双层通风幕墙.doc

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5 ARAG2000双层幕墙的气流组织

　　　 　图6 ARAG2000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Dusseldorfer Stadttors（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 9 Dusseldorfer Stadttors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Victoria Ensemble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.Victoria Ensembles
　　5．气流组织的几个例子
　　（1）德国汉堡Buro-und Geschaftshaus大厦

　　　　　　　　图 12 德国汉堡，Buro-und Geschaftshaus Valentinskamp/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.Victoria Ensembles
　　5．气流组织的几个例子
　　（1）德国汉堡Buro-und Geschaftshaus大厦

　　　　　　　　图 12 德国汉堡，Buro-und Geschaftshaus Valentinskamp/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》
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