玻璃幕墻產(chǎn)生新的建筑美學(xué)，已成為現(xiàn)代建筑的一個(gè)標(biāo)志。建筑上使用玻璃幕墻不恰當(dāng)會(huì)帶來(lái)許多問(wèn)題:能源消耗極大、嚴(yán)重光污染、室內(nèi)衛(wèi)生質(zhì)量下降、視線干擾等，有些地方已開(kāi)始限制使用高能耗、光污染嚴(yán)重的玻璃幕墻。目前發(fā)達(dá)國(guó)家建筑能耗占國(guó)家總能源20～30％，建筑節(jié)能已成為人們最關(guān)注的問(wèn)題之一。
一、熱通道特性
建筑節(jié)能既要利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等自然能，也要從結(jié)構(gòu)上減少熱損失，以獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。20世紀(jì)80年代以來(lái)，嚴(yán)寒地區(qū)迫切需要一種新型玻璃幕墻:冬天獲取大量的日照，夏天阻擋太陽(yáng)輻射，提供良好的自然通風(fēng)和建筑節(jié)能。建筑師和相關(guān)人員經(jīng)過(guò)多年努力，開(kāi)發(fā)了一種新型玻璃幕墻—智能幕墻。智能幕墻目前處于發(fā)展初期，造價(jià)昂貴，技術(shù)要求高，但在建筑節(jié)能上卻顯示了巨大的能力。根據(jù)英國(guó)工程師對(duì)一個(gè)建成的工程進(jìn)行預(yù)算，采用智能幕墻的工程能耗只相當(dāng)于傳統(tǒng)建筑能耗的30%。為了節(jié)省建筑成本，目前人們傾向采用智能幕墻的核心技術(shù)—通風(fēng)幕墻
通風(fēng)幕墻主要由一個(gè)單層玻璃幕墻和一個(gè)雙層玻璃幕墻組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。在兩個(gè)幕墻中間有一個(gè)空間，在空間的上下兩端有進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)設(shè)施，這個(gè)空間就是熱通道，因此也稱為熱通道幕墻。在熱通道內(nèi)一般還可以根據(jù)需要，裝有百頁(yè)、光線、溫度探測(cè)器等附件進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)遮陽(yáng)、進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)，通風(fēng)幕墻加上這些自動(dòng)調(diào)節(jié)附件就成為了智能幕墻。
熱通道由于陽(yáng)光的照射溫度升高，冬天像一個(gè)溫室，等于提高了內(nèi)側(cè)幕墻的外表面溫度，減少了建筑物采暖的運(yùn)行費(fèi)用;夏天熱通道溫度很高，打開(kāi)上下兩端的風(fēng)口，熱煙囪效應(yīng)產(chǎn)生氣流，運(yùn)動(dòng)氣流帶走通道內(nèi)的熱量，這樣就可以降低內(nèi)側(cè)幕墻的外表面溫度，減少空調(diào)負(fù)荷。
二、工程實(shí)例
目前，世界范圍內(nèi)已建成的智能幕墻不多，但通風(fēng)幕墻國(guó)外較多，國(guó)內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)。
較詳細(xì)地介紹了幾個(gè)國(guó)外工程實(shí)例。1980年建成的美國(guó)紐約西方化學(xué)中心采用“外側(cè)雙層中空玻璃，內(nèi)側(cè)為單層幕墻，1 500MM寬的熱通道”，此通道內(nèi)安裝了活動(dòng)百頁(yè)，該百頁(yè)可以通過(guò)感應(yīng)光線進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，通道熱空氣在過(guò)熱時(shí)可以從通道頂端排走。1986年建成的勞埃德大廈采用“外側(cè)雙層中空玻璃，內(nèi)側(cè)為單層幕墻，75MM寬的熱通道，通道一層樓高，之間互不連通”，被處理過(guò)的空氣通過(guò)設(shè)在架空地板內(nèi)的風(fēng)道送人熱通道，再?gòu)牧硪欢伺抛�，這樣可以帶走通道內(nèi)50%的熱量。1993年建成的德國(guó)杜伊斯堡的商業(yè)促進(jìn)中心是應(yīng)用智能幕墻的典型例子，外側(cè)為點(diǎn)式單層玻璃幕墻，內(nèi)側(cè)為單元式幕墻，200MM寬的熱通道，通道有控制光線的可調(diào)節(jié)式百頁(yè)。1997年在德國(guó)埃森建成RWE總部，可能是目前最精密復(fù)雜的幕墻系統(tǒng)，通道內(nèi)有活動(dòng)百頁(yè)。每個(gè)單元有獨(dú)立的進(jìn)、排風(fēng)口.該風(fēng)口是一精巧的魚(yú)嘴型裝置，進(jìn)人通道內(nèi)的空氣直接從室外引進(jìn)，熱通道為建筑物提供部分新風(fēng)。
2000年6月投人使用國(guó)家會(huì)計(jì)學(xué)院教學(xué)樓是國(guó)內(nèi)最早的通風(fēng)幕墻，位于北京市順義區(qū)天竺鎮(zhèn)，建筑面積14000平方米，由深圳方大集團(tuán)股份公司設(shè)計(jì)施工閉。該教學(xué)樓南向幕墻凡要求透明之處，內(nèi)側(cè)采用低輻射(5+14A十5)MM中空玻璃、外側(cè)采用6MM鋼化透明玻璃、熱通道寬160MM(內(nèi)設(shè)遮陽(yáng)百葉，其結(jié)構(gòu)平面見(jiàn)圖2;不要求透明的，其內(nèi)側(cè)采用防火板+防火保溫棉+復(fù)合鋁板，外側(cè)及熱通道不變，其結(jié)構(gòu)立面如3圖所示。北向幕墻由低輻射中空玻璃(5+ 14A+5)MM與復(fù)合保溫板(防火板+40MM玻璃棉十鋁塑板)構(gòu)成。幕墻最大標(biāo)高16 m，分格為2000(寬)x 1050(高)MM。
國(guó)家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)該幕墻進(jìn)行了冬季保溫性能檢驗(yàn):(1))幕墻透明部分的傳熱系數(shù)為1 .14 W/(M2·K)，幕墻不透明部分的傳熱系數(shù)為0.866 W/(M2·K)，幕墻平均傳熱系數(shù)為1.0 W/(M2·K)，低于《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住部分)北京地區(qū)實(shí)施細(xì)則》(DBJ01一602一97)中的規(guī)定值，滿足北京地區(qū)的節(jié)能要求;(2)國(guó)家會(huì)計(jì)學(xué)院通風(fēng)式幕墻的計(jì)權(quán)(揚(yáng)聲器燥聲)隔聲量37 db。
在冬季保溫性能的檢測(cè)中太陽(yáng)輻射能量最大達(dá)500 W/M2.南向房間室內(nèi)空氣白天最高溫度達(dá)28 .8℃，而北向房間的最高為20.8℃，最高溫度相差達(dá)8.4℃，平均溫度相差達(dá)4.8℃。為什么南向房間和北向房間，屬同一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)，而室溫度相差如此顯著?這是由于南向房間采用了通風(fēng)幕墻，有利于太陽(yáng)光線透過(guò)，而北向房間采用的只是保溫幕墻，不利于太陽(yáng)光線透過(guò)，因此南、北向房間得到的太陽(yáng)輻射能量顯著不同。
三、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)
選擇合適的熱通道寬度、風(fēng)口、玻璃是設(shè)計(jì)熱通道的三個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題。許多文獻(xiàn)對(duì)某一專項(xiàng)作了研究，工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)借鑒他們的研究成果。
3.1熱通道寬度
熱通道寬度是個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)參數(shù)，應(yīng)從建筑節(jié)能及隔聲性能尋找最株的本氣澳厚度(熱通道寬度).其寬度至少應(yīng)超過(guò)100 mm。也要考慮安置調(diào)節(jié)遮陽(yáng)附件、放置觀賞植物、清潔等因素。
3.1.1建筑節(jié)能
尋找最佳空氣層厚度，使熱通道在冬季隔熱性能好、夏季通風(fēng)量大，是設(shè)計(jì)熱通道的關(guān)鍵問(wèn)題。文獻(xiàn)5提出盡量使一定厚度的空氣層分多層布置，可使熱阻有較大幅度的增加。理論上應(yīng)以最佳厚度布置多層熱通道，其結(jié)構(gòu)才具有最佳價(jià)格性能比。運(yùn)用計(jì)算機(jī)完成對(duì)墻體和窗戶的傳熱模擬，并分析了不同窗型和雙層玻璃間空氣層厚度對(duì)傳熱的影響，認(rèn)為在中國(guó)東部最佳節(jié)能型窗的空氣層厚度為40 MM的單框雙層窗。從空氣層傳熱機(jī)理出發(fā)，求得了空氣層熱阻的理論解，在理論上證明了空氣層存在最大熱阻的特性，如嚴(yán)寒地區(qū)內(nèi)外溫差24℃時(shí)，46MM空氣層厚度存在最大熱阻。熱通道中有緩慢流動(dòng)氣流，其最大熱阻的空氣層厚度與通道結(jié)構(gòu)、氣流流速、氣候環(huán)境等有關(guān)，要通過(guò)具體計(jì)算才能得到，其解應(yīng)與封閉空氣層的有所不同。研究表明:熱通道內(nèi)的氣流量隨增加寬度而增加，但寬度超過(guò)100MM以后，氣流量增加量不大，此時(shí)主要受風(fēng)口尺寸約束。
3.1.2隔聲
空氣層具有彈簧作用，衰減聲音傳遞，但是空氣層的厚度如果過(guò)小，就沒(méi)有彈簧效果，隔聲性能也不會(huì)提高。厚度如果太大，由于其情況不同，當(dāng)在特定周期數(shù)范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)引發(fā)共振等現(xiàn)象，反而變差，所以設(shè)計(jì)適當(dāng)厚度的空氣層，是很重要的。
實(shí)驗(yàn)表明:雙層玻璃的空氣層厚50 mm時(shí)，其隔音效果比單玻璃的顯然改善，已表現(xiàn)出非常好的隔音效果，但三層比雙層的隔聲性能卻沒(méi)有明顯的改善。
3.1.3附件
中間設(shè)置遮陽(yáng)百頁(yè)、布簾，對(duì)隔音隔熱有幫助。介紹雙層玻璃內(nèi)加布簾時(shí)制冷時(shí)傳熱系數(shù)降低15%，布簾邊緣密封比自然松弛可降低傳熱量14%左右。分析了一種帶有透明絕熱材料(TIMs)—透明蜂窩雙層窗的傳熱特性，增設(shè)TIMs后室內(nèi)得熱量在冬季明顯提高。
3.2風(fēng)口
當(dāng)不需要熱通道來(lái)進(jìn)行室內(nèi)自然通風(fēng)時(shí)，理想設(shè)計(jì)為如圖4所示的風(fēng)口〕。夏天采用空調(diào)時(shí)，利用室外氣比室內(nèi)氣來(lái)冷卻熱通道更節(jié)能;冬季采暖時(shí)，緊閉室外風(fēng)口，室內(nèi)冷氣經(jīng)過(guò)熱通道可獲得一部分太陽(yáng)能。圖4最大特點(diǎn)在于:在夏天，鍍膜玻璃設(shè)置在外側(cè)，將紅外輻射能量向外輻射，降低熱通道溫度，減少房間得熱量;在冬天，鍍膜玻璃設(shè)置在內(nèi)側(cè)，將紅外輻射能量向內(nèi)輻射，提高熱通道溫度，增加房間得熱量。實(shí)際幕墻工程上，難實(shí)現(xiàn)根據(jù)季節(jié)不同而將鍍膜玻璃調(diào)換位置。嚴(yán)寒地區(qū)，冬季時(shí)間長(zhǎng)，通風(fēng)幕墻可采用圖4中的冬季模式，建議將風(fēng)口緊閉;如果冬季太陽(yáng)輻射能較大，此時(shí)通風(fēng)層問(wèn)內(nèi)空氣溫度可能高過(guò)房問(wèn)溫度，將通風(fēng)口打開(kāi)，房問(wèn)空氣可與熱通道內(nèi)的空氣進(jìn)行熱對(duì)流。炎熱地區(qū)則采用夏季模式較好。北京會(huì)計(jì)學(xué)院教學(xué)樓的熱通道的風(fēng)口在外側(cè)。
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