双层皮幕墙技术浅探

【摘 要】双层皮幕墙是现代节能建筑中的一道靓丽风景，可以增强建筑的表现力，同时使建筑具有很好的保温、隔热、隔音、通风效果。目前，关于双层皮幕墙技术的节能优化、生命周期等相关研究日益增多，该技术也日益完善，它的应用前景将更加广阔。

【关键词】双层皮幕墙；节能建筑；生态技术

0 引言

双层皮幕墙具有隔音、保温、隔热的特点，它还能为人们提供了通透的视野，是一种优秀的建筑节能围护结构。早在1931年，柯布西耶曾经提出“用双层外皮抵御外部气候的概念”，从此开始了双层皮幕墙技术的研究[2]。20世纪50年代，在气候较为寒冷的北欧地区科学家研究出名为“Airflow-Window”的高保温、隔热性能的窗户系统。1967年，芬兰EKONO公司在赫尔辛基建造了第一座安装了该外窗系统的办公楼[3]。20世纪70年代，能源危机加速了节能技术研究与发展，“Double-Skin Facade”双层皮幕墙越来越多的出现在设计师的方案设计中。双层皮玻璃幕墙轻巧、晶莹，具有透射和反射性质，可创造出明亮的室内光环境、内外空间交融的效果，在建筑形式上有很强的表现力，成为现代城市建筑的一种标志。

1 双层皮幕墙种类

双层皮幕墙可以根据夹层空腔的大小、通风口的位置、玻璃组合及遮阳材料等不同分为不同的类型。下面是按照构造关系进行划分的四种基本双层皮幕墙类型。

1.1 外挂式双层皮幕墙

这是双层皮幕墙家族中最简单的一种方式，建筑真正的外墙位于外皮之内300-2000mm处。双层皮之间的空间既不做水平分隔，也不做竖向分隔。外挂式双层皮幕墙系统对隔绝噪音具有明显的结果，但对改善建筑的热环境并无明显作用。

1.2 廊道式双层皮幕墙

廊道式双层皮幕墙系统在双层皮之间设置金属或玻璃挡板以一层为单位进行水平划分分隔层，建筑外侧每层均形成外挂式走廊，在每层楼的楼板和天花高度分别设有进、出风调节盖板。

1.3 箱式双层皮幕墙

与廊道式双层皮幕墙立面不同的是箱式双层皮幕墙在水平方向以两块玻璃为一单元，分别在其两边做竖向分隔，形成一层楼高、两块玻璃宽的箱式玻璃夹层单元。为避免进、排气流的短路每单元的进、出风口也在水平方向上错开设置。

1.4 井-箱式双层皮幕墙

井-箱式是经由“箱式”变化而来。与箱式不同之处在于：井-箱式双层皮幕墙在竖向有规律地设置了贯通层，这样，双层皮之间便形成纵横交错的网状通风系统，由于“井”相对较深，其上、下部空气温差导致的烟囱效应十分明显，加速了双层皮间的空气流动，这使得井-箱式双层皮幕墙具有更高的通风效率。

2 双层皮幕墙技术特点

双层皮幕墙被誉为“可呼吸的皮肤”。它主要针对以往玻璃幕墙能耗高、室内空气质量差等问题，用双层体系作围护结构，提供自然通风和采光、增加室内空气舒适度、降低能耗，从而较好地解决了自然采光与节能之间的矛盾。双层皮幕墙种类繁多，但其实质是在两层皮之间留有一定宽度的空气间层，此空气间层以不同方式分隔而形成一系列温度缓冲空间。由于空气间层的存在，因而双层皮幕墙能提供一个保护空间以安置遮阳设施（如活动式百叶、固定式百叶或者其他阳光控制构件）。通过调整间层设置的遮阳百叶和利用外层幕墙上下部分的开口的辅助自然通风，可以获得比普通建筑使用的内置百叶更好的遮阳效果，同时可以提供良好的隔声性能和室内通风效果。双层皮幕墙主要具有以下一些特点：

2.1 隔声性能

玻璃材料的特性可以有效实现降低进入室内的噪音值。经研究检测：双层皮幕墙的隔声性能优于普通的中空玻璃幕墙，隔声量达40-45dB；与传统隔热窗相比，隔声量达35-38dB。

2.2 采光性能

双层皮玻璃幕墙轻巧、晶莹，具有透射和反射性质。用双层体系作围护结构，提供的采光可以创造出明亮的室内光环境，为居住在内的人们提供了通透的视野。

2.3 热工性能

双层皮幕墙夹层的空气间层在厚度不大的情况下，可以减小皮幕墙的传热系数。在冬天，太阳辐射将通过对双层皮之间空气的预热可以有效地降低建筑表皮的热损失，室内热量损失量由于热阻增大而减少。而在夏天，在“双层皮”间设置的遮阳百页比“单层皮”建筑的内置百页有更佳的遮阳效果，因而是可以降低更多的冷负荷。内置百页虽可阻止阳光辐射向室内进一步穿透，但已透过玻璃的热量却可以对流的方式影响室内的热舒适度。

2.4 通风性能

双层皮幕墙由于“皮”的存在，降低了建筑内“皮”上的风压，因而使得高层建筑中部分自由开窗通风成为可能。

3 双层皮幕墙技术研究前景

自从双层皮幕墙技术诞生以来，有关于这项技术的研究成果日益增多。但是在长时间的应用中，人们对双层皮幕墙的节能量、甚至节能还是不节能，以及什么情况下节能，什么情况下不节能的等问题产生了比较浓厚的研究兴趣。下面是目前研究较多的一些领域。

3.1 双层皮玻璃幕墙建筑的能耗分析和优化设计

这项课题是众多学者最为关注的课题之一[4]。双层皮幕墙种类繁多，结构差异较大，因此这项技术应用在不同地区，采用不同的方式其能耗差别是非常大的。与此同时，双层皮幕墙由于其自身具有的缺点，学术界和实践中对该技术也提出了优化要求。主要集中在：夏天，在强烈的阳光辐射下，夹层空气中往往温度过高，尤其是当双层皮之间空隙太小而遮阳效果又不佳时，其温度有时甚至可能超过室外温度，使得开窗自然通风无法实现。这对于夏季炎热地区是致命的缺点。冬天有可能吸入温度过低的进风，导致室内空气涡流和气流啸叫，影响室内（尤其是窗口外）舒适度。缺乏对进入室内的有害气体的净化功能，这降低了位于工业稠密区或污染严重的特大市场的“双层皮”建筑的优势。建筑立面的清洁及维护费用增高。

3.2 全寿命周期分析研究

尽管双层皮幕墙系统初投资比普通幕墙高很多，但是带来的制冷机装机容量减少以及可能的能耗降低却非常显著，同时由此可能带来整体排放量的降低，因此从全寿命周期的角度进行分析是非常必要的。

目前从全寿命周期分析（特别是全年建筑能耗分析）角度研究双层皮幕墙的还很少，主要研究指标包括全寿命经济分析和全寿命温室气体排放量。比较有代表性的是土耳其学者Cetiner对伊斯坦布尔的温和气候下，不同类型的双层皮幕墙所作的能耗效率和经济效率两方面的研究。结果表明，最节能的双层幕墙比最节能的单层幕墙节能22.84%。在双层幕墙系统中，最节能方案比最费能方案节能33.9%。采用遮阳技术有利于减少建筑能耗和投资。从综合经济性和环境影响两方面来看，虽然高性能窗在全寿命周期中给环境造成的影响稍大，但是和它带来的节能效果相比微不足道[5]。

3.3 双层皮幕墙综合传热系数的影响因素研究

双层皮玻璃幕墙从使用至今，还没有一种比较成熟的关于形成空调负荷以及全年能耗的计算或模拟方法，其主要原因是双层皮幕墙传热过程复杂，综合传热系数难以确定，而综合传热系数又是计算空调负荷以及全年能耗的基础[6]。目前已有的研究表明：

（1）外循环式双层皮幕墙的综合传热系数随太阳辐射强度的增加呈线性关系增加。

（2）双层皮幕墙的综合传热系数随通风腔宽度的增加呈近似抛物线形式下降，通风腔宽度大于0.8m后，随着通风腔宽度的继续增加其K值下降趋势平缓，通风腔宽度保持在0.6m-0.8m为佳。

（3）综合传热系数K随通风腔高度的呈减小趋势，通风腔高度处于3m-4m之间时，随通风腔高度的增加K值减小幅度比较平缓，通风腔高度大于4m后，随通风腔高度的增加K值下降幅很大，但为保证内侧玻璃温度不会过高而影响室内的热舒适性，通风腔高度保持在4m-5m较为合适，不宜过高。

（4）双层皮幕墙的综合传热系数随遮阳装置到外侧玻璃的距离的增大先逐渐减小，然后再逐渐增大，遮阳装置的位置在距外侧玻璃1/3通风腔宽度处为佳。

4 结束语

双层皮幕墙自从诞生以来，关于它的应用研究层出不穷，这项技术也愈发成熟起来。但是研究是无止尽的，好上要加好，如何更加优化该技术，更好的节能、更好得隔声，更加方便地清洁，依然还是我们关注的问题。相信未来该领域的专家学者会更充分地研究该项技术，使得它在今后可以为都市人群提供通透视野、良好空气质量，较强隔声性能等的同时成为建筑节能的更加强有力手段。

【参考文献】

[1]薛志峰.超低能耗建筑技术及应用[J].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2]哈里斯·波依拉兹.通风双层幕墙办公建筑[M].北京：中国电力出版社，2006.

[3]朱洁.幕墙形式的解读[D].重庆：重庆建筑大学，2000.

[4]王强，黄义龙，曹芹.夏热冬冷地区“双层皮”玻璃幕墙节能技术研究[J].节能技术，2006，24（1）：46-49.

[5]蒋骞，龙惟定.双层皮玻璃幕墙建筑的能耗分析和优化设计[J].暖通空调，2006，36（11）：58-63.

[责任编辑：曹明明]