呼吸式幕墙介绍.doc

呼吸式幕墙
一、 前言
呼吸式幕墙，又称双层幕墙、双层通风幕墙、热通道幕墙等，90 年代在欧洲出现，它由内、外两道幕墙组成，内外幕墙之间形成一个相对封闭的空间，空气可以从下部进风口进入，又从上部排风口离开这一空间，这一空间经常处于空气流动状态，热量在这一空间流动。
呼吸式幕墙与传统幕墙相比，它的最大特点是由内外两层幕墙之间形成一个通风换气层，由于此换气层中空气的流通或循环的作用，使内层幕墙的温度接近室内温度，减小温差因而它比传统的幕墙采暖时节约能源42%-52%；制冷时节约能源38%-60%.另外由于双层幕墙的使用，整个幕墙的隔音效果得到了很大的提高。呼吸式幕墙根据通风层的结构的不同可分为“封闭式内循环体系”和“敞开式外循环体系”两种。

二、结构与分类
呼吸式玻璃幕墙的种类划分方法有很多种，以通风型式来划分，分为外循环自然通风，外循环机械通风，内循环机械通风三种。

a外循环自然通风 b外循环机械通风 c内循环机械通风

外循环自然通风幕墙：外层幕墙的上下端设置进、出风口，并且需要采用保温性能比较好的材质来隔热，因为在夏季依靠热压进行自然通风来降低室内温度，而在冬季利用温室效应来保暖。由于外循环自然通风只依靠热压来进行通风。因此内外幕墙之间的空气夹层的间距就应该大一些，一般不低于 400mm。
外循环机械通风幕墙：与外循环自然通风幕墙相比，夹层中增加了风机来强化通风，因此双层呼吸式玻璃幕墙的空气夹层的间距就可以减小。
内循环机械通风幕墙：在内循环机械通风中，保温性能比较好的幕墙材料作为外层幕墙，保温性能相对较差的作为内层幕墙。在夏季，内循环机械通风依靠风机将房间内较低温度的空气抽进空气夹层内，来给空气夹层的温度进行降温，以此来减少太阳辐射得热。在冬季，依靠风机将房间内较低温度的空气抽进空气夹层内，通过太阳照射的方式给空气夹层内的温度进行升温，即使风机关闭，在冬季，通透的玻璃幕墙也是会有温室效应，进而增加室内温度。
根据通风路径的不同，开敞式外循环呼吸幕墙又可分为整体式、廊道式、通道式和箱体式等四种基本形式。

a整体式 b廊道式

c通道式 d箱体式
整体式：结构简单，造价低，隔声性能好，外观效果和谐。空气从幕墙的最底部进入，从顶部排出。双层表皮之间的夹层空间通常比较大，既不做水平分隔，也不做竖向分隔。
廊道式：每层设通风道，层间以水平隔断进行划分，垂直方向不通风，每层楼的楼板和天花高度分别设有进、出风调节盖板，进、出气口在水平方向错开一块玻璃的距离，避免了下层走廊的部分排气再变成上层走廊的进气的“短路”问题。
通道式：用垂直隔断构件将双层玻璃之间的通风腔分为若干单元，在每个竖向单元中，新鲜空气从每层进气口进入，集中进入风道，在热压的作用下，不断上升，最后在建筑顶部排出。
箱体式：这种形式的空气间层是水平、垂直双向划分的。典型做法是在水平方向以两块玻璃为一个单元，然后分别在其两边作竖向隔断，形成一层楼高、两块玻璃宽的独立箱体。对应每个房间为一个独立箱体，可设置开启窗进行独立换气。

三、新型双层呼吸式玻璃幕墙
新型双层呼吸式玻璃幕墙“新”的地方在于该双层呼吸式玻璃幕墙带有外部遮阳卷帘并且在内层幕墙的上、下方均设有空气交换口。
空气交换口在一般情况下是关闭的，如果有换气需求的话，空气交换口可以由手动打开进行换气。一般的双层呼吸式玻璃幕墙没有空气交换口，如果室内空气不新鲜，二氧化碳随着人员呼吸不断增加，容易造成人员疲惫，无精打采。室内空气仅靠开门无法进行更新的时候，这时新型的双层呼吸式玻璃幕墙的空气交换口就可以发挥它的作用。因为不是频繁使用，空气交换口并不会影响双层呼吸式玻璃幕墙的使用性能。

新型双层呼吸式玻璃幕墙结构示意图

通风换气示意图

四、优势
与传统玻璃幕墙相比，呼吸式幕墙具有以下优点：
1、节能，呼吸式幕墙采用“烟囱效应”与“温室效应”的原理，是从幕墙的功能上解决节能问题，比单层幕墙节能约50%；单层幕墙则只是从材料的选用上，通过材料本身的特性来达到一定的节能效果。
2、环保，呼吸式幕墙由于其功能解决节能，外层玻璃选用无色透明玻璃或低反射玻璃，可减少“光污染”；单层玻璃幕墙为保证室内外效果与节能的考虑，玻璃一般选用有一定反射功能的镀膜玻璃，导致“光污染”。
3、舒适度，呼吸式幕墙的隔音性能可达到55dB，让室内生活与工作的人们有一个清静的环境；另一方面，无论天气好坏，勿须开窗，换气层都可直接将自然空气传至室内，为室内提供新鲜空气，从而提高室内的舒适度。

五、难点
1、经济性
呼吸式幕墙在欧美等国开发利用时间不长，在我国尚处于研究试验阶段。这种高科技的节能幕墙在结构上必须采用双层幕墙，加上高科技的结构型材及遮阳装置，进、出风口等，有专家估算在西欧，其造价成本约为人民币7000元/米2，在我国，即使部分材料可用国产产品替代，造价也达4000元/米2。但由于其节能率很高，计算和实际使用情况证明，这种幕墙使用6年，其造价相当于一般中空玻璃幕墙1800元/米2左右，使用10年，加上折旧考虑，相当于单层幕墙1200元/米2。因此，从长远利益来看，经济效益是明显的，也是可行的。
参考洪悦《双层换气幕墙的典型类别与节能效益分析》，双层幕墙方案比原来单层幕墙方案增加的造价约为300元/m2,最多经过25 年时间，可通过双层换气幕墙的节能将最初的投资收回，其回收时间占建筑设计使用年限70 年的 35.7%，在64.3% 的使用时间里将有可观的赢利。
2、热通道的设计问题
我国地域辽阔，各地气候、温度差异大。因此，如选用热通道幕墙，最好能根据当地条件进行试验，以选择合适的热通道尺寸、进出风口大小，保证幕墙保温节能及隔音降噪达到最佳，同时能避免大量积尘及昆虫吸附在通道内，影响外观效果。
如果热通道设计不合理，导致空气流通不畅，夏季产生空气层过热问题，增加室内温度，会大大地增加建筑能耗，而冬季又会产生结露问题。
3、消防问题
智能双层呼吸式幕墙属新型技术，国内消防法规不能全面涵盖。由于换气层的烟囱效应会造成消防上的隐患，所以在通风换气层的设计时应与建筑物防火分区设计相结合。
4、面积的计算
由于建筑面积由外墙皮开始计算，因此双层幕墙的应用会直接导致建筑面积损失2.5%-3.5%，开发商比较在意这点。

六、应用实例
北京凯晨世贸中心——世界最大的环楼双层智能呼吸式玻璃幕墙

凯晨世贸中心位于长安街畔，占地面积约为4.4公顷，建设用地约为2.2公顷，总建筑面积约19.4万平方米。 整个玻璃幕墙由3层玻璃构筑，每个单元板块高3.9米，宽1.5米；玻璃单元厚度为250毫米：外层的玻璃采用1.5米宽，3.425米高的单层夹胶透明玻璃，厚度10.76毫米，在玻璃的四个边缘用结构硅胶与铝合金窗框相连接，在每层楼板处设置一个435毫米高的不锈钢外墙饰面板。玻璃窗下部和不锈钢外墙饰面板之间有约40毫米的开缝（为进气口）；不锈钢外墙饰面板的侧面有10毫米宽，475毫米高的出气口。夹胶玻璃还具备隔音性强、有效阻隔紫外线的特点。内幕墙是相对封闭的，由带有low-e（低辐射）涂层的两块中空玻璃窗组成：上部为1.5米宽×1.95米高的标准固定玻璃窗；底部为1.5米宽×0.85米高的可向内侧开启玻璃窗，为办公区提供自然通风。在内外两层幕墙之间留有一个宽170毫米的热通道，室外新风通过位于外幕墙玻璃窗下部的开缝进入，经过热通道带走热量，从上部排风口排出，形成外循环。在两层幕墙之间内设80毫米宽的带穿孔的铝合金百叶遮阳板，遮阳板与先进的楼宇自控系统连接电脑总控中心，其开启、关闭和旋转可以根据季节和气候条件通过电脑总控中心统一控制，也可以由客户自己调节。值得一提的是，凯晨世贸中心不仅在环楼的外层立面上采取了双层玻璃幕墙，在两个挑空中庭两侧的内墙面上也采用双层玻璃幕墙，这样通过客户自己调节铝合金百叶，可以有效地解决私密性的问题。
下表包含了一些国内已经建成的双层呼吸式幕墙重点工程（截止2012年）：

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