专家解读：双层幕墙构造与性能

　　双层幕墙以其性能优越、环境舒适早几年曾在行业内有一应用小高潮。近几年，双层幕墙的应用案例越来越少，原因是对于双层幕墙在构造、保温性能和防火性能方面存在不同的看法和认知，有些看法和认知甚至是对立的，如有人认为双层幕墙是节能的，有人认为双层幕墙不节能，有人认为双层幕墙热循环处理好了节能，处理不好不节能。本文就双层幕墙的构造、性能和评价方法作较为深入的剖析。

　　2.构造

　　顾名思义，双层幕墙应该有两层幕墙，且两层都应该是幕墙结构，因此对于有些既有建筑的改造，仅在原传统建筑外墙再挂一层玻璃幕墙不能称其为双层幕墙。再例如原本是普通玻璃幕墙，仅在室内侧楼板上增加一层玻璃，也不能称其为双层幕墙。尽管这些维护结构有些具有双层幕墙的性能，可以称其为双层外维护结构，但不能称其为双层幕墙，就像我们不能称双层窗为双层幕墙一样。只有内外两层均为幕墙的构造才能称其为双层幕墙。外层幕墙通常采用点支式玻璃幕墙、明框玻璃幕墙或隐框玻璃幕墙，内层幕墙通常采用明框玻璃幕墙、隐框玻璃幕墙，为增加幕墙的通透性，也有内外层幕墙都采用点支式玻璃幕墙结构的。在内外层幕墙之间，有一个宽度通常为几百毫米的通道，在通道的上下部位分别有出气口和进气口，空气可从下部的进气口进入通道，从上部的出气口排出通道，形成空气在通道内自下而上的流动，同时将通道内的热量带出通道，所以双层幕墙也称为热通道幕墙，或呼吸式幕墙，见图1。

图1 双层幕墙通道

　2.1 内循环式

　　外层幕墙封闭，内层幕墙与室内有通道连通，使得双层幕墙通道内的空气可与室内空气进行循环。外层幕墙玻璃通常采用中空玻璃，内层幕墙玻璃通常采用单片玻璃，见图2。

图2 内循环示意图

2.2 外循环式

　　内层幕墙封闭，外层幕墙与室外有通道连通，使得双层幕墙通道内的空气可与室外空气进行循环。内层幕墙玻璃通常采用中空玻璃，外层幕墙玻璃通常采用单片玻璃。外循环式双层幕墙通常可分为整体式、廊道式、通道式和箱体式。

　　1.整体式：空气从底部进入 ，空气从顶部排出，空气在通道中没有分隔，气流方向为从底部到顶部，见图3。

图3 整体式

2.              廊道式：每层设置通风道，层间水平有分隔，无垂直换气通道，见图4。

图4 廊道式

3.              通道式：空气从开启窗进入，空气从风道中排出，层间共用一个通风道，见图5。

图5通道式

　4.箱体式：每个箱体设置开启窗 ,水平及垂直均有分隔,每个箱体都能独立完成换气功能，见图6。

图6箱体式

3.热工性能

　　双层幕墙最大的优点就表现在热工性能上，分歧最大的也在热工性能上。双层幕墙有明显的温室效应，顾名思义，温室效应即是双层幕墙通道能形成热屏蔽，冬季能阻止室内的热量流向室外，夏季能阻止室外的热量流向室内，使得室内处于较恒定的热环境中。双层幕墙的温室效应共有三种表现形式：其一是在炎热的夏季，双层幕墙中通道里的进气口和出气口全部打开，由于烟窗效应，空气将在通道中自下而上的运行，在空气运行过程中，将通道内的热量带出通道，使得内层幕墙处于较低的温度环境中，阻止了热量由室外流向室内，这是双层通道幕墙温室效应的表现形式之一，见图7。但是这种温室效应是动态的、随机的，只能定性描述，目前还无法定量计算，即使采用计算软件模拟计算，其结果的准确性也不好评价。

图7 温室效应表现形式之一

　其二是在冬季，双层幕墙通道里的进气口和出气口全部关闭，通道中的空气静止，在阳光的照射下，通道中的空气将有较大的温升，使得内层幕墙处于较高的温度环境中，阻止了热量由室内流向室外，这是双层通道幕墙温室效应的表现形式之二，见图8。但是这种温室效应是动态的、随机的，只能定性描述，目前还无法定量计算，即使采用计算软件模拟计算，其结果的准确性也不好评价。

图8 温室效应表现形式之二

　在夏季，如果双层幕墙内的空气不能及时的将通道内的热量带走，通道内的温度就会逐渐升高，通常会达到50—60度,甚至更高，这也是认为双层幕墙不节能看法形成的基础。但认为双层幕墙节能的看法刚好相反，认为即使双层幕墙通道内空气不循环，双层幕墙也是节能的，而且通道内温度越高，节能效果越好，因为它把原本应该进入室内的太阳辐射热留在了通道内，并将其中的一部分传到室外，其结果是进入室内的太阳辐射热减少。同时，由于双层幕墙通道内温度较高，甚至会超过室外空气温度，在此情况下，原本环境热量应该由室外传向室内，现在变为通道内的热量由通道传向室外，环境热量不能进入室内，即双层幕墙的通道形成了热位垒，室外热量无法穿越。

　　其三是双层幕墙的传热系数比单层幕墙的传热系数降低很多，阻止了室内外环境热量的交换，这是双层幕墙温室效应的表现形式之三。双层幕墙的传热系数是可以定量计算的，首先按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113可分别计算出两层幕墙玻璃的热阻，但应注意，在计算内层幕墙玻璃的热阻时，其室外表面换热系数应取室内表面换热系数。空气层的热阻可按《民用建筑热工设计规范》GB50176取值，需要说明的是，当空气层间距大于60mm时，空气层的热阻不变，这是因为随着空气层间距的加大，空气层的热传导将导致空气层热阻的增加，但空气层对流也随之加剧，导致空气层热阻的降低，两种作用互抵，空气层的热阻保持不变。双层幕墙的热阻按下式计算：

　双层幕墙的传热系数为1/R。例如双层通道幕墙的外层为19mm单层玻璃，空气层为500mm，内层幕墙为(8mm+12mmA+8mm)中空玻璃，双层幕墙的传热系数为1.2W/㎡K。而仅由内层幕墙构成的单层幕墙的传热系数为2.8 W/㎡K，双层幕墙的节能效果明显可见。

　　在温暖的春季和秋季，室内既不必采暖，也不必制冷，因此不涉及耗能问题，也就谈不上节能问题，耗能和节能是针对寒冷的冬季和炎热的夏季的。双层幕墙由于其传热系数比单层幕墙的传热系数低，空气渗透性能比单层幕墙优良，因此双层幕墙比单层幕墙节能。

　　设室内外温差为△T ,由(8mm+12mmA+8mm)中空玻璃组成的单层幕墙的传热系数U0=2.8W/(㎡K), 由外层为19mm单层玻璃，空气层为500mm，内层幕墙为(8mm+12mmA+8mm)中空玻璃组成的双层幕墙的传热系数U1=1.2W/(㎡K)。由于空气渗透造成单层幕墙单位面积的能量损失为Q1，双层幕墙单位面积的能量损失为Q2。由于双层幕墙的空气渗透性能比单层幕墙优良，所以Q1>Q2。双层幕墙比单层幕墙的节能率为：

　双层幕墙的传热系数为1/R。例如双层通道幕墙的外层为19mm单层玻璃，空气层为500mm，内层幕墙为(8mm+12mmA+8mm)中空玻璃，双层幕墙的传热系数为1.2W/㎡K。而仅由内层幕墙构成的单层幕墙的传热系数为2.8 W/㎡K，双层幕墙的节能效果明显可见。

　　在温暖的春季和秋季，室内既不必采暖，也不必制冷，因此不涉及耗能问题，也就谈不上节能问题，耗能和节能是针对寒冷的冬季和炎热的夏季的。双层幕墙由于其传热系数比单层幕墙的传热系数低，空气渗透性能比单层幕墙优良，因此双层幕墙比单层幕墙节能。

　　设室内外温差为△T ,由(8mm+12mmA+8mm)中空玻璃组成的单层幕墙的传热系数U0=2.8W/(㎡K), 由外层为19mm单层玻璃，空气层为500mm，内层幕墙为(8mm+12mmA+8mm)中空玻璃组成的双层幕墙的传热系数U1=1.2W/(㎡K)。由于空气渗透造成单层幕墙单位面积的能量损失为Q1，双层幕墙单位面积的能量损失为Q2。由于双层幕墙的空气渗透性能比单层幕墙优良，所以Q1>Q2。双层幕墙比单层幕墙的节能率为：

这里的节能率仅考虑了环境温差和空气渗透的影响。还要考虑太阳辐射的作用。在夏季，双层幕墙的遮阳系数比单层幕墙的遮阳系数小，降低了夏季环境制冷的能耗，也就是说在夏季，双层幕墙的节能率大于57%。在冬季，设阳光的辐射强度为Ⅰ，单层幕墙的遮阳系数Sc1=0.72,双层幕墙的遮阳系数Sc2=0.57。由于双层幕墙减少阳光进入室内，增加了室内的采暖负荷。增加的能量损失率为：

　所以这种双层幕墙比单层幕墙节能率为36%～57%，效果极为明显。需要说明的是，由于双层幕墙设计时往往在通道中设置遮阳系统，使得双层幕墙的遮阳效果更好，因此双层幕墙的节能效果夏季更好。但遮阳系数是双刃剑，特别是玻璃和固定遮阳系统的遮阳效果是不可调整的，遮阳效应夏季是正作用，冬季是副作用，因此从节能效果考虑，玻璃幕墙的传热系数越低越节能，但遮阳系数并不是越低越节能，因为随着遮阳系数的降低，一定伴随着玻璃幕墙可见光透过率的降低，增加室内的照明能耗;同时随着遮阳系数的降低，也会增加冬季的采暖能耗，因此遮阳系数适度最节能。

　　4.隔声性能

　　计权隔声量是可以测量的，平均隔声量是可以计算的，即幕墙的隔声性能可完全定量分析。幕墙的平均隔声量按下式计算：

对于由(8mm+12mmA+8mm)中空玻璃组成的单层幕墙，其平均隔声量为38dB。对于由外层为19mm单玻，空气层为500mm，内层幕墙为(8mm+12mmA+8mm)中空玻璃组成的双层幕墙，其平均隔声量为47dB，双层幕墙的隔声性能明显优于单层幕墙。双层幕墙隔声性能优异的原因有两个：其一是按质量定律，多一层幕墙玻璃将增加幕墙面密度，因此隔声量增加。其二是增加空气层的厚度将增加空气对声波振动的衰减作用，隔声量增加。

　　5.烟窗效应

　　双层幕墙在阳光照射下，通道内的空气将有温升。空气在通道内的时间越长，温升越大。因此，在通道内的空气将存在温度梯度，即△T≠0。上部温度高，下部温度低;上部空气比重小，下部空气比重大;上部空气压力小，下部空气压力大。在上下空气压差的作用下，通道内的空气将上升，这就是双层幕墙的烟囱效应。

　　5.1 烟囱效应的自拔力

　　通道内空气上下部压差称为空气的自拔力。根据大连地区相似工程实测结果，通道内空气上下部温差超过5℃。如通道下部进气口的温度取20℃，通道上部出风口的温度将达25℃。通道下部进气口处空气的比重W下=12.045N/m³，通道上部出风口处空气的比重W上为：

考虑通道内空气有阻力，出风口的风速比2.5m/s要小很多。事实上，进气口和出气口都有迎面风速的影响，因此通道内的气流速度是非常紊乱的。

　　6.环境舒适性

　　由于双层幕墙外循环系统可以通过通道为室内更换新鲜空气，通道的存在为改善更换空气的质量提供了条件。例如影响北方空气质量的污染物主要是可吸入颗粒物，可在通道的进气口安置静电滤尘网或过滤P㎡.5的装置，也可在通道进气口的下方对空气进行喷雾，既使得进入室内的空气清新，同时又改善了室内的湿度，提高了居室的舒适度，见图9。

图9 通道为室内更换新鲜空气

由于双层幕墙的传热系数比单层幕墙的传热系数低很多，因此在相同条件下，双层幕墙室内侧的表面温度夏季会比单层幕墙的低，冬季会比单层幕墙的高，人站在幕墙边温度的舒适感会好很多。

　　我们居住的城市环境噪音日益增加，严重地影响室内人们的工作和生活，因此人们尽量增加建筑外维护结构的隔声量，以获得一安静的环境。双层幕墙的隔声量比单层幕墙高很多，因此隔声性能优异也是双层幕墙环境舒适性的表象之一。

　　7.正确使用双层幕墙

　　双层幕墙从设计构思、内容组成和工作过程各方面看，都是一个各专业协调合作的多功能系统，它与单层玻璃幕墙有很大差别，不仅有玻璃支撑结构，还包括建筑内部环境控制和建筑服务系统，通过双层幕墙可以控制室内光线，提供通风。因此相对单层幕墙来说对日常使用和维护提出了更高的要求。

　　双层幕墙的使用原则是根据双层幕墙的原理充分发挥其先进性能。如在夏季和室外气温高于室内温度时，应考虑将进风口百叶打开，同时打开顶部通风口的开启扇，进风口百叶和顶部通风口的开启扇的角度应根据实际情况确定。在冬季或室内温度高于室外温度时，关闭进风口百叶和顶部通风口的开启扇。遮阳百叶的角度可根据阳光强度和室内采光的需要调整。进风口喷水池在温度较高的季节应当保持有水状态，注意注水并保持清洁。在冬季结冰天气来临之前，应将水池中的水排出，防止水池冻坏。应保持幕墙各部分完好，定期清洁、维护进风口、出风口、百叶系统、幕墙系统。

　　8.结束语

　　双层幕墙性能优异，特别是他的节能性能是毋庸置疑的，即无论是何种气候分区，也无论是冬季还是夏季，无论通道内空气是否流通，双层幕墙都是节能的，就像双层窗比单层窗节能是一个机理。双层幕墙的热环境舒适性、声学舒适性和通风舒适性也是非常明显的，加之其它优异性能，双层幕墙应该是高档幕墙的首选，具有广大的发展空间。

                             滁州市鸿泰阳光装饰工程有限公司工程部

                                         2018年3月27日

2018-3-23 10:53:23     浏览人次: 1700