双层皮玻璃幕墙

[双层皮玻璃幕墙初探]Nowadays,moreandmorearchitectsapplytheDouble-Skin-Facade(DSF)tothefacadeoftheirbuildings,especiallyskyscraps.Inthisarticle,aprocessistoexploretheadvantagesanddisadvantagesofcertain.关键词：建筑皮双层皮材料节能引言：据美国科学家估计，目前发达国家大约50%的能源消耗是建筑耗能，巨大的能源消耗一直是玻璃幕墙建筑受到怀疑和责难的主要原因之一。20世纪70年代，受地缘政治、两伊战争影响，中东石油产量突降，引发2次世界能源危机，使得当时风靡的单层玻璃幕墙第一次遭遇寒冬。在这种局面下，1978年第一座设计方案——Rogers设计的劳埃德大厦诞生了，它的出现给玻璃幕墙带来了新的希望。近年来这种“可呼吸”的玻璃幕墙的运用范围越来越广，尤其是在那些标准较高的办公建筑中，这种建筑形式正在成为主流。其先进性究竟表现在哪些方面，高昂的建造投入是否能实现如期的节能效果，这些问题更应该为我们广大建筑学生所关注和了解。1自然通风DSF设计的最初意图是为了减少单层玻璃表皮直接同外界接触造成的热辐射，从而达到改善建筑内部热舒适性，节约能耗的目的。但实际使用中，这种设计方法带来的自然通风这一意外收获，特别受到高层建筑用户的欢迎。由于风压的影响，采用单层玻璃的高层建筑中，上部楼层的用户无法开窗进行自然通风。而这种玻璃建筑内，由于外层玻璃的阻隔，减少了内表皮玻璃受到风压的影响，于是在高层建筑中，上部楼层也可以打开通风了。如诺曼福斯特设计的ARAG2000大厦中，据计算预测一年内可以有50%~60%的自然通风率；而在“杜塞多夫城之门”中，根据该建筑前几年实际运作的效果显示其通风率一年内可以达到70%~75%之高。但是具体到每幢建筑可以采用的自然通风的时间及效果要根据建筑所在的地理位置的具体气候、环境，以及所采用的具体的DSF设计方案而定。所以虽然可以获得一定的自然通风，在这种幕墙的建筑中，人工空调设备还是必不可少的。2隔音DSF的设计方法所带来的另一个颇受专家认可的优越性就是它的隔音效果。额外设置的一层玻璃表皮以及两层玻璃之间的空气腔在很大程度上改善了玻璃墙体的隔音性能，它们像一面保护墙过滤掉部分噪声，可以被形容为设置在窗前的一个隔音屏。尤其在市中心地区，对于连续的交通噪声的干扰，双层玻璃就比单层玻璃显示出更大的优越性。而队友那些因为噪声干扰严重而无法开窗进行自然通风的建筑，DSF更不失为一种理想的选择。DSF所能提供的隔音效果很大程度上取决于外表皮上开口设置的位置和尺寸。常规的设计经验显示当外层玻璃上开口的面积占外表皮总面积10%的情况下，隔音效果可以增加3dB~6dB，当开口面积仅占5%时，内表皮的隔音可以提高10dB。虽然由此可以看出，开口面积越小隔音效果越明显，但是我们也应当注意到过小的开口面积率会造成自然通风效果的损失。所以通常还可以通过在两层玻璃之间的夹层空间内加入具有吸音效果的面层材料来进一步提高DSF的隔音性能。3自然采光DSF在原有玻璃立面前一定距离又增设了一层玻璃表皮，这样的墙体无疑会对到达室内的太阳光线起到一定减弱作用。实验显示，当这层外表皮采用普通纯色玻璃的情况下，太阳光线的摄入量至少会减少10%，当采用特制的高透明度玻璃时，到达室内的光线也会比没有这层表皮时减少至少7%~8%。但这些影响对于那些大面积采用玻璃的建筑的室内所造成影响并不十分严重。而且，现今对于一个室内自然采光好坏的衡量已不仅仅简单的局限于房间内部可获得的最大采光量的多少，而是在于确保室内所有面积内都有均匀分布的符合标准密度的照明，由此提高照明的质量。DSF中，两层玻璃之间的空气腔为遮阳百页和增设一些光线构件提供了很好的载体——百页窗帘避免了强烈的直射阳光对室内的影响；光线构件如遮光板的设置可把光线根据需要折射到室内深处——这些都为全面的改善自然采光质量提供了保证。4节能双层玻璃表皮的节能效果无疑是其最少到关注的焦点。事实上，无论从原则上讲，还是在具体实例中，使用过程中双层玻璃表皮的耗能通常的确是要小于单层玻璃的，但是具体节约了多少能源，由于设计方法、功能、环境条件的不同，以及实际运用中效果的差别，对于每幢特定的建筑这个数值有多有少。如果把双层表皮的建造成本、维护、清洁等也列入考虑的话，这个衡量就变得复杂很多了。因为至今还没有哪座这种类型的建筑所节约的能耗可以与它建造时的高昂投入相抵消掉。在有些情况下，局部的或小面积的双层玻璃设计削弱了室内的自然光线摄入量，延长了室内人工照明的开启时间，从而增加了耗能，削弱了双层玻璃的优势；而在另一些情况下，由于双层表皮可以使室内获得自然通风，尤其是在那些通常单层玻璃表皮无法进行自然通风的情况下或季节中，这种自然通风就大大减少了对机械通风的依赖，从而减少了用于空气循环的电能消耗，就可以获得明显的节能效果。在一些最新的设计实例中，两层玻璃表皮之间的夹层空间还被加设了集热装置、光电池板等，充分吸收废气中多余的能量，或者利用玻璃表皮的透光特性，收集太阳能转化为电能，这些设计都进一步降低了DSF的能耗，增加了它的绿色、生态价值。5美学效果DSF有着它特殊的美学效果，并且有着极大的开发潜力，根据两层玻璃材料的选择和组合方式的不同，以及空气腔深度的变化，可制造出各种多变的立面效果。外层玻璃还可采用无框的点式或悬挂式连接构造方式，获得更加动人的视觉效果。虽然目前DSF建筑的设计和建造仍带有很强烈的实验色彩，研究和发展还处在尚未完全成熟的阶段。比如在欧洲这种玻璃幕墙运用的广泛性和技术成熟性就要远远高于美国和其他国家地区。这不仅因为欧洲的能源价格要远远高于美国，还有观念方面的原因，包括美国在内的很多国家，因为建设阶段的高昂投入，使用时的效率及其对初期成本的平衡度等原因，仍使得很多投资者感到颇为犹豫。DSF主要针对以往玻璃幕墙耗能高、室内空气差等问题，采用双层体系作为围护结构，不仅可以提供自然通风和采光，增加室内的空间舒适度、降低能耗、又可增加美感，从而较好地解决自然采光和节能、人体舒适与美观之间的矛盾。这种围护结构不仅有效降低了建筑围护结构的能耗，且充分满足了视觉的需求。DSF外围护结构实质是在２层皮之间留有一定宽度的通风腔，通风腔以不同的方式分隔而形成一系列温度缓冲空间。由于通风腔的存在，DSF能提供一个保护空间以安置遮阳设施（如活动百叶、固定式百叶或其他阳光控制构件）。通过调整通风腔而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，获得比普通建筑使用的内置式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。在炎热的夏季，DSF通风腔会不会造成室内空气不能及时流出，进而导致热交换受阻呢？同济研究院使用EnergyPlus建筑能耗软件模拟出DSF的使用效果显示，夏季DSF室外温度往往低于通风腔的温度，有一部分热量是从内向外传递的，传热量和气流速度是负相关的；总体而言，气流的存在使得通过对流进入室内的热量降低了。而且，由于DSF的中间遮阳吸收的太阳辐射能量不会直接进入室内，其对辐射得热的影响主要表现在对短波辐射的透射比；在运行中选取合理的透射比需要综合考虑能耗和室内的采光等问题。除此之外，气流排热对DSF的传热影响很大，排热量随着气流速度的增大而增大；一般情况下，在气流速度比较小的区域，排热量随气流速度变化的趋势比较剧烈，而在气流速度较大的区域则趋于平缓。单纯的为了表现高科技(High-Tech)而建造的年代已经渐渐走远了，在这个讲求生态，对自然资源利用、人类生存环境等要素提出高度关怀的时代里，如何利用高度发达的技术手段营造符合时代要求的含生态技术的建筑就成为这个特定阶段对建筑设计提出的最大挑战。作为我国的建筑实践工作者，如何结合国情，学习国外先进的技术经验和设计理念，有所取舍，有所取舍，有所发扬，探索出适合我国气候、经济、文化的设计方法才是我们努力的目标。参考文献：蒋骞-双层皮玻璃幕墙建筑的能耗分析和优化设计-2006沈艳，李百战，丁勇-“双层皮”外围护结构通风效果的模拟分析-2008李保峰-“双层皮”幕墙类型分析及应用展望-2001张锐-浅谈“双表皮”玻璃幕墙建筑-2005