双层幕墙的设计及应用.docx

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双层幕墙的设计及应用

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北京市100000

术语主动式双层幕墙（内循环），被动式双层幕墙（外循环），闭腔双层幕墙，CFD被动式幕墙EAF

玻璃幕墙由上世纪90年代进入国内随着人们对美好生活的追求对幕墙系统的性能要求也越来越高。以早期的北京旺座中心（被动式双层幕墙）全部由德国旭格引入的系统产品到近期正在施工的石景山656地块及已经设计，施工完工的北京CBD中国人寿的内循环幕墙系统都是国内自行设计完成的工程实例。我们对设计的原理，节能的参数都做到了精细化设计计算，现就双层幕墙的设计及应用简要说明各个系统的特点及行业的发展趋势。

幕墙系统的发展离不开国家对节能设计标准的推动以及行业对幕墙性能的要求及与国际的接轨。“公共建筑节能设计标准”GB50189以严寒地区为例其2015版指标比2005版透明幕墙的热工性能有一定的提升，北京的地标：“公共建筑节能设计标准DB11/687-2015”的要求又更为严格高于国标要求约20%；对于追求高的可见光透过率，低的太阳的热系数的此类高性能性能动态变化的幕墙系统有了市场的需求。因此双层幕墙有了一定的发展空间。同时高端业主也对于建筑的舒适性有较高要求。此类型产品更多的进入了人们的视野。下面就对目前市场上主流的双层幕墙进行介绍。

双层幕墙一般由外层幕墙和内层幕墙极其中间的电动遮阳系统整合形成。通常情况双层幕墙都是以整体的单元式幕墙的形式出现。在两层幕墙之间形成的空腔我们称之为热交换腔。传统上我们按把热交换腔内热量带走的方式的不同分为主动式双层幕墙（内循环），被动式双层幕墙（外循环）。国内的上海市“幕墙工程技术规范DGJ08-56-2012”对双层幕墙的设计风荷载的取值，风量，热工的的设计计算有了技术的指导。其也在国内首层对双层幕墙的消防问题进行了论述和要求。

大连理工大学出版的“双层幕墙”其按照空气间层形成的形式和按照设计的通风功能把双层幕墙分类为：厢式窗，箱井式幕墙，廊道式幕墙，多楼层式幕墙。我这里主要是按通风的形式和动力的来源进行划分即常规的主动式（需要主动提供能源进行通风）被动式（利用自然界太阳的照射形成的热升腾作用进行通风）。当然双层幕墙在设计的时候我们需要结合建筑的条件考虑其隔声，防火，保温性能等要求进行选择合适的幕墙系统。以及容易忽略的百叶的表面处理及颜色也对幕墙的能耗有较大影响。我们选用浅色，反射率高的涂层即低SRI值的有利于减低交换腔内的空气的温度。能降低整个系统的太阳的热系数为室内提供更加舒适的环境。

我们幕墙专业和机电专业的整体配合中业主也提出增加幕墙的造价能否通过节省的空调的运行费用冲抵。因此我们也和机电顾问做了相关测算。发现双层幕墙的能耗的节省和幕墙成本之间投资回报周期约20年。因此从投资上来说双层幕墙的产出比不高。但我们在实践中其主要是改善了幕墙的舒适度。其可以提高雇员的工作效率。因此选择双层幕墙也应该针对项目的定位，投资等综合因素后才能做出理性的判断。

主动式幕墙系统：当我们通过通风设备主动的把热量带走的幕墙系统称之为主动式幕墙系统，此种产品主要特征是外层幕墙玻璃为中空玻璃，内层幕墙玻璃为单层玻璃。为了检修电动遮阳系统，内层幕墙通常为可开启的玻璃门。并在底部设置进风口，上部设置出风口接建筑的回风系统。建筑整体表现是在外立面没有用于通风的百叶或开口，这种幕墙形式的出现可以减少自然开启对能耗的损失，但由于雾霾，防疫的矛盾结合人们对自然通风的需求我们也会在建筑的外立面把双层幕墙和单层幕墙进行组合得到复合型的幕墙系统，由我作为顾问设计完成的CBDZ13项目就是这种幕墙系统功能结合的经典案例。其不但满足在日常空气质量优良时刻人们对自然通风的需求，也为过度季幕墙的使用提供了使用的条件。主动式幕墙系统其能提供更好的保温性能因此其在原理上一般更加适合在北方冬季较长的地方。

主动式幕墙系统：当热交换腔内的热量利用太阳辐射使空腔温度的升高靠热压作用下（烟囱效应）把空腔内的热量通过其上部的排风口带走的幕墙系统称之为被动式幕墙系统此种产品主要特征是外层幕墙玻璃为单层玻璃，内层幕墙玻璃为中空玻璃。室外层幕墙有进出风口。我们设计上需要主动的分离出进出风口的位置。避免排出的空气在各个楼层的相互影响，我们需要在幕墙层间位置设置活动的挡板来控制空气的流动。其在原理上一般更加适合在南方太阳辐射较强的地方。下图为典型双层幕墙构造。

随着有限元在计算上的发展，我们也可以采用CFD对幕墙的动态热力学状态进行分析。现在结合CFD的模拟计算可以得到幕墙系统动态的腔内温度的变化从而为系统的设计提供指导。在项目上就有设计的节点电算化参数化设计如下设计构思为原基本构造设计：

我们可以利用cfd进行有限元设计分析：在正常使用工况下不