雙層熱通道幕墻體系總體設(shè)計(jì)概述

        1．定義：

       雙層熱通道幕墻是由單層玻璃幕墻演變成具有雙層玻璃的幕墻。特別是二層之間存在熱量循環(huán)交換空間，形成冷熱空氣流動(dòng)通道。也是由反射鍍膜玻璃組成幕墻，轉(zhuǎn)換成現(xiàn)代化通透性的新式二層玻璃幕墻的產(chǎn)物。

        2．熱通道幕墻的由來(lái)，是反射玻璃幕墻對(duì)太陽(yáng)光的反射以及光波反射而帶來(lái)的一些有害光污染，對(duì)人們生活和健康產(chǎn)生不利影響，特別是鍍膜高反射玻璃透光率越低，使室內(nèi)顯得越暗，遇到陰天，建筑物內(nèi)部的照明由電燈來(lái)提供，給人們帶來(lái)極大不方便，同時(shí)浪費(fèi)了大量電能，人們感到極不舒適。在這種背景影響下，首先產(chǎn)生了新的幕墻體系——大清白玻璃全玻幕墻，開始這種玻璃幕墻大部分使用在大門廳，以后發(fā)展到全部都使用通透的全玻璃幕墻系統(tǒng)。但是這種幕墻有一個(gè)極大的缺點(diǎn)——太陽(yáng)強(qiáng)紫外線幅射和太陽(yáng)熱幅射透過(guò)大清玻璃進(jìn)入室內(nèi)，使室內(nèi)溫度大大升高。破壞了人們生活的舒適性。一般熱工性能K=5左右不節(jié)能。在90年代，首先在西歐出現(xiàn)了即有通透性，又能防止太陽(yáng)強(qiáng)幅射，并能使整個(gè)窗體具有較高的節(jié)能效果的幕墻——雙層熱通道玻璃幕墻。

      我國(guó)出現(xiàn)這種先進(jìn)的節(jié)能雙通道幕墻是在2000年以后的事情。首先在國(guó)外設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下，最早出現(xiàn)在上�！熬脕�(lái)”大廈，而北京第一個(gè)大面積雙通道幕墻——“旺座”呼吸式雙熱通道幕墻是2001年10月開始制造。前者是內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，后者是外循環(huán)式結(jié)構(gòu)的典型代表。

        不管是內(nèi)式循環(huán)還是外循環(huán)通道幕墻，都具備防塵、防蟲、換氣通風(fēng)、節(jié)能、光線可控、隔音與抗震、防火也十分安全。這項(xiàng)技術(shù)由西歐傳入我國(guó)后，我們?cè)O(shè)計(jì)、生產(chǎn)這種高科技幕墻時(shí)，必須要從國(guó)情出發(fā)，具體設(shè)計(jì)，不能全部照搬。因?yàn)槲鳉W各國(guó)冬季溫度高，基本無(wú)沙塵天氣，要合理認(rèn)真考慮中國(guó)的國(guó)情，滿足我國(guó)要求的性能和價(jià)格。

        這種幕墻在原理上、結(jié)構(gòu)上都比常規(guī)幕墻變化很大，尤其它的設(shè)計(jì)完全不同于常規(guī)幕墻的方法和結(jié)構(gòu)計(jì)算，大部分安全參數(shù)和性能，在國(guó)外都要做一系列的試驗(yàn)才能確定。而中國(guó)目前沒(méi)有雙層幕墻標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來(lái)約束它，因此到國(guó)外做試驗(yàn)是必要的，但試驗(yàn)費(fèi)很昂貴。從結(jié)構(gòu)形式和理論依據(jù)證明，能夠滿足我國(guó)各個(gè)地區(qū)工程項(xiàng)目的各項(xiàng)要求的新技術(shù)。并使幕墻體系向光電幕墻、智能幕墻方向發(fā)展。這種幕墻在結(jié)構(gòu)上都比常規(guī)幕墻變化大。尤其完全不同于其它常規(guī)試驗(yàn)方法，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上也出現(xiàn)了新的課題。

        （一）雙熱通道幕墻最小單元高度是一個(gè)層高，它分獨(dú)立箱體單元或全通道式等形式，但目前設(shè)計(jì)最多的是獨(dú)立箱體單元式。本文主要以這種形式的呼吸式幕墻為例來(lái)說(shuō)明它深化設(shè)計(jì)中的一些要求。

        （二）熱功性能計(jì)算及舒適性要求

1. 冬、夏兩季“呼吸式”玻璃幕墻的熱量交換或夏季煙囪效應(yīng)（熱浮力效應(yīng)）帶走熱量計(jì)算，或冬季向室內(nèi)輸送熱量計(jì)算，估算它們的效果比例值。

2. 按GB50176和GB50189-2005節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)分別計(jì)算外層、內(nèi)層的K值，K（W/m2-℃），計(jì)算出綜合性的KΣ值。

3. 用熱工計(jì)算方法對(duì)于冬、夏季計(jì)算雙通道內(nèi)外熱量交換總值：

η=Q0/QΣ

QΣ=Q1+Q2+Q3+Q4

Q0——由熱浮力效應(yīng)帶走熱量；

Q1——太陽(yáng)能輻射進(jìn)入內(nèi)腔熱量（通過(guò)單玻）；

Q2——外框及通風(fēng)口傳遞熱量；

Q3——室內(nèi)傳遞到內(nèi)腔熱量；

Q4——因縫隙通氣熱量。

4.確定進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口百頁(yè)不同角度的面積和進(jìn)出口面積比，要求百頁(yè)一定可自動(dòng)控制或電控，保證光線可調(diào)控。

5.要求設(shè)計(jì)此參數(shù)時(shí)滿足夏天或冬天陽(yáng)光輻射入室內(nèi)，節(jié)能熱量率25-30%，保證煙囪效應(yīng)。計(jì)算條件是：外面風(fēng)速3-5M/S，溫度28℃-42℃（熱通道內(nèi)溫度60-75℃），冬季進(jìn)口-10℃，風(fēng)速3-5m/s（通道內(nèi)溫度為30℃）。若計(jì)算有困難，必須在大面積安裝前進(jìn)行熱試驗(yàn)，滿足節(jié)能率不低于30-35%的承諾。

6.雙層熱通道玻璃幕墻要求在春季、秋季、夜間能在自動(dòng)自然通新風(fēng)的功能，并要求進(jìn)入清潔和進(jìn)新風(fēng)開啟方式不同。

7. 要求對(duì)外界惡劣氣候條件（如沙塵暴）時(shí)，出口、進(jìn)口必須能電動(dòng)控制，自動(dòng)關(guān)閉，并抗8級(jí)大風(fēng)沖擊，不能發(fā)生共振或空氣哨聲。百頁(yè)全關(guān)閉時(shí)，氣密性不低于Ⅳ級(jí)。

8. 對(duì)外層玻璃在相對(duì)濕度60%以內(nèi)，防結(jié)露及防霜的具體辦法（是否考慮采用隔熱駁接頭？）以及冷凝水的收集及排出方式，或采取風(fēng)吹式或防結(jié)露辦法。

9. 在方案設(shè)計(jì)時(shí)，滿足采用自然通風(fēng)功能，及時(shí)考慮將進(jìn)入室內(nèi)的空氣中的沙塵及污染減小到最低程度，達(dá)到衛(wèi)生、舒適和節(jié)能的目的。在加防塵網(wǎng)時(shí)，使空氣阻滯度盡可能達(dá)到最小。

10.本工程防噪音及防空氣哨聲的指標(biāo)較嚴(yán)格，在設(shè)計(jì)中滿足噪音進(jìn)入室內(nèi)損失不低于外層△B1=22dB，內(nèi)層玻璃不低于△B2=30-32dB，合成△B不低于45dB。

      （三）外循環(huán)雙層幕墻對(duì)保證安全性提出以下要求：

      1.對(duì)外層點(diǎn)式駁接的設(shè)計(jì)壽命不低于30年，要求玻璃在出現(xiàn)7-8烈度地震力作用下不準(zhǔn)脫落。因此，設(shè)計(jì)時(shí)玻璃必須是鋼化，必要時(shí)雙層鋼化夾膠玻璃也可考慮，外層可以使用框格結(jié)構(gòu)，可降造價(jià)10%（材料費(fèi)）。

      2.對(duì)駁接玻璃四個(gè)孔，必須嚴(yán)格計(jì)算孔的10mm周邊擠壓應(yīng)力，以及孔內(nèi)側(cè)受重量及空氣動(dòng)力下洗合力作用的玻璃厚度約60°角內(nèi)的玻璃截面積受擠壓應(yīng)力，要求二種應(yīng)力不得超過(guò)（15-20Mpa），設(shè)計(jì)安全剩余系數(shù)不小于2.5-3。

      3.對(duì)駁接頭要求必須是球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)補(bǔ)償，并在之間加減震防沖擊吸收能量材料保證耐用20-30年的隔熱型材料，采用沉頭式連接。

      4. 抗震計(jì)算本工程重點(diǎn)要求按8度設(shè)防（北京地區(qū)），具體指標(biāo)是對(duì)水平抗震計(jì)算為重，震動(dòng)慣性水平方向加速度為0.15g，垂直為0.24g，按此數(shù)據(jù)計(jì)算后確定最佳玻璃對(duì)縫寬度（同時(shí)考慮到沉降及房間位移）。

      5. 防火要求：

1）總要求防火指標(biāo)不低于2小時(shí)，不準(zhǔn)有層間和左右間的火勢(shì)蔓延通道。內(nèi)層玻璃要求在250-320℃時(shí)，能堅(jiān)持20-24分鐘不自爆，因此建議考慮采用防火玻璃的可能性（銫鉀玻璃）。

2）要求通道內(nèi)有防火自動(dòng)排煙或手動(dòng)應(yīng)急打開排煙口及設(shè)計(jì)煙感排煙系統(tǒng)。

3）設(shè)計(jì)通道寬度不能低于500mm，一旦火災(zāi)發(fā)生，向門的方向無(wú)法逃離時(shí)，暫時(shí)進(jìn)入通道內(nèi)與火源和毒煙氣體隔開，并開啟通風(fēng)排氣孔進(jìn)行人員自救，要求保證30-40分鐘內(nèi)層玻璃不自爆（可做模擬試驗(yàn)，保證上述時(shí)間要求）。

4）必要時(shí)考慮在通道內(nèi)設(shè)置拉力250kg的系鎦環(huán)和不小于到地面營(yíng)救防火繩，必要時(shí)也可以打破玻璃自救逃生（可在隔板下設(shè)置防火斧打壞玻璃用）。

5）點(diǎn)式玻璃耐硬沖擊、軟沖擊滿足規(guī)范JGJ-102-2003規(guī)范F2級(jí)要求。

6）全部幕墻左右側(cè)及上下都有等電位防雷、防靜電接地，其接地電阻不大于2.5歐姆。

7）每層之間左右屋之間的通透玻璃為防盜型通道，有隱框遮檔玻璃構(gòu)成。

      （四）材料設(shè)備要求

      1.電控電機(jī)及伺服機(jī)構(gòu)可以由德國(guó)進(jìn)口（或由國(guó)進(jìn)配套）；

      2.可控百頁(yè)簾由法國(guó)或德國(guó)進(jìn)口（或國(guó)產(chǎn)配套）；

      3.玻璃建議用上海皮爾金頓或南玻產(chǎn)品，但必須達(dá)到德國(guó)DIN相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；

      4.鋁型材在滿足GB5237-2004標(biāo)準(zhǔn)前提下，選用中國(guó)最好的型材廠提供；

      5.駁接不銹鋼件建議由香港堅(jiān)朗提供；

      6.所有材料都必須做機(jī)械或化學(xué)成份方面試驗(yàn)與復(fù)檢，合格后方可使用。

      1.做1：1的箱體二通道、幕墻二層玻璃LH 性試驗(yàn)（風(fēng)壓變形、防空氣、防雨水滲透和熱工性能試驗(yàn)）；

      2.對(duì)單元箱體做熱工性能測(cè)試；

      3.對(duì)進(jìn)氣、排氣流動(dòng)特性（在不同溫度、不同外面風(fēng)速），進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)；

      4.做模擬防火自救逃生試驗(yàn)；

      5.全面測(cè)定節(jié)能參數(shù)試驗(yàn)；

      6.對(duì)點(diǎn)式駁接系統(tǒng)和玻璃做安全性受力、破壞試驗(yàn)。

      7.做自然通風(fēng)及防沙塵效果試驗(yàn)；

      8.做電控百頁(yè)系統(tǒng)耐力和疲勞試驗(yàn)。

      1.雙層熱通道幕墻工程要求必須具有準(zhǔn)確對(duì)接安裝要求，不準(zhǔn)強(qiáng)迫安裝。因此采用模線樣板——安裝焦點(diǎn)量規(guī)（正、反量規(guī)），協(xié)調(diào)互換性對(duì)接要求。

      2.必須在進(jìn)口幕墻加工中心進(jìn)行高精度加工與裝配。

      3.對(duì)玻璃加工要嚴(yán)格要求，對(duì)倒角處進(jìn)行放大鏡檢查裂紋，防止自爆，對(duì)加工孔的質(zhì)量也用同樣方法進(jìn)行檢查，盡可能對(duì)鋼化玻璃做引爆處理。

      4.對(duì)在建筑物上的預(yù)埋件及掛點(diǎn)用箱體掛點(diǎn)反量規(guī)進(jìn)行協(xié)調(diào)安裝。

      （七）通道玻璃幕墻在建筑物上，由于高度、位置不同，因此要求設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，可以按等強(qiáng)度等剛度原理設(shè)計(jì)，對(duì)節(jié)能效果也通過(guò)流動(dòng)特性或風(fēng)壓風(fēng)速不同，在性能變化大的二通道幕墻對(duì)進(jìn)口、出口以及部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。

      雙層玻璃幕墻主要分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)體系，有其共同點(diǎn)和不同點(diǎn)，共同特點(diǎn)都是在雙層玻璃之間形成溫室空間，并將其溫室的夏季的過(guò)熱空氣排除室外，冬季把太陽(yáng)熱能有控制排入室內(nèi)，使冬夏兩季節(jié)約大量能源。在夏季為防紫外線和強(qiáng)熱輻射要遮陽(yáng)簾是必要的，因此都必須使用遮陽(yáng)系統(tǒng)。內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)體系有如下特點(diǎn)：

      （一） 內(nèi)循環(huán)雙層玻璃幕墻結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)

      1．其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可采用框架斷熱或單元斷熱形式。

      2． 一般外層玻璃選用中空鋼化或夾膠，內(nèi)層玻璃選擇單片鋼化。

      3．采用主動(dòng)式空氣流動(dòng)措施，電控管道系統(tǒng)，在夏季白天時(shí)，將雙層封閉熱通道大部分熱空氣排除室外。冬季將溫室效應(yīng)蓄熱通過(guò)打開內(nèi)側(cè)開啟扇窗或開啟門把熱空氣排向室內(nèi)，達(dá)到節(jié)能效果。

      4．其內(nèi)外層之間的空腔厚度設(shè)計(jì)為：一般150-200mm之內(nèi)

      5．需要增設(shè)自然空氣進(jìn)入室內(nèi)的窗扇通道。

      6．便于清洗雙層玻璃之間的灰塵。

      7．使用建筑物內(nèi)側(cè)空間較少，因此成本可以降低。

      8．使用電力驅(qū)動(dòng)抽風(fēng)，外循環(huán)結(jié)構(gòu)使用電動(dòng)裝置，輸出電動(dòng)率約85W間歇使用。

      9. 內(nèi)側(cè)與常閉式開啟門或窗。

      （二） 外循環(huán)雙層玻璃幕墻結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)

      1．其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可采用外層框架、單元或點(diǎn)式駁接等幾種結(jié)構(gòu)形式，內(nèi)層框架斷熱或單元中空玻璃斷熱形式。

      2． 一般外層玻璃選用單片或夾層鋼化，內(nèi)層玻璃選擇中空或加LOW-E鋼化玻璃。

      3．采用自然的“煙筒” 效應(yīng)通風(fēng)，所有雙通道箱體是獨(dú)立密閉的。夏季的白天的熱空氣由于熱浮力作用下排除室外，注意不同樓層的“煙筒”效應(yīng)不同。

      4．其內(nèi)外層之間的空腔厚度設(shè)計(jì)較厚，便于內(nèi)外層之間的空腔人員進(jìn)入清洗工作（500mm）。

      5．不需要增設(shè)專用設(shè)備自然空氣進(jìn)入通道和屋內(nèi)，外層幕墻設(shè)計(jì)有進(jìn)出風(fēng)口，內(nèi)層幕墻設(shè)計(jì)有開啟門或窗，需要注意的是進(jìn)出風(fēng)口應(yīng)防止沙塵的進(jìn)入，通道下部設(shè)置外空氣進(jìn)入腔體的進(jìn)風(fēng)口和上部熱空交換后的排風(fēng)口。

      6．雙層玻璃之間的灰塵應(yīng)考慮方便清洗。

      7．使用材料較多，因此成本較高。

      （三） 外循環(huán)雙層熱通道設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題

      1．通道參數(shù)設(shè)計(jì)

      雙層幕墻之間“通道”高度、“通道”寬度等六個(gè)主要參數(shù)是雙層幕墻的最重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)，決定性能和節(jié)能效率，進(jìn)出風(fēng)口面積比應(yīng)控制在一定比例之間，溫度與溫差變化、外界風(fēng)矢、進(jìn)出風(fēng)口壓力受外界自然環(huán)境的影響，“通道”高度與“通道”寬度應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，并通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)后取得合理的進(jìn)出口空氣流動(dòng)數(shù)據(jù)，以便應(yīng)用到設(shè)計(jì)，“通道”寬度也要考慮一個(gè)正常人能夠進(jìn)入或便于人為清潔玻璃面。構(gòu)造型式可做單元體式或主體箱體結(jié)構(gòu)。

      2．防塵與清洗設(shè)計(jì)

      結(jié)構(gòu)的防塵是相對(duì)防塵，外循環(huán)式結(jié)構(gòu)在歐洲的地區(qū)應(yīng)用較為廣泛，由于我國(guó)北方大部分地區(qū)春秋季節(jié)風(fēng)沙天氣較多，尤其可吸入顆粒物和昆蟲非常嚴(yán)重，歐洲的外循環(huán)體系結(jié)構(gòu)從防塵與清洗等方向不能完全滿足我國(guó)北方地區(qū)要求。因此外循環(huán)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮防塵與清洗形式符合我國(guó)實(shí)際情況，進(jìn)、出風(fēng)口可用一種電動(dòng)調(diào)節(jié)百頁(yè)裝置，并在通風(fēng)裝置中設(shè)置表面涂“納米”涂料，減少積塵。雙層幕墻之間的格柵網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)便于人進(jìn)入清洗時(shí)承受體重。 

       3．節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      外循環(huán)體系的內(nèi)層玻璃幕墻玻璃，應(yīng)采用6+12A+6mm，外層幕墻盡可能的采用單層夾膠鋼化，內(nèi)層幕墻采用熱斷橋鋁合金結(jié)構(gòu)，外層可采用點(diǎn)式駁接結(jié)構(gòu)或鋁合金結(jié)構(gòu)，若內(nèi)外層幕墻選用透明玻璃，就必須考慮冬季與夏季，白天與夜間的氣候、溫度不同，而對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的影響。外層玻璃選用夾膠透明鋼化，玻璃即使破損也不會(huì)附落，避免對(duì)樓底行人造成傷害，選擇透明玻璃可使陽(yáng)光充分進(jìn)入雙層幕墻之間“通道”，形成溫室效應(yīng)。 

      夏季考慮方式：由于白天陽(yáng)光照射，使雙層幕墻之間通道空氣溫度升高，內(nèi)層幕墻若采用中空低輻射，太陽(yáng)能可輻射到雙層幕墻“通道”之間，通過(guò)“煙筒”效應(yīng)使氣流上升并通過(guò)上端出風(fēng)口排到室外并帶走了部分熱量，從而減少室內(nèi)與室外的溫度交換，使幕墻達(dá)到節(jié)能要求，降低夏季制冷空調(diào)的負(fù)荷。夜間沒(méi)有陽(yáng)光照射，內(nèi)層窗玻璃采用中空低輻射，它有效的擋住室內(nèi)溫度向外界的傳導(dǎo)，達(dá)到節(jié)能減少了空調(diào)用電。 

      通過(guò)國(guó)外公司技術(shù)統(tǒng)計(jì)，采用雙層幕墻應(yīng)能夠節(jié)約能量一般30-40%左右，由于雙層幕墻從材料選用到結(jié)構(gòu)表達(dá)式設(shè)計(jì)的不同選擇，雙層幕墻節(jié)能的數(shù)據(jù)是不同的，因此，最終設(shè)計(jì)的雙層幕墻節(jié)能數(shù)據(jù)應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)手段獲得。

      4．遮陽(yáng)設(shè)計(jì)

      以雙層幕墻之間安裝電動(dòng)或手動(dòng)操作的遮陽(yáng)裝置，遮陽(yáng)百頁(yè)可調(diào)節(jié)角度，使陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)得到合理控制，遮陽(yáng)裝置的安裝位置非常重要；一般距外層玻璃150-180mm為最佳，也應(yīng)考慮內(nèi)層幕墻開啟窗或門的形式而定，避免影響窗或門的正常開啟的關(guān)閉。

      （四） 內(nèi)循環(huán)雙層熱通道玻璃幕墻結(jié)構(gòu)

      1．內(nèi)循環(huán)式通道設(shè)計(jì)一直為封閉式，它二層玻璃布局與外循環(huán)式正好相反，內(nèi)循環(huán)式結(jié)構(gòu)外層玻璃為中空雙鋼化玻璃，外框?yàn)楦魺嵝筒�，�?nèi)層為網(wǎng)化單層玻璃，并有內(nèi)開啟扇的門或窗。雙層玻璃之間距離一般100-200mm，中間加法拉利降遮陽(yáng)裝置。

      它的換氣方式是主動(dòng)式的，冬天在通道內(nèi)加熱的空氣，通過(guò)熱管水道被抽到室內(nèi)，或開屋內(nèi)開啟扇導(dǎo)入熱風(fēng)，達(dá)到節(jié)能目的。在夏天過(guò)熱的空氣由排風(fēng)道排到屋外。此時(shí)關(guān)閉通往屋內(nèi)的風(fēng)管。內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)可設(shè)計(jì)箱體高度尺寸為層高的箱體單元體。

      2．通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：這種內(nèi)循環(huán)箱體單元體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到在天花板內(nèi)側(cè)，或地板下部空間，分別設(shè)計(jì)進(jìn)屋內(nèi)熱風(fēng)管道系統(tǒng)和向外排熱風(fēng)管道系統(tǒng)。個(gè)別也有專門在冬天、春天時(shí)設(shè)計(jì)的自然空氣向室內(nèi)進(jìn)行新空氣的交換裝置。(作者：莫英光　魏東海)