核心论文发表网浅析呼吸式幕墙设计原理
发布时间：2015-05-21
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
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