner对伊斯坦布尔温顺天气下的分析，结果表明双层幕墙**高比单层幕墙**节能方案节能23%，而单层幕墙**便宜的比双层幕墙**便宜的便宜25%.在双幕墙系统中，**省能方案可以降低33.9%的能耗，**贵的方案在全生命周期内节省7.7%的资金. 　　综合以上研究现状来看，现有的研究成果中已经有部门结论可以用于指导设计，但是还无法知足实际的需要.因为DSF传热过程复杂、一天当中和全年当中标准不一、正确的室外边界前提不易获得等原因，目前还没有一种正确、可靠的DSF建筑全年能耗模拟方法.同时，现有的计算方法操纵复杂，对工程师要求很高，在工程应用中不适适用来指导方案设计阶段的工作，而适适用在深化设计阶段.