动态(通风)幕墙.doc

前言
动态幕墙：作为一种新型环保智能型概念幕墙，从目前国内市场的情况来看，有一定的市场发展潜力。尤其是在北京、上海等经济发达地区，已有工程实践。如上海久事大厦（由澳大利亚帕玛斯公司设计）是国内应用动态幕墙比较典型的大型工程。在建的北京天亚花园（我司已中标）亦采用了动态幕墙系统。
幕墙作为一个新兴行业在我国已发展了近二十年，然而受经济和技术水平的限制，动态幕墙引入我国幕墙业只是近几年间的事情。目前国内采用动态幕墙的工程均为国外的技术，由于市场前景的看好，因此现在国内许多幕墙企业正在加紧研究动态幕墙这项新技术。沈阳远大集团作为国内最大的幕墙企业之一，在一定程度上能够起到引导市场的作用。因此研制开发出适合国内实际情况的动态幕墙投入市场，不仅会带来相当丰厚的经济效益，而且还会提高自身的技术实力和产品品牌效应，从而以高新技术幕墙产品引导市场，为企业获得可持续发展创造有利条件。
为了能使我们了解动态幕墙的基本概念和基本工作原理，掌握动态幕墙基本设计思想。下面首先对动态幕墙进行总体介绍，然后详细介绍（自然通风方式）动态幕墙的基本设计原则与方法，并以图集形式介绍研究所已开发的几种形式的动态幕墙系统。

动态（通风）幕墙
动态(通风)幕墙亦称双层幕墙，是一种从功能上描述的、特别结构的概念性幕墙，是在传统的幕墙外再增加一道玻璃幕墙，通过幕墙通风设备的开关可使双层幕墙中间进入或逸出空气，幕墙中间设有遮阳设施以减少外界气候（阳光）的影响。它一般情况下主要有以下几个部分组成：玻璃幕墙系统、通风系统、空调系统。有时包括环境监控系统、楼宇自动控制系统等。
现代社会玻璃幕墙的广泛使用在给人们带来许多好处的同时也产生了大量问题：大量的能源消耗，严重的光污染，室内空气卫生质量下降等等。由于普通幕墙存在上述问题，迫切需要一种新型功能幕墙解决这些问题，正是在这样的背景下，生态环保型幕墙逐渐成为幕墙行业发展热点。动态幕墙作为生态环保幕墙之一，国外许多幕墙公司如德国的旭格、澳大利亚的帕玛斯、意大利的法罗内、法国的Rinaldi Structal 、德国的WICONA等公司，都有自己的动态幕墙专利产品。目前已有将动态幕墙与光电幕墙结合起来并向智能化发展的趋势（即动态+光电+智能）。
动态幕墙相对于普通幕墙，它的最主要优点：
1． 积极利用太阳能，大幅度降低采暖和制冷费用，具有长远的经济效益及环保效益。
2． 自然通风，可创造舒适、卫生的室内环境。
3． 良好的整体隔声性能，即使内部开启扇打开时仍有较好的隔声效果。
当然动态幕墙也有一些缺点：
1． 动态幕墙一次性投资较大，成本较高。
2． 技术要求高，设计复杂，针对于不同的工程幕墙结构均有变动。
3． 所需各种附件较多，调整环节需要自动控制装置。
4． 幕墙系统与建筑结构、空调系统、通风系统需要统一协调。
动态幕墙的基本设计思想关键是要针对不同的建筑工程要进行量体裁衣式的设计。从动态幕墙的设计构思、内容组成和工作过程来看，它是需要各专业协调配合的系统工程。因此说动态幕墙是一种概念性的幕墙，并非指某一种特定结构幕墙，针对于每一个不同的项目幕墙结构均需有不同的变化，一种特定结构形式的动态幕墙很难用于不同的工程。
动态幕墙的工作原理并不是很复杂。简单地讲，动态（通风）幕墙由一个单层玻璃幕墙和一个双层玻璃幕墙组成。在两层玻璃幕墙中间形成一个空气层（缓冲层），在空气层上下两端设有进风和排风设施。一般在空气层中间放置遮阳设施，如百页、遮阳布（帘）等，可进行自动或手动调节，减少外界气候的影响。在冬季，两层幕墙中间的空气在阳光的照射下，由于温室效应使空气层的温度升高，提高了内侧幕墙的外表面温度，减少了建筑物采暖运行费用。在夏季，由于阳光的照射两层幕墙中间空气层温度很高，打开通道上下端进、出风口，在热压作用（烟囱效应）下使通道内形成热气流将热量带到室外（机械通风则通过室内吊顶里面的热排风管道进入楼宇通风系统），从而降低了内层幕墙的外表面温度，减少空调负荷节约能源。
其实类似于动态幕墙的这种设计思想，早在二十世纪三十年代就有人提出过并用于实践。法国建筑师皮埃尔卡洛设计的玻璃住宅就利用这个原理。由于能源危机的影响以及人们对环境舒适度越来越高的要求，从八十年代开始，国外一些幕墙工程采用了动态（通风）幕墙。德国杜伊斯堡的商业促进中心、美国纽约的西方化学中心等。由于其较高的造价、复杂的设计，在国内工程应用的极少。国内幕墙公司对动态幕墙的研究和开发处于初始阶段，一般采取同国外公司合作的方式，如营口瑞那斯、深圳方大曾与意大利法罗内公司进行过合作，目前未见工程实践。
建筑节能是当代建筑科技发展一个基本趋向，是当代建筑技术新的增长点。建设部颁布了《建筑节能“九五”计划和“2010”年规划》，因此节能建筑将会在我国得到大力推广和发展。建筑外围护结构：幕墙、门窗对建筑节能有很大影响。动态幕墙符合国家的节能政策，也能满足环保要求，在未来的市场肯定会占有一席之地。上海久事大厦是国内动态幕墙应用最典型的例子，它是由澳大利亚帕玛斯公司设计，为单元式结构，外层中空玻璃、内层单玻璃，采用机械通风方式。随着经济的发展，节能政策的进一步贯彻，以及人们对环境保护的进一步重视，在国内市场会有更多的幕墙工程采用动态幕墙。
动态幕墙的分类方式很多，可以按通风方式、通风原理、结构等分类，在实践过程中发展了很多变种。
一、一般按通风方式可分为三类：整面式、通道式、箱式动态幕墙。
1．整面式动态幕墙：空气在幕墙中间整体流通，热量传送损失少，外部隔音效果好，而且安装简便，不影响外观效果。主要缺点是声音会在各层之间反射，下一楼层所换出的空气可能进入上一楼层。夏季高层炎热，不能开窗进行通风,失火时烟火会在中间弥漫，防火问题很难解决，因而应用并不广泛。

（1）整面式动态幕墙通风原理简图
2．通道式动态幕墙：窗户和通风道相互交错，窗户的进气口向外，出气口在两侧向着通风道通风，从而实现窗户的通风。优点是热量传送损失少，不影响外观效果，外部隔音效果好。通风道、通风口需根据实际情况设计及试验，设计不当易产生夏季过热、冬季过冷现象。起火时，烟火会顺着通道弥漫到各个楼层，因此必须预加排烟、防火措施。

(2) 通道式动态幕墙通风原理简图

3．箱式动态幕墙：各层均有通风装置，每个层间都有水平隔板，每个窗户都有竖直隔板。它的优点是能够减少热量损失，不影响外观，隔音效果好，不存在声音在各层间反射的问题。通风道短处，冬夏换气条件得到了改善。进、出风口可上下或交错排列，下层上来的过滤物相对减少。由于有水平、垂直隔把板，起火时烟火能够被分开，不需预加其他防火措施。一般可适用于高层建筑，但设计比较复杂，成本高。

(3.1)箱式动态幕墙自然通风方式通风原理简图

(3.2)箱式动态幕墙机械通风方式通风原理简图
二、从通风原理上可分为自然通风方式、机械通风方式动态幕墙。
1．自然通风方式：结构上一般外层为单玻璃幕墙（可作点支式幕墙），内层中空玻璃幕墙。为了降低动态幕墙平均传热系数K，内层幕墙采用断热式结构。利用热压原理（烟囱效应）和温室效应，实现节能和自然通风的效果。意大利法罗内公司向我们介绍的就是此类幕墙。有时受外界因素影响如：室外温度、空气质量、局部风压分布等，难以达到自然通风的效果。整面式、通道式自然通风方式一般可适用于较低建筑，箱式自然通风方式可用于高层建筑，但外视效果可能受到局限，目前所见国外建筑实际工程多为显横隐竖形式。
2．机械通风方式：结构上一般外层为中空玻璃幕墙，内层为单玻璃幕墙。为了降低动态幕墙平均传热系数K，外层幕墙采用断热式结构。幕墙系统同建筑的空调系统、通风系统（以及环境监控系统）相互配合，实现节能和室内通风的效果。一般为箱式结构，以一个层间为单位，通道之间互不连通。被处理过之后的新鲜空气通过建筑设施（风道）送入空气层，空气层与室内实现通风。空气层中可放置温度、风速传感器，通过楼宇控制系统对通风系统、空调系统、活动百页进行控制调节。
在国外动态幕墙工程实例中，有自然通风与机械通风二者结合的方式。结构上一般外层为单玻璃幕墙（可作点支式幕墙），内层为中空玻璃幕墙。空气层同外界连通，进入通道内的空气直接从室外获得,空气层为室内提供部分新鲜空气。
三、从结构上分可大体分为框架式动态幕墙、单元式动态幕墙。
以上是对动态幕墙的概念、基本工作原理总体的介绍。下面就动态（通风）幕墙几个问题做简要的分析。
1． 为了有效利用动态幕墙的优势，应该在设计阶段就将建筑技术与幕墙设计结合起来，做出有针对性的设计，这样才能充分发挥动态幕墙的优势。国外的实践经验表明：在设计阶段，设计师、业主、幕墙设计者的互相配合非常重要。国内幕墙设计往往与建筑设计、施工相脱节，这会给动态幕墙的设计、幕墙功能充分发挥带来很大影响。这也是动态幕墙在国内应用受到局限的重要原因。在这种情况下, 动态幕墙的使用功能可能会受到不同程度的影响.
2． 动态幕墙的使用特性：即自然通风和K值控制技术
冬季：在一天当中随着时间的变化，阳光照射不同，动态幕墙的有效K值会发生变化，它取决于日照强度。在中午日照强烈时空气层的温度高于外界10度以上，K值一般降低一半左右。即使阳光微弱时，也比外界气温要高，但K值变动幅度不大。为了达到节能效果出风口必须关闭。
夏季：进、出风口全部打开，合理调节遮阳设施，将大部分热量阻止在空气层随气流排出室外。自然通风方式动态幕墙在夏季夜晚，内部开启扇可打开，若是内部气温高于外界，在热压作用下热量会逐渐散发出去，从而降低室内气温、改善空气质量。一般不安装空调的中小型建筑均应采取这种方式，外层幕墙还可防盗、减少气候的影响。
3． 空气层（缓冲层）宽度值的确定：
影响空气层宽度大小的因素比较多，一般自然通风方式动态幕墙，它的值比较大，机械通风动态幕墙空气层可以取较小的宽度。由于空气存在粘滞效应，要消除紊流状态,空气层必须保证一定的宽度，使空气层中大部分为气流为层流状态，提高自然换气效果及降低K值。 国外的工程实例中最宽达到1500mm，最小在60mm左右。有些结构形式动态幕墙。空气层宽度过大会提高成本，在满足层流状态下应尽可能取小值。因此空气层宽度必须综合考虑结构形式、通风方式、空气流速、保温隔声性能情况下，理论计算与试验数据相结合的基础上来确定。
4． 动态幕墙的结露问题：
结露是自然界普遍存在的现象，寒冷或潮湿的地区更易产生结露。结露的直接原因由于温度达到露点温度，实际上有温差不一定结露.幕墙在使用过程中也经常出现结露现象，提高玻璃表面温度,调节室内相对湿度是解决幕墙结露根本方法.从原理上看，动态幕墙是有利于控制结露产生的。自然通风与机械通风方式动态幕墙防止、控制结露的原理并不相同。
自然通风方式动态幕墙结构上外层采用单玻璃幕墙，内层中空玻璃幕墙。从理论上讲内层密封性一定要好于外层，这对防止结露产生是才是有利的。因为空气缓冲层同室外连通，降低了空气层的绝对湿度，使幕墙中间不易结露。而内层根据情况可采取断热结构消除热桥存在，形成了较大的温度梯度，如果在幕墙使用过程中采用适当的通风换气次数调节室内相对湿度，基本上可以防止室内玻璃、型材表面结露产生或虽产生局部结露而无害。
机械通风方式动态幕墙结构上一般外层采用中空玻璃幕墙，内层单玻璃幕墙，防止结露产生主要方法是提高外层幕墙的玻璃内表面温度以及控制由通风系统所提供新风的相对湿度。外层幕墙也可采用断热式结构消除热桥防止局部结露。有时在空气层中放置温度、湿度传感器，由楼宇自动控制系统进行精细调控，可基本消除结露。
5． 空气缓冲层的空气流速：
这是一个涉及热学、流体力学的问题。空气流速对于动态幕墙的平均传热系数K(W/m2K)、通风换气的效果都有很大影响。
机械通风方式动态幕墙的空气流速是由建筑物的通风系统、自动控制系统来统一协调共同控制的，空气流速比较容易控制。
自然通风方式动态幕墙空气流速问题相当复杂。一般情况下空气的流动是由热压、风压共同作用产生的，热压作用通常为主导因素。结构的多样化，空气通道的高度，建筑物当地的周围环境、气候、不同的季节等因素对空气流速均有影响。在简化模型的基础上可进行理论计算，也应该通过一些定量的试验进行验证。意大利法罗内公司介绍的资料表明空气流速可达到1.4m/s2，这应该是夏季中午日照最强烈时的空气最大流速。空气流速受周围环境影响较大，例如某座建筑物局部受周围环境作用处于负风压区，若有进风口处于此区域，则风速会明显降低。因此必须综合考虑各种因素，才能达到设计要求，实现充分发挥动态幕墙使用功能。

动态（通风）幕墙基本设计原则与方法
动态幕墙按通风方式可以分整面式、通道式、箱式以及其它发展变形。整面式和通道式设计简单、成本低，但是由于存在比较明显缺点，因而应用不广泛。
动态幕墙从结构上分可大体分为框架式动态幕墙、单元式动态幕墙两大类。其中框架式动态幕墙较为简单，成本相对较低，在结构上可以利用其它成熟的幕墙、门窗系统进行组合设计。在局部复杂立面处理比较灵活，易于实现各种效果要求。单元式动态幕墙除了具有自身独特的特点，普通单元幕墙的优点它基本都具备。
动态幕墙按通风原理又可分为机械通风、自然通风两种。由于机械通风方式与楼宇系统联系极其紧密，需要配合的相关行业（如空调、机电一体化等）较多，维护和运行成本高，而国内幕墙设计往往与建筑设计、施工相脱节，因此动态幕墙的设计、幕墙功能充分发挥都有一定难度，同时与幕墙系统配套的相关系统（如通风系统）造价也很高，相对提高了建筑总造价，目前国内市场短时间内应用的不会很多。因此下面以箱式（自然通风）及其变形方式为主从几个方面来介绍相关的设计、施工、附件配套等问题。
一、 系统选择：
外层幕墙：
一般选用单玻璃幕墙，这主要是从幕墙原理、使用功能、幕墙成本等方面来考虑的。对于框架式动态幕墙，具体结构可以是框架式、半单元、点支式幕墙等。
内层幕墙：
一般选用中空玻璃幕墙，结构上多为门或窗结构形式，开启形式根据具体情况可采用内平开（内倒）或外开方式。对于框架式动态幕墙，大体可分为整体式和分体式两大类。见下图:
整体式
分体式
对于单元式动态幕墙，两层可分别为单元幕墙，然后用连接件（铸铝或不锈钢）连接，板块整体安装。

从原理上分析，内层幕墙采用型材断热结构、LOW-E中空玻璃可以充分发挥动态幕墙的使用功能，出于成本的考虑，可根据不同地区气候状况采用非断热结构及普通中空玻璃（如非严寒地区）。但是平均传热系数K会增大，一定程度上降低了动态幕墙的保温性能。因此内、外层幕墙系统选择必须综合考虑建筑物的地理环境、当地气候、幕墙内外效果以及成本、幕墙功能（传热系数K值、通风、隔声效果等）、幕墙维护等方面因素进行量体裁衣式的设计。
外层幕墙可以不设开启扇，有时出于消防和增强通风效果的要求，可以根据实际情况设置开启扇。内层幕墙根据通风及维护清洗的需要，可全开启或部分开启。框架分体式及单元式，由于中间层间隔较大，人可以进入里面维护及清洗，因此可根据情况设部分开启扇。整体框架式由于中间层间隔较小，内层宜全部开启。
总之，内、外层幕墙系统的选择在遵循基本原理的情况下可任意组合变化而无定式可循，在保证幕墙性能（保温、隔声、通风）、整体效果以及控制成本的前提下，针对具体工程进行量体裁衣的设计。
二、 通风方式选择：
通风方式大体可分为：整面式、通道式、箱式，而且三种方式又各有多种变化。三种方式的基本形式前面已经比较详细介绍，下面讲一下如何根据具体情况灵活运用通风方式。
整面式和通道式由于难以达到防火要求，目前应用的较少，尤其大型工程基本不采用。因此主要介绍箱式及其变化方式。
因此采用箱式，通风路线如图1所示：每个窗户通风系统自成体系。为了实现良好的通风换气效果，进出封口的设计一定要精巧，防止上下气流短路，使幕墙获得新鲜的室外空气。

图1
箱式通风方式，有时根据情况可以变化，比如没有装饰带分隔进出风口可采用它的变形方式，通风路线如图2所示：它的优点是进、出风口交错排列，下层上来的过滤物相对减少，使室内能够获得新鲜的空气。
天亚花园样板间由于有装饰带分隔进出风百叶，因此采用整面式与箱式相结合的通风方式，即空气以每层为一个循环路线，又在一定面内流通，可以形象的称为廊道式。如图2。一般情况下分体框架式动态幕墙可采用这种形式，通风效果好，易于维护清洗。

图2

图3
以上介绍的基本通风方式在实际运用过程中会有很多变种，有时可以将两种通风方式组合使用。通风方式的选择取决于幕墙结构、性能要求、外视效果要求等各种因素，在实际运用中要加以变通地灵活运用。
三、 封修处理：
动态幕墙系统的封修包含的内容十分广泛，如层间防火封修、上下格珊、中间隔断、侧边封修、遮阳系统等。封修处理极为重要，它直接影响动态幕墙性能和整体效果。
（1）格栅：
格栅是动态幕墙特有的结构。一般在幕墙中间层上、下端分别设置铝格栅、钢格栅。根据各地不同的气候状况、地理环境，在铝、钢格珊可增设防尘滤网，有利于保证进入室内的空气清新。钢、铝格栅宜可拆卸，以利于方便清洗除尘。钢格栅应允许承重，以利于幕墙内侧及窗外侧进行清洗维护。
（2） 中间隔断：
对于分体框架式动态幕墙，为实现所要求的通风路线以及房间划分的需要，在幕墙中间层做中间隔断。用于房间划分的中间隔断要达到隔声、防火要求。为了保证幕墙的通透性，可采用玻璃做中间隔断来实现通风路线。
（3）遮阳系统：
为了实现幕墙节能保温性能，调节室内光线强度，在中间层宜设遮阳设施。具体工程根据实际情况可选用手动或电动遮阳百叶、遮阳卷帘等。遮阳系统安装后不应影响幕墙整体效果和开启扇的正常开启，一般能够隐藏在上隔珊处为好。
（4）层间封修：
一般在装饰带处做层间防火封修，不仅起到防火、隔声作用，而且将进出风口隔开，减少了上下层之间的串气现象。
（5）进出风控制装置：
从理论上讲，出风控制是必须的，尤其是北方地区。一般在冬季，出风口必须关闭，减少热量的损失；在夏季，出风口必须打开，使缓冲层的热空气排到室外。在一些气候比较恶劣的地区，进风控制亦是必须的，当遇到恶劣天气袭击时，进出风口应全部关闭。进出风控制装置最好为电动控制，但成本会很高，根据具体工程一般可安装简易手动控制出风装置。
（6）防虫网：
为了防止昆虫或飞鸟进入中间缓冲层，在进、出风百叶后面宜增设防虫网。若上、下隔珊有防尘滤网，可以取消进出风百叶处的防虫网。
以上针对动态幕墙特有的结构，概括性地介绍各部分的基本设计原则与方法。典型结构的动态幕墙将以图集形式介绍给大家供参考。