双层玻璃幕墙设计研究

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摘要：本文从目前玻璃幕墙存在的问题入手，利用“温室效应”和“烟囱效应”的原理对传统玻璃幕墙进行改进，设计成多介质双层玻璃幕墙，并对多介质双层玻璃幕墙的节能效果进行深入分析，指出了多介质双层玻璃幕墙系统目前在国内的应用价值，为中国公共建筑建设提供了经济环保的发展方向。

Abstract： Starting from the problems existing in the glass curtain wall， this paper uses the principle of "greenhouse effect" and "chimney effect" to improve the traditional glass curtain wall in order to design multi-medium double glass curtain wall， and analyzes in depth the energy-saving effect of the multi-medium double glass curtain wall， and points out its application value in the domestic currently， which will provide the development direction of the economy and environment protection for the construction of public buildings in China.

关键词：多介质；幕墙；节能减排

Key words： multi-medium；curtain wall；energy saving and emission reduction

中图分类号：TU111.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）17-0098-03

0 引言

玻璃幕墙是当代的一种新型建筑外墙形式。玻璃幕墙在十九世纪四十年代末初见端倪，于1851年在英国伦敦工业博览会大厦首次露面，至今已有一个半世纪的历史，而玻璃幕墙在我国出现不过十几年时间。

目前，我国已成为世界上最大的玻璃幕墙生产和使用国，据不完全统计，2007年我国生产玻璃幕墙为22200万m2，占当年我国建筑幕墙总产量的31.4%，占当年世界玻璃幕墙生产量的86.27%累计使用玻璃幕墙为11000万m2，占我国建筑幕墙总使用量的34.9%，占世界玻璃幕墙累计使用量的61.11%。但是我国的玻璃幕墙能耗很大，普通单层玻璃幕墙能耗约占整个建筑能耗的40%左右。现阶段我国提高玻璃幕墙节能保温性能的主要措施尚停留在消极设防的设计思想阶段，技术相对世界水平已经落后。

响应我国“节能减排”政策，并基于目前新兴的玻璃幕墙节能技术，本文利用“温室效应”和“烟囱效应”的原理对传统玻璃幕墙进行改进，应用智能控制的百叶窗，设计成多介质双层玻璃幕墙，以节约冬天供暖和夏天散热所需的能耗，谋求资源的最大利用率，减少光污染和声污染对人们工作生活的影响，为中国公共建筑建设提供经济环保的发展方向。

1 双层玻璃幕墙结构设计

1.1 总体结构介绍

从总体来看，多介质双层玻璃幕墙分为三大部分，即夹层介质循环型玻璃内墙、单层玻璃钢外墙以及由内外幕墙形成的通风夹层。其中外层幕墙使用单层钢化玻璃，采用开放式设计，主要作用是保温、隔热、降低噪声，同时可以承受部分压力。

玻璃幕墙整体结构和三维效果如图1所示，内幕墙相对封闭，采用夹层介质循环型玻璃幕墙；外幕墙采用单层钢化玻璃；内外幕墙之间形成一个相对封闭的空间——通风夹层；通风夹层中悬挂有可收放的遮阳百叶窗。

如图1（a）所示，通风夹层结构上设有进风口和排风口，通过烟囱效应引导室外空气进入通风夹层，将夹层中的热量以及室内废气从上部排风口排出。通过设置通风夹层，夹层内的空气始终处于流动状态，热量在其间流动，形成热量缓冲层，从而可以使室内获得自然通风，优化建筑通风质量，调节室内温度，有效减少太阳辐射热对建筑本身的影响，节省空调能耗。同时通过根据太阳辐射角度对通风夹层中的百叶窗进行调节也可有效改善太阳辐射的影响。

1.2 通风夹层

内外两层幕墙之间的通风夹层的距离一般为50～60 cm。由于本次设计加入了遮阳百叶窗，故将通风层设计为70cm，从而形成一个两侧各有30cm左右的双通风夹层，通风夹层采用厢式设计，即以每一楼层为一个设计单元，每一单元的顶部和底部都分别设有排气口和进气口，室外新鲜空气从底部进气口进入，气流从上方排气口排出，获得自然通风。其优点是能够保证每一通风单元内气流速度柔和、稳定，同时每一楼层单元的通风以及维护互不影响，易于在幕墙层间水平行走，以便清洁。

通风夹层及其工作原理如图1（a）所示，夏季时，打开换气层的进、排风口，在阳光的照射下利用烟囱效应带走通风夹层内的热量，降低内层玻璃表面的温度，节省空调能耗。同时，在夏季阳光暴晒的情况下，通过调节百叶窗可减少太阳辐射，避免室内过亮。

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，有效地提高了内层玻璃的温度，减少室内对外散热，从而减少建筑物的采暖费用。

1.3 夹层介质循环型节能内墙

1.3.1 单块夹层介质循环型节能内墙结构

夹层介质循环型节能内墙结构如图2所示，内墙采用双层玻璃结构，并将流水和空气作为夹层介质，通过采用合适的密封剂进行有效的密封。

在夏天，夹层中循环水介质，由于水的比热高、传热系数较大，能够有效降低室内温度，同时，水较之玻璃能够有效吸收太阳光，将反射率降到最低，大大降低光污染，夹层中的“水幕墙”增加了幕墙厚度，隔音效果也得到增强。

冬天时，为避免结冰，夹层中改为通入空气或CO2，形成小范围的温室效应，可有效保持室内的温度。

1.3.2 整体楼层夹层介质循环型节能内墙结构

整体楼层夹层介质循环型节能内墙和整体楼层夹层介质循环型节能排水进水系统如图3所示。夏天，进水系统将水送入管路中。首先将水阀3，3’打开，使流水充满三楼的玻璃的夹层空间；然后将水阀2，2’打开，使流水充满二楼的玻璃的夹层空间；最后将水阀1，1’打开，使流水充满一楼的玻璃的夹层空间。此时水介质就在整个楼宇的内墙的夹层中循环起来，最后介质水通过排水系统排出。

1.4 百叶窗智能控制系统

外层玻璃和中间层玻璃之间设计的百叶窗，其可以最大限度减少阳光直接照射，从而避免室内过热，阻挡阳光直射，防止炫光。同时为了达到智能化和人性化标准，尽可能的减少人力资源和人为操作，将百叶窗的控制改为电脑的自动调节，在外层幕墙中间放置光敏电阻，选取stm32单片机作为控制系统，由光敏电阻不断地向单片机反馈光强信息，单片机根据建筑所在位置已经设定好的所需光强，实现自动调节舵机旋转，从而控制百叶窗的角度。同时为了满足个人对不同时刻的光强要求不同，在程序中添加人工调节系统。在此过程中，由AD转换模块、百叶窗舵机控制模块、百叶窗自动控制角度模块和百叶窗人为控制角度模块共同完成。

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