雙層玻璃幕墻在超高層建筑中的應用研究

張鑫

（山西六建集團有限公司，山西太原 030024）

0 引言

自然通風是建筑工程的主要參考要素，同時也是人向往舒適室內環(huán)境的標準之一。雙層玻璃幕墻的應用發(fā)展充分解決了太陽輻射引起建筑能源消耗嚴重等問題，在合理設計的基礎上，具有美觀、保暖和隔熱的優(yōu)勢。雙層玻璃幕墻的應用價值主要體現(xiàn)在超高層建筑方面，有效降低能源消耗，提升室內環(huán)境舒適度。

1 雙層玻璃幕墻的分類及設計要點

1.1 雙層玻璃幕墻的分類

根據雙層玻璃的設計要點，主要分為三種類型，分別為封閉式內循環(huán)雙層幕墻、敞開式外循環(huán)雙層玻璃幕墻及呼吸式雙層玻璃幕墻，針對不同特點的超高層建筑可以選擇最科學適宜的玻璃幕墻，下文針對三種類型雙層玻璃幕墻進行分析。

1.1.1 敞開式外循環(huán)雙層玻璃幕墻

敞開式外循環(huán)雙層幕墻在超高層建筑中較為常見，其外層材料主要應用非斷熱型材質或單層玻璃，內層采用具有隔熱或斷熱性能的單元幕墻。在外界氣溫發(fā)生改變期間將通風層中的排風口關掉，換氣層內部空氣因受到光照效果溫度升高，因此建筑室內的整體氣溫將得以提高，減少供暖的能源消耗。在炎熱的氣候下，可以將換氣層的風口開啟，利用放煙通道將通風層的熱度全都散發(fā)出去，以此降低室內的溫度，減少室內空調設備的用電時間和能源消耗。

1.1.2 封閉式內循環(huán)雙層玻璃幕墻

這種幕墻在寒冷的北方地區(qū)較為常見，其外層玻璃幕墻呈現(xiàn)出一種封閉狀態(tài)，通常情況下，利用斷熱型材料或中空鋼化玻璃制造而成。然而內層大多數采用單獨一片或幾片鋼化玻璃組成或形成開關正常的窗戶。大多數情況下這種類型的雙層玻璃幕墻的間隔厚度在20~200mm 范圍內，通風間隔和建筑頂部的暖通系統(tǒng)排風管道緊密相連，從而實現(xiàn)有效的空氣循環(huán)，如圖1所示。

圖1 內循環(huán)雙層玻璃幕墻

1.1.3 呼吸式雙層幕墻

呼吸式雙層幕墻的通風間隔在水平方向和豎直方向有一定的連接作用，在寒冷的冬季，可以將外層的通風口關閉，通過通風間隔產生溫室效應起到室內保暖的作用。這種呼吸式雙層玻璃幕墻主要應用于外層幕墻開口較少的位置，隔音功能比較強，更適合設計在外界噪聲過大的大型公共建筑中[1]。

1.2 雙層玻璃幕墻的合理設計

在建筑類型和氣溫變化的基礎上科學選取雙層玻璃幕墻，第一步需要掌握循環(huán)體系對于建筑物雙層玻璃幕墻差異性的需求。一般情況下，外循環(huán)玻璃幕墻的內層玻璃主要選擇保溫效果良好的材料，主要起到保暖隔熱的作用。然而選擇外層玻璃幕墻的主要是為了防護，防止夾層中的遮陽裝置受到其他條件的制約和危害，而且在外層開口處還設計調節(jié)夾層通風的功能。除此之外，雙層玻璃幕墻空氣間隔的寬度也有一定的設計要點，如果寬度過小，建筑的通風功能就不會發(fā)揮出實際作用，而且影響設備的溫度散熱，延長空調使用時間在一定程度上增加了能源消耗。在雙層玻璃的空氣間隔位置可以加入遮陽裝置，有效進行隔熱和通風的效果。雙層玻璃幕墻是新時代高層建筑和大型公共建筑的潮流，其節(jié)能效果良好而且具有一定的環(huán)保作用。

2 雙層玻璃幕墻在超高層建筑中的應用探討

2.1 高效通風

如今高層建筑越來越多，玻璃幕墻已經逐漸獲得社會和人們的高度認可。雙層玻璃幕墻在建筑過程中可以在一定程度上減少混凝土的使用數量，也可以減少過大的建筑材料消耗，有利于資源節(jié)約?，F(xiàn)在高層建筑引入雙層玻璃幕墻更利于環(huán)保工作，更重要的是使用這種幕墻可以改善并加強空氣中的環(huán)境，實現(xiàn)高效通風的效果。雙層幕墻對空氣流動的調節(jié)主要作用于外層的幕墻和內層幕墻的通風口位置，因此雙層幕墻中內層幕墻的開關還可以在晚上進行室內通風設置，將夜間外部溫度較低的空氣與新鮮空氣有效融合，實現(xiàn)室內降溫，高層建筑中的住戶不會因樓層高度過高無法調節(jié)室內空氣而煩惱，而且在第二天起床時間及時關閉內層玻璃的開關，可以將室內的溫度保持一定時間的持平而不用長時間開啟空調設備，實現(xiàn)節(jié)約能耗。因為玻璃幕墻的雙層作用，在晚上開啟內層幕墻的開關后，建筑安全問題也有著一定的保障，可以有效避免風雨和蚊蟲問題，因為外層玻璃幕墻的進風口位置設有安全設施如防蟲、防塵網等。雙層幕墻在溫度較低的地帶實用性更加顯著，如果雙層幕墻的外層具有一定的封閉性而且自帶可以調節(jié)的通風口，在冬季將所有通風口關閉，可以發(fā)揮出雙層玻璃幕墻的保溫作用。隨著社會經濟的不斷進步，人們的生活條件日益提高，建筑裝修和裝飾更加創(chuàng)新、獨特，長時間采用大量復合型材料會導致室內的空氣遭受化學藥品的污染，因此新鮮空氣的流通是人們最重視的問題。在風力加強時開啟窗戶會將屋內的辦公用品吹跑，陰雨天氣需要緊閉窗戶，現(xiàn)代的雙層玻璃幕墻這種新型設計方案可以有效實現(xiàn)通風效果，具體控制空氣的流動，保持室內的空氣新鮮。

2.2 改善室內光環(huán)境

最受人們歡迎的雙層玻璃幕墻是采光度較高而且節(jié)能、安全、舒適的幕墻。以往在普通建筑工程中常用的材料不僅無法滿足現(xiàn)代高層建筑居住人群的要求和標準，而且對于室內光度和亮度并沒有明顯的改善。如今采用雙層玻璃幕墻后可以將強度較高的光線折射于內外兩層玻璃之間，不僅可以將光照強度及時調節(jié)整合，減少屋內的刺眼效果，而且還能更好地改善室內的光環(huán)境。很多人會考慮將原有的材質或設計方案做出更改會不會對室內環(huán)境和采光效果產生負面作用，答案當然是不會。利用雙層玻璃幕墻不會產生任何化學氣體，甚至對屋內的環(huán)境不會造成任何影響，也不會對人體的健康發(fā)展造成威脅，這種玻璃幕墻可以最大限度地改善室內光環(huán)境[2]。

2.3 超高的隔音效果

超高層建筑過程中采用雙層玻璃幕墻的核心原因就是其隔音效果非常強。身處在城市中心地帶或繁華位置，交通和人流量過大，很容易出現(xiàn)噪聲干擾，利用雙層玻璃幕墻可以有效抑制這種影響。雙層玻璃幕墻高效隔音效果的主要原理在于雙層幕墻之間的間隔空間在設計制作時可以盡量做大，這樣可以呈現(xiàn)出更好的隔音效果，減少附近的噪聲干擾，尤其對于馬路兩邊和與馬路之間的距離不是很遠的高層建筑來說這種效果作用最為實用，可以為人們提供足夠寧靜的辦公場所和生活環(huán)境，進而提高工作的效率和生活質量維護大眾的身體健康發(fā)展?，F(xiàn)階段很多建筑行業(yè)都采用這種隔音效果良好的雙層玻璃幕墻。

2.4 節(jié)能和調節(jié)效果強

雙層玻璃幕墻發(fā)揮著較強的節(jié)能效果，高效節(jié)能的設計可以優(yōu)化室內的環(huán)境，而且這種節(jié)能措施室內外空氣互通的效果也是極好的。雙層玻璃幕墻高效的通風性能尤為突出，在溫度較低區(qū)域的建筑中，雙層玻璃幕墻需要采用內循環(huán)式，利用外部的通風口將室內的空氣驅趕到兩層玻璃的夾縫中，并與室外流通的空氣進行循環(huán)交換，在一定程度上提高內層幕墻的表面溫度，當人們與內層玻璃之間的距離縮短時，不會產生冰冷的感覺，從本質上符合人們生活環(huán)境舒適度和冬暖夏涼的要求。

2.5 熱工性能

雙層玻璃幕墻的運行機制過于煩瑣且復雜，在不同的環(huán)境和氣候條件下還會為人們呈現(xiàn)出不一樣的熱工性能。在溫度較高的地區(qū)，炎熱的夏季里往往室內熱量過大引起空調耗能的增加，雙層玻璃幕墻可以做到真正意義上的節(jié)能減耗，改善室內的熱量積累數量。在雙層玻璃的設計階段需要進行模擬實驗進行驗證，為了進一步確定雙層玻璃可以達到保溫和通風的效果，證明其實用性，我國很多建筑工程師和設計人員在研發(fā)過程中采用計算流體動力學方法，針對冬季和夏季兩個氣候條件中的氣流和溫度場進行實驗分析探索，以保證雙層玻璃幕墻在超高層建筑的實際應用中可以發(fā)揮出應有的熱工性能[3]。

3 結論

綜上所述，雙層玻璃幕墻與傳統(tǒng)的普通幕墻相比可以看出，前者的優(yōu)勢在于可以改善室內的舒適度、采光度，并通過合理的設計要點和方法，具有一定的節(jié)能效果。現(xiàn)階段，隨著生活水平的逐漸提高，人們對高層建筑居住環(huán)境提出了更多的要求和標準。在這樣的背景下，相信在不久的將來雙層玻璃幕墻可以占據社會市場的主要位置。