呼吸式幕墙设计原理及实例应用研究

所属栏目:智能科学技术论文 发布日期:2013-01-16 09:17 热度:

  摘要:呼吸式幕墙作为一种通风的节能幕墙,从原理、环保、节能、使用、舒适度等方面得到大家的一致认可,可以大力推广使用。本文先分析了双层呼吸式幕墙的原因及几种分类,最后以某工程实例为例对呼吸式双层幕墙的应用做了一定的讨论。

  关键词:呼吸式幕墙,设计,原理,应用

  引言:呼吸式幕墙,又称双层幕墙、双层通风幕墙、热通道幕墙等90 年代在欧洲出现,它由内、外两道幕墙组成,内外幕墙之间形成一个相对封闭的空间,空气可以从下部进风口进入,又从上部排风口离开这一空间,这一空间经常处于空气流动状态,热量在这一空间流动。其一般被成为“智能型玻璃幕墙系统”,严格地说它主要应用于建筑外墙,可以随天气变化自动改变自身特性。实际上,在多种双层玻璃幕墙当中,只有少数装有感应控制系统并且能够智能运行。尽管如此,只要精心设计,充分利用自然能源和可再生资源。满足楼内人群在供热、制冷和照明等方面的需求。

  一、呼吸式幕墙的原理与分类

  呼吸式幕墙由内外两层玻璃幕墙组成,与传统幕墙相比,它的最大特点是由内外两层幕墙之间形成一个通风换气层,由于此换气层中空气的流通或循环的作用,使内层幕墙的温度接近室内温度,减小温差因而它比传统的幕墙采暖时节约能源42%-52%;制冷时节约能源38%-60%.另外由于双层幕墙的使用,整个幕墙的隔音效果得到了很大的提高。呼吸式幕墙根据通风层的结构的不同可分为“封闭式内循环体系”和“敞开式外循环体系”两种。

  1、封闭式内循环体系呼吸式幕墙

  封闭式内循环体系呼吸式幕墙,一般在冬季较为寒冷的地区使用,其外层原则上是完全封闭的,一般由断热型材与中空玻璃组成外层玻璃幕墙,其内层一般为单层玻璃组成的玻璃幕墙或可开启窗,以便对外层幕墙进行清洗。两层幕墙之间的通风换气层一般为100-200毫米。通风换气层与吊顶部位设置的暖通系统抽风管相连,形成自下而上的强制性空气循环,室内空气通过内层玻璃下部的通风口进入换气层,使内侧幕墙玻璃温度达到或接近室内温度,从而形成优越的温度条件,达到节能效果。在通道内设置可调控的百页窗或垂帘,可有效地调节日照遮阳,为室内创造更加舒适的环境。

  根据英国劳氏船社总部大厦及美国西方化学中心大厦的使用来看,其节能效果较传统单层幕墙相比达50%以上。

  2、敞开式外循环体系呼吸式幕墙

  敞开式外循环体系呼吸式幕墙与“封闭式呼吸式幕墙”相反,其外层是单层玻璃与非断热型材组成的玻璃幕墙,内层是由中空玻璃与断热型材组成的幕墙。内外两层幕墙形成的通风换气层的两端装有进风和排风装置,通道内也可设置百页等遮阳装置。冬季时,关闭通风层两端的进排风口,换气层中的空气在阳光的照射下温度升高,形成一个温室,有效地提高了内层玻璃的温度,减少建筑物的采暖费用。夏季时,打开换气层的进排风口,在阳光的照射下换气层空气温度升高自然上浮,形成自下而上的空气流,由于烟囱效应带走通道内的热量,降低内层玻璃表面的温度,减少制冷费用。另外,通过对进排风口的控制以及对内层幕墙结构的设计,达到由通风层向室内输送新鲜空气的目的,从而优化建筑通风质量。

  可见“敞开式外循环体系呼吸式幕墙”不仅具有“封闭内循环式体系”呼吸式幕墙在遮阳、隔音等方面的优点,在舒适节能方面更为突出,提供了高层超高层建筑自然通风的可能,从而最大限度地满足了使用者生理与心理上的要求。

  敞开式外循环体系呼吸式幕墙,在德国法兰克福的德国商业银行总行大厦、德国北莱因——威斯特法伦州鲁尔河畔埃森市的“RWE”工业集团总部大楼采用。

  二、呼吸式双层幕墙的应用

  由于“封闭式内循环体系呼吸式幕墙”与大厦的通风系统相连接,它的运行会增大通风系统的功率,从而需增大投入与消耗,因而其应用不多。“敞开式外循环体系呼吸式幕墙”作为一种更新形式的呼吸式幕墙得到了广泛采用。下面将以“敞开式外循环体系呼吸式幕墙”为例,对呼吸式幕墙系统的应用作介绍。

  1、结构型式

  呼吸式幕墙由于是双层体系,在幕墙结构型式多样化的今天,两层幕墙可以根据建筑效果的需要有很多种组合,但是为了最大限度地突出呼吸式幕墙的通风、节能、环保的特点,一般采用如下几种结构型式:

  内外层结构一体式,即内外层幕墙做成一体或一个单元。构成通风层的内外两层幕墙共用一根竖骨料,外层可做成明框或隐框形式,内层则做成可开启窗或固定窗。当两层幕墙一体地做成单元式,则每个单元犹如一个个玻璃箱子,因此也被称为“箱体式幕墙”。

  内外层结构分体式,即内外两层幕墙各成体系,为形成通气层通过其它方式进行隔断。由于此种型式的两层幕墙分别独立,外层结构可选用明框、隐框或点式玻璃幕墙结构。内层结构可选用各种幕墙型式或推拉、平开窗的型式。

  外层幕墙作为建筑物的外表,一方面直接反映的是建筑物的造型,另一方面作为外围护结构,它还承受风荷载、防雨水等作用,因而其结构在强度与水密性方面应作为重点考虑。内层幕墙由于其主要是与外层结合形成换气层,所以更应注意其与室内功能的配合,对其密封性能要求可适当降低。

  2、换气层与材料

  呼吸式幕墙换气层是关键,其进出风口的设置、换气层的宽度大小、材料的选用等直接到其性能的发挥。

  一般来讲,北方寒冷地区因采暖时间长,选用呼吸式幕墙时,主要是利用换气层的“温室效应”来减少室内热量的散失。内层采用中空LOW-E玻璃、断热铝型材,以及相对较大的换气层宽度将会达到较好的节能效果。

  南方温暖地区,因冷气使用时间较长,利用呼吸式幕墙换气层的“烟囱效应”来降低内层玻璃表面的温度可达到节能目的。因此外层采用热反射玻璃,以及相对较小的换气层宽度,将会增强烟囱效应的效果,来达到最佳的节能状态。

  三、以某工程为例分析双层玻璃幕墙设计应用

  某建筑的幕墙分为内外两层,中空可上人,两层幕墙中设有特别设计的遮阳系统,上下各有一个通风口。夏季,温度高,两层幕墙之间形成一个温室效应,而两个通风口之间的高度差自然形成了“烟囱”效应,较冷的空气不断补入,并把热空气抽走,这样就加速了中空层中的空气流动,从而有效降低了内层幕墙内的表面的温度,达到了降温效果;冬季,将进风口和出风口全部关闭,中空层中的温室作用将会温暖整个楼宇。一方面,居住者能够体验到真正的冬暖夏凉,减少极端环境带来的不适;另一方面,建筑本体的主动效能,极大的减少了能源消耗,节能环保给社会带来的收益就更加高远。

  四、总结

  随着我国国民的快速发展,建筑业的发展也突飞猛进,建筑节能也得到相关部门的高度重视,《民用建筑节能管理规定》的出台,对建筑节能提出了明确的要求。而呼吸式幕墙的出现作为建筑节能的一种重要措施,未来一定会有很好的发展空间。

  参考文献:

  【1】哈里斯。波依拉兹 通风双层幕墙办公建筑,中国电力出版社,2006

  【2】giuliaAndreotti 双层玻璃幕墙的设计 建筑门窗幕墙与设备 2005.5

文章标题:呼吸式幕墙设计原理及实例应用研究

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