呼吸式动态双层幕墙的原理及设计讲义

呼吸式动态双层幕墙的原理及设计,-新型幕墙技术简介,第一章：介绍呼吸式动态双层幕墙,一. 呼吸式动态双层幕墙的定义： 呼吸式动态双层幕墙（也叫双通道幕墙）是一种节能环保型幕墙，主要是由外层幕墙、空气交换通道（俗称热通道）、进风装置、出风装置、（承重隔栅、）遮阳系统以及内层幕墙（或门、窗）等组成，且在空气交换通道内能够形成空气有序流动的建筑幕墙。 呼吸式动态双层幕墙其设计理念与设计思想主要是体现“自然、节能与环保”，使室内工作环境与室外自然环境融为一体。双层幕墙经过了四个演变过程，即整体式双层幕墙、通道式双层幕墙、廊道式双层幕墙、箱体式双层幕墙。,第一章：介绍呼吸式动态双层幕墙,二.呼吸式动态双层幕墙的特点： 呼吸式动态双层幕墙的内外幕墙之间形成一个相对封闭的空间。其下部有进风口，上部有排风口，可控制空气在其间流动状态。设有可控制的进风口、排风口、遮阳板和百叶等。其主要特点：1.双层幕墙之间的空气可有序流动和交换。 提高抵制天气的变化能力。 2.夏季，通过控制控制百页调节阳光射入室内的强度、角度，实现幕墙的隔热功能；冬季，关闭出风装置，在太阳光的作用下，形成热空气保温层，保持室内的温度，实现幕墙的保温功能。3.可根据使用者的需要，通过调整遮阳系统，改善室内光环境，合理采光。,第一章：介绍呼吸式动态双层幕墙,4. 双层幕墙加上设计合理的空气通道有效地降低了噪音，创造了宁静、安详的生活、工作环境。综上所述呼吸式动态双层幕墙的是目前较为理想的幕墙系统。三.呼吸式动态双层幕墙的优势： 呼吸式动态双层幕墙不同于传统的单层幕墙，它由内、外两层玻璃幕墙组成。最大的特点就是：内层幕墙与外层幕墙之间形成一个相对封闭的空间，在此空间内利用气压差、热压差和烟囱效应的原理，使得空气通过下部进风口进入此空间，又从上部排风口离开此空间，形成空气在空间内自下而上的流动，同时将空间内的热量带出，这个空间称为热通道，热通道内的空气一直处于流动状态，并与内层幕墙的外表面不断地进行热量交换，使内层幕墙的温度接近室内温度，从而减小温差，因此呼吸式动态双层幕墙也被称之为双层通道幕墙，或称为热通道幕墙。,第一章：介绍呼吸式动态双层幕墙,呼吸式动态双层幕墙它改变了传统幕墙的结构形式，外层幕墙无需镀膜玻璃，当直射日光照射到玻璃表面上时，玻璃不会因镜面反射而产生反射眩光，没有光污染，由于采用无镀膜玻璃，实现自然光照明，节省电力。 呼吸式动态双层幕墙由内外两层玻璃幕墙组成，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。双层幕墙独特的内外双层构造及其中有一层幕墙采用中空玻璃，使其隔声性能比传统幕墙提高20%40%，隔声量达50db，隔声性能达到国际I级，大大改善了办公或居住的环境；其防尘通风的功能使其在恶劣天气（特别是沙尘暴发生的地区）也不影响开窗换气，提高了室内空气质量，它同时提供了高层甚至超高层建筑幕墙自然通风的可能，从而最大限度地满足了使用者在生理和心理上的需求。,第一章：介绍呼吸式动态双层幕墙,呼吸式动态双层幕墙的内外两层幕墙之间形成一个通风换气层，因而它在节能方面比传统的幕墙节能达50%，采暖时节约能源42%-52%，制冷时节约能源38%-60%，保温性能达国际II级，具有冬季保温和夏季隔热的双重功能，有效地减少空调的使用，达到节能效果。 呼吸式动态双层幕墙从经济方面来看，单位面积成本较高，首期投资较大，比传统幕墙高出近一倍，这是广大建筑师和业主较为关心的问题，但从长远利益来看，其节能所产生的效益将更加明显。从技术方面来看，主要是空气通道内的防火问题，各种防火的方法及其效果需要通过实践加以检验。 双层通风幕墙作为一项新兴技术产品，其良好的环保、节能性能，以及新颖的构造给建筑外装饰带来的更多变化。,第二章：呼吸式动态双层幕墙的原理,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。下面分别介绍内循环和外循环体系的原理： 一. 内循环体系定义及原理： 定义：内循环顾名思义它的循环完全就在内部进行，与外界没有关系，因此也称为“封闭式内循环通风幕墙”。 封闭式内循环通风幕墙，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，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。封闭式内循环通风幕墙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。,第二章：呼吸式动态双层幕墙的原理,原理：封闭式内循环通风幕墙的通风系统是由进风系统、空气通道系统、排风口和管道风机系统组成， 进风口一般设置在内层玻璃的底部水平位置，排风口设置双层幕墙通道顶部位置。封闭式内循环通风幕墙一般在每个单元体上端横向铝合金型材上开有孔，即排风孔，同时在此型材侧面连接圆型排风管道。封闭式内循环通风幕墙采用强制措施，电控管道系统，在夏季的将双层封闭热通道大部分热空气排除室外。冬季将温室效应蓄热通过管道回路系统加热后传到室内，当机械设备工作时，双层幕墙通道内形成负风压，室内的空气便先导入双层幕墙通道，空气在双层幕墙空腔内形成自下而上的空气有序流动，最后通过机械设备排出排风管道，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。,图例：,图例：,图例：,第二章：呼吸式动态双层幕墙的原理,封闭式内循环通风幕墙的优点：1. 利用建筑的正常排风在热通道内形成缓冲，降低玻璃幕墙的传热系数，从而节约空调能耗；2. 采用智能型遮阳百叶，随时控制室内光线的强弱和进入室内热量的多少，并可以和感应装置连接，实现智能控制；3. 由于通风换气层的宽度一般为100-200毫米，因此内循环外玻璃幕墙的维护清洁比较容易；4. 可根据实际需要进行全年全天候工作，不受室外环境限制。5. 使用材料较少，幕墙的直接成本较低。,第二章：呼吸式动态双层幕墙的原理,封闭式内循环通风幕墙的不足：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，也就是会为此增加附属成本（间接成本），因而总体相比其应用不多，尤其在国内应用的更少。,第二章：呼吸式动态双层幕墙的原理,二. 外循环体系的定义及原理： 定义：外循环顾名思义它的循环是与外界有机地结合在一起，充分利用自然条件，因此也称为“敞开式外循环通风幕墙”。 敞开式外循环通风幕墙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。与封闭式内循环幕墙的外幕墙是封闭的相反，开敞式外循环幕墙的内幕墙是封闭的，采用中空玻璃。其外幕墙采用单层玻璃，幕墙形式可采用框架式幕墙、单元式幕墙以及点支式玻璃幕墙；内幕墙则采用中空玻璃和断热铝型材组合而成的幕墙或铝门窗，铝门窗可以是推拉窗（门）、平开窗（门）、内倒内开窗（门），幕墙上开专有检修门以便维护、清洁，内外幕墙之间（通风换气层）通道宽度取为500600毫米。,第二章：呼吸式动态双层幕墙的原理,原理：开敞式外循环通风幕墙的内外两层幕墙之间形成的通风换气层的两端装有进风和排风装置，利用室外新风进入，经热通道带走热量从上部排风口排出，可减少太阳辐射热的影响，节约能源。它无须专用机械设备，完全靠自然通风，维护和运行费用低。进风和排风装置上的风口可以开启和关闭（有手动和自动）。在冬季时，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，由于温室效应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，开启上、下风口，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。,第二章：呼吸式动态双层幕墙的原理,为提高节能效果，通道内设（手、电动）百叶和（手、电动）卷帘等遮阳装置。 可见“敞开式外循环呼吸式幕墙”不仅具有“封闭内循环呼吸式幕墙” 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。,图例：,图例：,图例：（夏季）,图例：（冬季）,图例：（自然通风）,图例：（原理）,第二章：呼吸式动态双层幕墙的原理,开敞式外循环通风幕墙的优点：1. 位于通风换气层上下两端的进风和排风口，将空气经过沙尘滤网引入通风换气层，进而送至室内，可以看作是室外自然环境的延伸。采用这种分隔方法的双层玻璃幕墙除具备保温、隔声的作用外，最关键之处是其可以为室内提供新鲜的自然风。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。2. 运用空气热压原理和烟囱效应，把室内污浊的空气无需强制地排到室外，从而实现空气的自然交换。3. 其内外层之间的空腔厚度设计较厚，便于人员进入，清洗工作。4. 卓越的冬季保温和夏季隔热功能，节能效率高 。,第二章：呼吸式动态双层幕墙的原理,5. 合理采光功能，可根据使用者的需要，调整光线的变化，改善室内光环境。6. 卓越的隔声降噪功能，为使用者创造宁静的工作生活环境。开敞式外循环通风幕墙的不足： 1. 进出风口的设计也是呼吸式幕墙的一个重点，选用不当时一方面会造成换气层循环气流的短路，降低节能效果；另一方面进风口会带入大量的灰尘而影响建筑的外观效果，尤其是西北风沙较大的地区更应慎重。2. 使用材料较多，因此成本较高 。,第三章：呼吸式动态双层幕墙的设计,一. 结构形式设计： 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。,第三章：呼吸式动态双层幕墙的设计,二. 通风系统设计： 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、材料的选用等直接影响到其性能的发挥。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。 在进行外循环体系通风系统设计时，要考虑楼体楼层不同高度，考虑到抗震要求和风压影响，进、出风口的沙尘过滤网的“目数”应通过计算选用不同目数的过滤网，而解决由于楼层高度变化产生不同“烟筒”效应，出风口可采用“鱼嘴”式结构，在中国不要将滤网目数过大，防止空气滞阻。,第三章：呼吸式动态双层幕墙的设计,三. 节能结构设计 外循环体系的内层玻璃幕墙玻璃，应采用612(A)6mm，外层幕墙尽可能的采用夹胶钢化，内层幕墙采用热断桥铝合金结构，外层可采用点式驳接结构或铝合金结构，若内外层幕墙选用透明玻璃，就必须考虑冬季与夏季，白天与夜间的气候、温度不同，而对结构设计产生的影响。外层玻璃选用夹胶透明钢化，玻璃即便破损也不会附落，避免对楼底行人造成伤害，选择透明玻璃可使阳光充分进入双层幕墙之间“腔体”，形成温室效应。 夏季考虑方式：由于白天日光照射，使双层幕墙之间通道温度升高，由于“烟筒”效应使热的气流上升并通过上端出风口排到室外，夜间没有阳光照射，双层幕墙通道间由于室内与室外的温度交换，双层幕墙之间间隙温度低于室外温度，因此应关闭通风装置，不会使气流上升并通过上端出风口排到室外，减少能量损失。但应随时可开内侧窗自然通风。 冬季考虑方式：应从节能角度考虑，由于白天日光照射，使双层幕墙之间通道温度升高，因此应关闭通风装置，减少室内与室,第三章：呼吸式动态双层幕墙的设计,外温度交换，夜间没有阳光照射，也应关闭通风装置，夜间内层的lowe玻璃起绝对节能作用。 在春、秋季时，室内可以通过打开内层门或窗以及通风装置获得室外新鲜的自然空气。 双层幕墙之间“腔体”高度、“腔体”宽度等主要方面进行考虑，进出风口面积比应控制在一定比例之间，温度与温差变化、外界风矢、进出风口压力受外界自然环境的影响，“腔体”高度与“腔体”宽度应进行计算，并通过风洞试验后取得合理的数据，以便应用到设计，“腔体”宽度也要考虑一个正常人能够进入。 由于双层幕墙从材料选用到结构表达式设计的不同选择，双层幕墙节能的数据是不同的，因此，最终设计的双层幕墙节能数据应通过试验手段获得。,第三章：呼吸式动态双层幕墙的设计,四. 防尘与清洗设计 结构的防尘是相对防尘，外循环式结构在欧洲的地区应用较为广泛，由于我国北方大部分地区春秋季节风沙天气较多，尤其可吸入颗粒物和昆虫非常严重，欧洲的外循环体系结构从防尘与清洗等方向不能完全满足我国北方地区要求。可此采用外循环体系结构设计时应充分考虑防尘与清洗形式适合我国实际情况，进、出风口可采用一种电动调节百页装置，并在通风装置中设置表面涂“纳米”涂料，减少积尘。双层幕墙之间的过滤网设计应便于室内人的更换、清洗。,第三章：呼吸式动态双层幕墙的设计,五. 遮阳设计 以双层幕墙之间安装电动或手动操作的遮阳装置，遮阳百页可调节角度，使阳光进入室内得到合理控制，遮阳装置的安装位置非常重要；一般距外层玻璃150mm180mm为最佳，也应考虑内层幕墙开启窗或门的形式而定，避免影响窗或门的正常开启的闭合。 六. 重点与难点问题 呼吸式幕墙在我国刚刚起步，还会有很多具体问题需要解决，如： 换气层的宽度（体积）确定。如何才能使其保温节能与隔音降噪达到最佳，目前缺乏理论依据，只能依赖实验，需从设计计算,第三章：呼吸式动态双层幕墙的设计,上找到理论依据。 进出风口的设计也是呼吸式幕墙的一个重点，选用不当时一方面会造成换气层循环气流的短路，降低节能效果；另一方面进风口会带入大量的灰尘而影响建筑的外观效果，尤其是西北风沙较大的地区更应慎重。由于换气层的烟囱效应会造成消防上的隐患，所以在通风换气层的设计时应与大厦防火分区设计相结合。成本问题，也是呼吸式幕墙的推广使用的一大障碍。呼吸式幕墙由于结构双层、技术含量高，较单层幕墙价格高，如果采用呼吸式幕墙，一次性投资会增加。 呼吸式动态双层幕墙的应用在我国刚刚兴起，对其特殊的功能如温室效应、隔声效应、烟窗效应、节能效应、应用原则等的认识还局限于定性的、模糊的、肤浅的阶段，这些都需要在实际工,第三章：呼吸式动态双层幕墙的设计,程的运用以后，对其长时间的跟踪观察，并通过专业手段所记录的数据总结来完善对这些理论的理解。 由于呼吸式动态双层幕墙是一个新型幕墙，专业的国家标准还在完善之中，因此目前还没有统一的标准来对其进行规范化的管理，对于其各项检测要求基本上还是用现行的幕墙规范。,第四章：呼吸式动态双层幕墙的发展,当呼吸式幕墙在国内刚刚起步的时侯，在德国、美国等发达国家已将呼吸式幕墙与电子计算机系统结合在一起，发展了智能幕墙。采用智能幕墙系统的建筑其能耗只相当于传统幕墙的30%，可见智能幕墙将是节能环保幕墙发展的又一新的目标。智能幕墙是呼吸式幕墙的延伸，是智能化建筑的基础