雙層皮玻璃幕墻

［雙層皮玻璃幕墻初探Nowadays,moreandmorearchitectsapplytheDouble-Skin-Facade(DSF)tothefacadeoftheirbuildings,especiallyskyscraps.Inthisarticle,aprocessistoexploretheadvantagesanddisadvantagesofcertain.

關(guān)鍵詞：建筑皮雙層皮材料節(jié)能引言：據(jù)美國科學(xué)家估計，目前發(fā)達(dá)國家大約50%的能源消耗是建筑耗能，巨大的能源消耗一直是玻璃幕墻建筑受到懷疑和責(zé)難的主要原因之一。20世紀(jì)70年代，受地緣政治、兩伊戰(zhàn)爭影響，中東石油產(chǎn)量突降，引發(fā)2次世界能源危機，使得當(dāng)時風(fēng)靡的單層玻璃幕墻第一次遭遇寒冬。在這種局面下，1978年第一座設(shè)計方案一一Rogers設(shè)計的勞埃德大廈誕生了，它的出現(xiàn)給玻璃幕墻帶來了新的希望。近年來這種“可呼吸”的玻璃幕墻的運用范圍越來越廣，尤其是在那些標(biāo)準(zhǔn)較高的辦公建筑中，這種建筑形式正在成為主流。其先進(jìn)性究竟表現(xiàn)在哪些方面，高昂的建造投入是否能實現(xiàn)如期的節(jié)能效果，這些問題更應(yīng)該為我們廣大建筑學(xué)生所關(guān)注和了解。自然通風(fēng)DSF設(shè)計的最初意圖是為了減少單層玻璃表皮直接同外界接觸造成的熱輻射，從而達(dá)到改善建筑內(nèi)部熱舒適性，節(jié)約能耗的目的。但實際使用中，這種設(shè)計方法帶來的自然通風(fēng)這一意外收獲，特別受到高層建筑用戶的歡迎。由于風(fēng)壓的影響，采用單層玻璃的高層建筑中，上部樓層的用戶無法開窗進(jìn)行自然通風(fēng)。而這種玻璃建筑內(nèi)，由于外層玻璃的阻隔，減少了內(nèi)表皮玻璃受到風(fēng)壓的影響，于是在高層建筑中，上部樓層也可以打開通風(fēng)了。如諾曼福斯特設(shè)計的ARAG2000大廈中，據(jù)計算預(yù)測一年內(nèi)可以有50%~60%的自然通風(fēng)率；而在“杜塞多夫城之門”中，根據(jù)該建筑前幾年實際運作的效果顯示其通風(fēng)率一年內(nèi)可以達(dá)到70%?75%之高。但是具體到每幢建筑可以采用的自然通風(fēng)的時間及效果要根據(jù)建筑所在的地理位置的具體氣候、環(huán)境，以及所采用的具體的DSF設(shè)計方案而定。所以雖然可以獲得一定的自然通風(fēng)，在這種幕墻的建筑中，人工空調(diào)設(shè)備還是必不可少的。隔音DSF的設(shè)計方法所帶來的另一個頗受專家認(rèn)可的優(yōu)越性就是它的隔音效果。額外設(shè)置的一層玻璃表皮以及兩層玻璃之間的空氣腔在很大程度上改善了玻璃墻體的隔音性能，它們像一面保護(hù)墻過濾掉部分噪聲，可以被形容為設(shè)置在窗前的一個隔音屏。尤其在市中心地區(qū)，對于連續(xù)的交通噪聲的干擾，雙層玻璃就比單層玻璃顯示出更大的優(yōu)越性。而隊友那些因為噪聲干擾嚴(yán)重而無法開窗進(jìn)行自然通風(fēng)的建筑，DSF更不失為一種理想的選擇。DSF所能提供的隔音效果很大程度上取決于外表皮上開口設(shè)置的位置和尺寸。常規(guī)的設(shè)計經(jīng)驗顯示當(dāng)外層玻璃上開口的面積占外表皮總面積10%的情況下隔音效果可以增加3dB?6dB當(dāng)開口面積僅占5%時內(nèi)表皮的隔音可以提高10dB。雖然由此可以看出，開口面積越小隔音效果越明顯，但是我們也應(yīng)當(dāng)注意到過小的開口面積率會造成自然通風(fēng)效果的損失。所以通常還可以通過在兩層玻璃之間的夾層空間內(nèi)加入具有吸音效果的面層材料來進(jìn)一步提高DSF的隔音性能。自然采光DSF在原有玻璃立面前一定距離又增設(shè)了一層玻璃表皮，這樣的墻體無疑會對到達(dá)室內(nèi)的太陽光線起到一定減弱作用。實驗顯示，當(dāng)這層外表皮采用普通純色玻璃的情況下，太陽光線的攝入量至少會減少10%，當(dāng)采用特制的高透明度玻璃時，到達(dá)室內(nèi)的光線也會比沒有這層表皮時減少至少7%~8%。但這些影響對于那些大面積采用玻璃的建筑的室內(nèi)所造成影響并不十分嚴(yán)重。而且，現(xiàn)今對于一個室內(nèi)自然采光好壞的衡量已不僅僅簡單的局限于房間內(nèi)部可獲得的最大采光量的多少，而是在于確保室內(nèi)所有面積內(nèi)都有均勻分布的符合標(biāo)準(zhǔn)密度的照明，由此提高照明的質(zhì)量。DSF中，兩層玻璃之間的空氣腔為遮陽百頁和增設(shè)一些光線構(gòu)件提供了很好的載體——百頁窗簾避免了強烈的直射陽光對室內(nèi)的影響；光線構(gòu)件如遮光板的設(shè)置可把光線根據(jù)需要折射到室內(nèi)深處——這些都為全面的改善自然采光質(zhì)量提供了保證。節(jié)能雙層玻璃表皮的節(jié)能效果無疑是其最少到關(guān)注的焦點。事實上，無論從原則上講，還是在具體實例中，使用過程中雙層玻璃表皮的耗能通常的確是要小于單層玻璃的，但是具體節(jié)約了多少能源，由于設(shè)計方法、功能、環(huán)境條件的不同，以及實際運用中效果的差別，對于每幢特定的建筑這個數(shù)值有多有少。如果把雙層表皮的建造成本、維護(hù)、清潔等也列入考慮的話，這個衡量就變得復(fù)雜很多了。因為至今還沒有哪座這種類型的建筑所節(jié)約的能耗可以與它建造時的高昂投入相抵消掉。在有些情況下，局部的或小面積的雙層玻璃設(shè)計削弱了室內(nèi)的自然光線攝入量，延長了室內(nèi)人工照明的開啟時間，從而增加了耗能，削弱了雙層玻璃的優(yōu)勢；而在另一些情況下，由于雙層表皮可以使室內(nèi)獲得自然通風(fēng)，尤其是在那些通常單層玻璃表皮無法進(jìn)行自然通風(fēng)的情況下或季節(jié)中，這種自然通風(fēng)就大大減少了對機械通風(fēng)的依賴，從而減少了用于空氣循環(huán)的電能消耗，就可以獲得明顯的節(jié)能效果。在一些最新的設(shè)計實例中，兩層玻璃表皮之間的夾層空間還被加設(shè)了集熱裝置、光電池板等，充分吸收廢氣中多余的能量，或者利用玻璃表皮的透光特性，收集太陽能轉(zhuǎn)化為電能，這些設(shè)計都進(jìn)一步降低了DSF的能耗，增加了它的綠色、生態(tài)價值。5美學(xué)效果DSF有著它特殊的美學(xué)效果，并且有著極大的開發(fā)潛力，根據(jù)兩層玻璃材料的選擇和組合方式的不同，以及空氣腔深度的變化，可制造出各種多變的立面效果。外層玻璃還可采用無框的點式或懸掛式連接構(gòu)造方式，獲得更加動人的視覺效果。

雖然目前DSF建筑的設(shè)計和建造仍帶有很強烈的實驗色彩，研究和發(fā)展還處在尚未完全成熟的階段。比如在歐洲這種玻璃幕墻運用的廣泛性和技術(shù)成熟性就要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于美國和其他國家地區(qū)。這不僅因為歐洲的能源價格要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于美國，還有觀念方面的原因，包括美國在內(nèi)的很多國家，因為建設(shè)階段的高昂投入，使用時的效率及其對初期成本的平衡度等原因，仍使得很多投資者感到頗為猶豫。DSF主要針對以往玻璃幕墻耗能高、室內(nèi)空氣差等問題，采用雙層體系作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，不僅可以提供自然通風(fēng)和采光，增加室內(nèi)的空間舒適度、降低能耗、又可增加美感，從而較好地解決自然采光和節(jié)能、人體舒適與美觀之間的矛盾。這種圍護(hù)結(jié)構(gòu)不僅有效降低了建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能耗，且充分滿足了視覺的需求。團(tuán)12DSF與荔他圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗對比0供熱口供冷mmeooddo54321DSF外圍護(hù)結(jié)構(gòu)實質(zhì)是在2層皮之間留有一定寬度的通風(fēng)腔，通風(fēng)腔以不同的方式分隔而形成一系列溫度緩沖空間。由于通風(fēng)腔的存在，DSF團(tuán)12DSF與荔他圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗對比0供熱口供冷mmeooddo54321更好的遮陽效果，同時可以提供良好的隔聲性能和室內(nèi)通風(fēng)效果在炎熱的夏季，DSF通風(fēng)腔會不會造成室內(nèi)空氣不能及時流出，進(jìn)而導(dǎo)致熱交換受阻表1雙層立面材料的物性參數(shù)厚度血~mJ~m 窗批發(fā)孵熱阻表1雙層立面材料的物性參數(shù)厚度血~mJ~m 窗批發(fā)孵熱阻/（A? QW外層玻璃 V 0.1593__0.0700 07707 09 0.006遮陽裝置 1 0.30岸隨角度變化）1—0.40―鳥Cl9內(nèi)層玻璃5.7+12.7（a）+0.3302 0.1472 0.52260.2（0,6） 0.3635,6（LovrE棘） 注性表示遮陽的反射比3表示空氣夾層厚度，發(fā)射率數(shù)值中,（U和0.6分別表示錮醍和非就膜層的發(fā)射煢.于DSF的中間遮陽吸收的太陽輻射能量不會直接進(jìn)入室內(nèi)，其對輻射得熱的影響主要表現(xiàn)在對短波輻射的透射比；在運行中選取合理的透射比需要綜合考慮能耗和室內(nèi)的采光等問題除此之外，氣流排熱對DSF的傳熱影響很大，排熱量隨著氣流速度的增大而增大；一般情況下，在氣流速度比較小的區(qū)域，排熱量隨氣流速度變化的趨勢比較劇烈，而在氣流速度較大的區(qū)域則趨于平緩。單純的為了表現(xiàn)高科技（High-Tech而建造的年代已經(jīng)漸漸走遠(yuǎn)了，在這個講求生態(tài)，對自然資源利用、人類生存環(huán)境等要素提出高度關(guān)懷的時代里，如何利用高度發(fā)達(dá)的技術(shù)手段營造符合時代要求的含生態(tài)技術(shù)的建筑就成為這個特定階段對建筑設(shè)計提出的最大挑戰(zhàn)。作為我國的建筑實踐工作者，如