双层通风幕墙.docx

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双层通风幕墙

双层通风幕墙

中国建筑装饰协会铝制品委员会专家组成员中国建筑科学研究院研究员赵西安

　　笔者2001年11月考察了欧洲一些通风幕墙工程，本文对通风幕墙的技术和它的应用作一些介绍。

一、概述

　　双层通风幕墙20世纪90年代在欧洲出现，并逐渐得到应用，尤其在德国，应用更为广泛，它对提高幕墙的保温、隔热、隔声功能起很大的作用。

目前国内也在设计建造双层通风幕墙。

　　1．双层通风幕墙的组成

　　双层通风幕墙不同于传统的单层幕墙，它由内、外两道幕墙组成。

内幕墙一般采用明框幕墙或活动窗，或开有检修门，便于维护、清洁；外幕墙可采用有框幕墙或点支玻璃幕墙。

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这一空间，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，称之为热通道，热量在这空间内流动。

因此双层通风幕墙又称热通道幕墙或呼吸式幕墙。

由于这种幕墙的基本特征是：

双层幕墙和空气流动、交换，所以本文称之为双层通风幕墙。

　　2．双层通风幕墙的分类

（1）封闭式内通风幕墙

　　　封闭式内通风幕墙从室内的下通道吸入空气，在热通道内上升至上部排风口，从吊顶内的风管排出。

这一循环在室内进行，外幕墙完全封闭（图1a）。

　图1（a）封闭式通风幕墙（b）开敞式通风幕墙

　　由于进风口是室内空气，热通道中空气温度与室内基本相同，这就大大节省了取暖和制冷的能源消耗。

这种形式的幕墙对取暖地区更为有利。

由于内封闭通风幕墙的循环要靠机械系统，对设备有较高的要求。

　　封闭式通风幕墙的外幕墙密闭，通常采用中空玻璃，名框幕墙的铝型材应采用断热铝型材。

内幕墙则采用单层玻璃幕墙或单层铝门窗。

　　内外幕墙之间通道宽常为150mm-300mm。

也有一些工程为检修、清洗方便，宽度可取为500mm-600mm。

为提高节能效果，通道内设电动百页和电动卷帘。

　　作封闭式通风幕墙的一个例子--美国纽约西方化工中心大厦（1980）。

外幕墙中空玻璃，内幕墙单层玻璃。

空气从地板下的风道进入，上升至楼板下的风道排走。

通道内装有光感控制的电动百页。

（2）开敝式外通风幕墙

　　与内通风幕墙相反，开敝式外通风幕墙是封闭的，采用中空玻璃；外幕墙采用单层玻璃，设有进风口和排风口，利用室外进入，经过热通道带走热量，从上部排风口排出，减少太阳辐射热的影响，节约能源。

它无须专用机械设备，完全靠自然通风，维护和运行费用低（图1b）。

是目前应用最广泛的形式。

开敝式外通风幕墙的风口可以开启和关闭（图2）。

夏季开启上、下风口，进行自然保温作用。

　　　　　　　　（a）冬季　　　　　　　　（b）夏季

　　　　　　　　　　　　图2幕墙气流控制

　　3．通风幕墙的效果

　　采用双层通风幕墙的最直接效果是节能。

比单层幕墙采暖时节能40%-60%。

制冷时节能40%-60%。

其次，采用双层幕墙隔音效果十分显著，大大改善室内使用条件。

　　4．主要问题

　　双层幕墙技术较复杂，又多了一道外幕墙，造价较高。

此外，由于建筑面积要损失2.5%-6.5%，开发商比较注意这一经济指标。

双层幕墙在德国1994-1998年为高峰期，建造得很多。

最近情况有些变化，1999年建成的法兰克福市最高建筑梅因塔楼经过方案比较，不再采用双层幕墙，改为单层幕墙带平行外推窗的新通风方案。

二、外通风幕墙的气流组织

　　1．组织方式一

　　如图3所示，水平方向以柱间为单元，竖直方向以一层为一个单元，每个单元单独组织进风与排风。

一般从楼板面进风，在顶棚下面出风口排风，直上直出，气流简捷阻力小，相应地气流过于强烈。

　　　　　　　　　　　　　图3方式一

　　　　　　　　　　　　图4方式二

　　2．组织方式二

　　这种方式是以柱间为单元，一个柱间全高打通，成为排风竖井，从建筑顶部排风到室外，相邻柱间则各层隔开，从本层下部进风口进风，在上部排风口向相邻排风竖井排风（图4）。

图5-图6为采用这种气流组织方式的一个实例：

德国杜塞多夫市ARAG2000大厦。

从图9最上一层幕墙外观可见，各层有通长的进风口，带百页，但无本层排气口；而在女儿墙下可见到竖井的统一排风口。

热通道宽600mm，每隔一个柱间有一个地面格栅，上、下形成排风竖井。

　　　　　图5ARAG2000双层幕墙的气流组织

　　　　图6ARAG2000幕墙外观

　　3．组织方式三

　　为避免直上直下方式风速过大。

气流过于激烈，可采用各层错开进风口和排风口，使气流转向相邻柱间排风口的组织方式（图7）。

采用这种方式的一个例子就是德国杜塞多夫DusseldorferStadttors（高80m），从图8中可见其1.0m宽的通道中每隔一柱间有一个格栅，这就是进风口，气流上升至顶棚，由错开布置的排风口排出（图9）。

　　　图7方式三

　　　图8德国杜塞多夫Stadttors大厦热通道内观

　　　图9DusseldorferStadttors大厦幕墙

　　4．组织方式四

　　这种方式打破一层作为一个通风单元的格局，从各层进风口来的新风，全部汇集至顶层顶部总排风口排出。

借助于房屋全高产生的压差，可以形成强烈的通风气流（图10）。

图11是采用这种方式的科隆VictoriaEnsemble大厦，由图可见，热通道上、下是开敝的，各层全通，多层进风，顶部集中排风。

　　　　　　图10方式四

　　　　图11采用方式（四）的建筑物

　　　　　德国科隆.VictoriaEnsembles

　　5．气流组织的几个例子

（1）德国汉堡Buro-undGeschaftshaus大厦

　　　　　　　　图12德国汉堡，Buro-undGeschaftshausValentinskamp/Caffamacherreihe

　　　　　　　　　　　　（a）竖向剖面

（b）隔板处的竖向剖面

（c）水平单元分界

　　　　　　图13纽伦堡商业塔楼双层幕墙构造

　　采用最普通的小通风单元，即方式一（图12）。

平面上每一个柱间都加以封闭，气流在小单元中流动。

（2）德国纽伦堡塔楼

　　采用方式一的气流组织，每层、每柱间为一个通风单元（图13）。

　　（3）德国波恩BML大厦

　　BML大厦基本采用方式四的气流组织，气流从建筑物下部总进风口进气，然后从建筑物顶部总排风口排出。

但中部楼层的点支式外幕墙在窗口部分可以象玻璃门一样旋转开启，打开后可以补充进风。

这是一种复合形的气流组织形式（图14）。

图14波恩，BM

　　（4）德国海德堡印刷公司办公楼

　　内幕墙为有框幕墙，外幕墙点支，采用方式三的气流组织，同一柱间进风口与排风口各层交错，气流曲折上升，减低速度（图15）。

　　图15德国海德堡印刷公司办公楼通风幕墙，进风口与排风口各层交错，形成曲折气流

三、双层通风幕墙的工程应用

　　1．法兰克福商业银行

　　法兰克福商业银行是该市最高建筑之一，建筑高度258m，桅杆高度298m。

平面为圆角三角形，中间楼层设了多个空中花园。

本工塔楼幕墙为三层包复构造，可以实现自然通风和遮阳两大功能。

内幕墙采用中空玻璃，外幕墙用单层玻璃起遮档作用。

中间设电动百页。

外幕墙有进风口和排风口，空气经过每层下部鱼嘴形空隙进入热风道，再由上部排风口排出（图16、图17）。

图16法兰克福商业银行的通风幕墙

1-幕墙2-外幕墙透光部分3-进风口

4-排风口5-彩釉玻璃窗下端6-雨挡

7-吊顶8-主体钢结构

图17法兰克福商业银行幕墙竖向剖面

1-外幕墙2-内幕墙3-进风口

4-排风口5-百页6-百页驱动电机

　　由于希望节能，制冷量要求最小，因此使阳光进入室内的量有计算机控制，不致于室温过高。

经过计算机模拟试验和模型测试，慎重研究了幕墙的热工性能，使得在当地标准气候条件下，每年有60%的时间可以采用自然通风就能保证室内的舒适温度。

　　由于德国最近修改了航空安全法，必须防止雷达波反射，外墙采用了雷达波吸收玻璃。

　　本工程气流组织采用方式一。

　　2．德国海德堡印刷公司办公楼

　　该办公楼全部外墙均为点支幕墙，全部透明。

在大厅属单层幕墙部分，全部玻璃固定，不能开启；在通风幕墙部分，加了一道中空玻璃有框幕墙形成热风道，而外幕墙点支部分的小块玻璃为上悬窗，可以开启。

开启后可见内有百页，为进风口和排风口。

夏季风口开启，冬季风口关闭。

进风口与排风口交错排列，形成曲折形上升气流（图15）。

　　3．柏林东火车站

　　　　　　　　图18柏林火车站

　　火车站人流集中，室内空间大，所以上半部加装内幕墙形成双层通风幕墙以节约能源。

在通风幕墙下边缘有一通长百页作为进风口，气流组织为方式四，一直通到屋顶下皮的排风口排出。

图18可见通风幕墙下边缘通长的百页进风口。

　　4．柏林汽车俱乐部

　　从图19可见每层的进风口百页，全长布置。

进风口下边隐蔽的空隙就是排风口，其气流组织是方式一。

图19柏林汽车俱乐部

　　5．德国达姆斯塔特银行办公楼

　　该建筑物6层，内层幕墙为开启窗扇，外层幕墙是铝板加单层玻璃，铝框支承。

它的进风口与排风口都很隐蔽，没有采用大面积百页，只在窗的下沿和上沿处，采用水平凸出线条隐藏一条水平狭缝。

内外幕墙之间的热风道较窄，靠开窗后人工清洗（图20）。

图20德国达姆斯塔特银行大厦

　　6．德国法兰克福安联保险公司大厦

　　德国法兰克福安联保险公司大厦由五栋建筑通过裙房连为整体，幕墙总面积4万m2，包含单层点支拉索支承幕墙和双层通风幕墙。

　　通风幕墙每层设进风口，通长百页进风；每层设格栅作为检查通道，顶层加宽，兼做高层管理人员散步道。

空气逐层上升至顶部排风口排出。

一般楼层热通道宽800mm，隔栅宽600mm（图21）；而顶层宽度为1200mm，可兼作休息、观景和散步。

　　　图21德国法兰克福安联保险公司热风道内透视

　　层与层之间为格栅，热风度高度为全楼（气流组织方式四）。

图22可见进气隔栅的上表面与下表面。

为检查和散步，设了开启门。

门上有一安全红色按钮，只有站在凳子上按下按钮才能开门。

图22进风格栅

　　7．北京某高级写字楼

　　我国应用通风幕墙刚刚起步。

图23为正在设计的北京一个写字楼的通风幕墙方案。

基本上采用气流组织方式一。

内外幕墙之间加设电动百页。

内幕墙为内倒式双层窗，内幕墙为单层玻璃。

　　　　　　　北京某写字楼双层通风木前某前幕墙根方案

　　8．杭州、浙江省电信公司大楼

　　从2层-7层为双层通风幕墙，内层为普通窗，外层为钢管桁架、水平拉索支承点支幕墙，在二层楼面内外幕墙之间有水平进风口，进风后上升至顶点有水平排风口，热通道在每层有水平走道，以便清洗、检修。

论文发表：

2002年1月第9期《门窗幕墙信息》

　　　　　2002年第6期《中国建筑装饰》

　　　　　　图10方式四

　　　　图11采用方式（四）的建筑物

　　　　　德国科隆.VictoriaEnsembles

　　5．气流组织的几个例子

（1）德国汉堡Buro-undGeschaftshaus大厦

　　　　　　　　图12德国汉堡，Buro-undGeschaftshausValentinskamp/Caffamacherreihe

　　　　　　　　　　　　（a）竖向剖面

（b）隔板处的竖向剖面

（c）水平单元分界

　　　　　　图13纽伦堡商业塔楼双层幕墙构造

　　采用最普通的小通风单元，即方式一（图12）。

平面上每一个柱间都加以封闭，气流在小单元中流动。

（2）德国纽伦堡塔楼

　　采用方式一的气流组织，每层、每柱间为一个通风单元（图13）。

　　（3）德国波恩BML大厦

　　BML大厦基本采用方式四的气流组织，气流从建筑物下部总进风口进气，然后从建筑物顶部总排风口排出。

但中部楼层的点支式外幕墙在窗口部分可以象玻璃门一样旋转开启，打开后可以补充进风。

这是一种复合形的气流组织形式（图14）。

图14波恩，BM

　　（4）德国海德堡印刷公司办公楼

　　内幕墙为有框幕墙，外幕墙点支，采用方式三的气流组织，同一柱间进风口与排风口各层交错，气流曲折上升，减低速度（图15）。

　　图15德国海德堡印刷公司办公楼通风幕墙，进风口与排风口各层交错，形成曲折气流

三、双层通风幕墙的工程应用

　　1．法兰克福商业银行

　　法兰克福商业银行是该市最高建筑之一，建筑高度258m，桅杆高度298m。

平面为圆角三角形，中间楼层设了多个空中花园。

本工塔楼幕墙为三层包复构造，可以实现自然通风和遮阳两大功能。

内幕墙采用中空玻璃，外幕墙用单层玻璃起遮档作用。

中间设电动百页。

外幕墙有进风口和排风口，空气经过每层下部鱼嘴形空隙进入热风道，再由上部排风口排出（图16、图17）。

图16法兰克福商业银行的通风幕墙

1-幕墙2-外幕墙透光部分3-进风口

4-排风口5-彩釉玻璃窗下端6-雨挡

7-吊顶8-主体钢结构

图17法兰克福商业银行幕墙竖向剖面

1-外幕墙2-内幕墙3-进风口

4-排风口5-百页6-百页驱动电机

　　由于希望节能，制冷量要求最小，因此使阳光进入室内的量有计算机控制，不致于室温过高。

经过计算机模拟试验和模型测试，慎重研究了幕墙的热工性能，使得在当地标准气候条件下，每年有60%的时间可以采用自然通风就能保证室内的舒适温度。

　　由于德国最近修改了航空安全法，必须防止雷达波反射，外墙采用了雷达波吸收玻璃。

　　本工程气流组织采用方式一。

　　2．德国海德堡印刷公司办公楼

　　该办公楼全部外墙均为点支幕墙，全部透明。

在大厅属单层幕墙部分，全部玻璃固定，不能开启；在通风幕墙部分，加了一道中空玻璃有框幕墙形成热风道，而外幕墙点支部分的小块玻璃为上悬窗，可以开启。

开启后可见内有百页，为进风口和排风口。

夏季风口开启，冬季风口关闭。

进风口与排风口交错排列，形成曲折形上升气流（图15）。

　　3．柏林东火车站

　　　　　　　　图18柏林火车站

　　火车站人流集中，室内空间大，所以上半部加装内幕墙形成双层通风幕墙以节约能源。

在通风幕墙下边缘有一通长百页作为进风口，气流组织为方式四，一直通到屋顶下皮的排风口排出。

图18可见通风幕墙下边缘通长的百页进风口。

　　4．柏林汽车俱乐部

　　从图19可见每层的进风口百页，全长布置。

进风口下边隐蔽的空隙就是排风口，其气流组织是方式一。

图19柏林汽车俱乐部

　　5．德国达姆斯塔特银行办公楼

　　该建筑物6层，内层幕墙为开启窗扇，外层幕墙是铝板加单层玻璃，铝框支承。

它的进风口与排风口都很隐蔽，没有采用大面积百页，只在窗的下沿和上沿处，采用水平凸出线条隐藏一条水平狭缝。

内外幕墙之间的热风道较窄，靠开窗后人工清洗（图20）。

图20德国达姆斯塔特银行大厦

　　6．德国法兰克福安联保险公司大厦

　　德国法兰克福安联保险公司大厦由五栋建筑通过裙房连为整体，幕墙总面积4万m2，包含单层点支拉索支承幕墙和双层通风幕墙。

　　通风幕墙每层设进风口，通长百页进风；每层设格栅作为检查通道，顶层加宽，兼做高层管理人员散步道。

空气逐层上升至顶部排风口排出。

一般楼层热通道宽800mm，隔栅宽600mm（图21）；而顶层宽度为1200mm，可兼作休息、观景和散步。

　　　图21德国法兰克福安联保险公司热风道内透视

　　层与层之间为格栅，热风度高度为全楼（气流组织方式四）。

图22可见进气隔栅的上表面与下表面。

为检查和散步，设了开启门。

门上有一安全红色按钮，只有站在凳子上按下按钮才能开门。

图22进风格栅

　　7．北京某高级写字楼

　　我国应用通风幕墙刚刚起步。

图23为正在设计的北京一个写字楼的通风幕墙方案。

基本上采用气流组织方式一。

内外幕墙之间加设电动百页。

内幕墙为内倒式双层窗，内幕墙为单层玻璃。

　　　　　　　北京某写字楼双层通风木前某前幕墙根方案

　　8．杭州、浙江省电信公司大楼

　　从2层-7层为双层通风幕墙，内层为普通窗，外层为钢管桁架、水平拉索支承点支幕墙，在二层楼面内外幕墙之间有水平进风口，进风后上升至顶点有水平排风口，热通道在每层有水平走道，以便清洗、检修。

论文发表：

2002年1月第9期《门窗幕墙信息》

　　　　　2002年第6期《中国建筑装饰