1、 概述：
双层热通道幕墙有多种构造形式，其节能性和造价各有不同, 在上海地区高层建筑中的经济性与单层单元式幕墙相比差别较大。本文选择适合上海地区夏热冬冷的气候特点且性价比高的整体式双层热通道幕墙及跨层箱体式双层热通道幕墙，从与单层单元式幕墙对比的角度,详细说明其主要构造特点、节能性及经济性。
2、 单层单元式幕墙的经济性及主要缺点
以采用法国圣戈班遮阳型LOW-E中空玻璃和热断桥铝型材单元式幕墙为例, 其玻璃的传热系数Ka值可低至1.60W//m2•K, 热断桥铝框等效传热系数Kb为5.68 W//m2•K,按铝框占面积4%计,该幕墙的综合传热系数值如下：:
K1=0.04*5.68+0.96*1.60=1.7632 W/m2•K
该单元式幕墙很适合上海地区夏季防热要求,但对室内空调功率要求仍较高,同时对冬季太阳辐射隔热作用不利于室内采暖需要,而且直接供应室外受污染及含扬尘的空气对室内人群有一定的键康影响。该单元式幕墙造价按1320元/ m2计,则产品本身经济热阻为:E1=1.7632*1320=2327.42元/( m2•m2•K) / W
3、双层热通道幕墙在上海地区高层建筑中的经济性分析
双层热通道幕墙是一种新型的节能幕墙，由内、外层围护结构组成。根据气流途径的不同，可分为“封闭式内循环体系”和可自然通风的“敞开式外循环体系”两个类型，而后者在舒适、节能、自然通风等方面有明显的优势,使前者面临被淘汰的局面。敞开式双层热通道幕墙按气流进出途径可分为“箱体式双层幕墙体系”、“通道式双层幕墙体系”、“廊道式双层幕墙体系”、“整体式双层幕墙体系” 四种基本形式,其中整体式双层热通道幕墙和跨层箱体式双层热通道幕墙比较适合上海地区夏热冬冷的气候特点且性价比较高。由于跨层箱体式双层热通道幕墙的气口控制机构数量不超过逐层箱体式双层热通道幕墙的一半, 整体式双层热通道幕墙只有单层铝龙骨,而节能性差别不大,故跨层箱体式特别是整体式双层热通道幕墙经济性较为为理想,因此本文对跨层箱体式和整体式双层热通道幕墙应用在高层建筑中的经济性进行对比分析。
3.1 跨层箱体式双层热通道幕墙
3.1.1 跨层箱体式双层热通道幕墙的主要构造特点
以二层或三层为一个气流单元,每个气流单元上下端间隔设置可调控的进出气口, 相邻单元间分隔高差为风口高度；有层间水平分隔；竖向以二个柱间或多个柱间为一道竖向分隔，分隔可以采用密封门的形式，以实现层间引走；可以是内外层均为单元式(玻璃可点式连接),也可以是内外层均为框架式,还可以是外层单元式、内层为窗等。不论何种形式, 外层采用单片玻璃和无热断桥铝型材、内层采用LOW-E中空玻璃和热断桥铝型材。其中外层采用点式单片透明钢化玻璃单元式幕墙、内层采用LOW-E中空玻璃热断桥窗且遮阳百叶设在室外的跨层箱体式双层热通道幕墙的外观比较现代,体现高科技派建筑风格,性价比很高, 很适合上海这样的夏热冬冷地区,本文即以该案例为例,其构造示意图如下:
3.1.2 跨层箱体式双层热通道幕墙的节能性分析
跨层箱体式双层热通道幕墙采用可转换气流运动方式，夏季打开全部风口，利用气流的烟囱效果在热通道内形成上升外排的气流，带走通道内的热量，节能效果可达38~60 %；冬季关闭全部风口，在热通道内形成温室效应，节能效果可达42~52 %；秋季和春季可结合温度高低采用以下三种节能形式：①取暖形式；关闭全部风口；②散热形式，关闭进气口，打开排气口，热通道内热空气上升，从排气口排出，同时外部冷空气从排气口沉入，造成热通道内气流微循环；③通气形式，开启进气口，关闭排气口，外部冷空气在一定的风压下进入热通道，挤出部分热空气，利用内幕墙的开启扇向室内补入新鲜空气。后二种形式的节能效果与关（开）通气口的比率有很大关系，节能比率介于零和全开风口节能率之间。
箱体式双层幕墙的气流组织形式适用于冬冷夏热地区，对春秋季也有很好的节能效果。
利用流体力学计算软件, 对本案箱体式双层幕墙内的空气流动和传热情况进行数值模拟研究，检验该幕墙的节能效果。结果如下: 冬季传热系数K值为1.082 W/m2•K，在夏季传热系数K值为1.229 W/m2•K 。
3.1.3 跨层箱体式双层热通道幕墙单价组成简要分析
该箱体式双层幕墙造价组成包括: 外层10mm透明玻璃点接单元式幕墙、内层LOW-E中空玻璃热断桥窗(按60%铝塑板40%窗计)、手动遮阳百叶、通风小箱体(含气流阀门及电动驱动装置、风口百叶、钢隔栅、分隔门等)。其经济性单价合计约为2700元/m2。
3.1.4 跨层箱体式双层热通道幕墙产品本身经济热阻分析
该箱体式双层幕墙产品本身经济热阻为:
冬季: E2=1.082*2700=2921.4元/( m2•m2•K) / W
夏季: E2=1.229*2700=3318.3元/( m2•m2•K) / W
3.2 整体式双层热通道幕墙
3.2.1整体式双层热通道幕墙的主要构造特点
最经济的形式是内外层均为同一单元体,明框时采用热断桥铝型材,其余配置及气流形式基本同箱体式双层热通道幕墙.
由于整体式双层热通道幕墙较薄,可以比跨层箱体式双层热通道幕墙至少节约300mm宽的空间,经济性更好,且外观比较现代,体现高科技派建筑风格,性价比很高, 更适合上海这样的夏热冬冷地区,本文即以该案例为例,其构造示意图如下:
3.1.2整体式双层热通道幕墙的节能性分析
整体式双层热通道幕墙气流运动方式基本同箱体式双层幕墙,差别仅仅在于前者腔体小后着腔体大。
利用流体力学计算软件, 对本案整体式双层幕墙内的空气流动和传热情况进行数值模 拟研究，检验该幕墙的节能效果。结果如下:
冬季传热系数K值为1.104 W/m2•K，在夏季传热系数K值为1.253 W/m2•K 。
3.13整体式双层热通道幕墙单价组成简要分析
该整体式双层幕墙造价组成包括: 外层10mm透明玻璃点接单元式幕墙、内层LOW-E中空玻璃、手动遮阳百叶、通风小箱体(含气流阀门及电动驱动装置、分隔门等)。其经济性单价合计约为2300元/m2。
3.1.4整体式双层热通道幕墙产品本身经济热阻分析
该整体式双层幕墙产品本身经济热阻为:
冬季: E3=1.104*2300=2539.2元/( m2•m2•K) / W
夏季: E3=1.253*2300=2881.9元/( m2•m2•K) / W
4、 跨层箱体式和整体式双层节能幕墙在上海地区高层建筑中的经济性分析
1、根据第二章分析结果, 采用法国圣戈班遮阳型LOW-E中空玻璃和热断桥铝型材的单层单元式幕墙产品本身经济热阻为:
E1=1.7632*1320=2327.42元/( m2•m2•K) / W
2、根据第3.1.4节分析结果, 外层采用点式单片透明钢化玻璃单元式幕墙、内层采用LOW-E中空玻璃热断桥窗且遮阳百叶设在室外的跨层箱体式双层热通道幕墙产品本身经济热阻为:
冬季: E2=1.082*2700=2921.4元/( m2•m2•K) / W
夏季: E2=1.229*2700=3318.3元/( m2•m2•K) / W
3、根据第3.2.4节分析结果, 外层采用点式单片透明钢化玻璃单元式幕墙、内层采用LOW-E中空玻璃的整体式双层热通道幕墙产品本身经济热阻为:
冬季: E3=1.104*2300=2539.2元/( m2•m2•K) / W
夏季: E3=1.253*2300=2881.9元/( m2•m2•K) / W
以上数值表明,整体式双层节能幕墙与单元式幕墙的应用在上海地区高层建筑中的经济性差别在20%以内, 冬季时经济性差别较小,且节约空间,有很强的推广应用价值。而跨层箱体式双层幕墙比单元式幕墙经济性差别略大,在30%左右,主要原因是箱体式双层幕墙多了内层铝龙骨。虽然,气流在箱体中的流动比较复杂, 按流体力学计算软件对本案箱体式双层幕墙和整体式双层幕墙内的空气流动和传热情况进行数值模拟研究是遵循一种理想的气体流动状态,因而其验证结果是一个近似值,有待进一步进行学术试验研究,但在能源的战略意义凸现重要的今天,其揭示的利用自然条件节约能源的经济意义展示了幕墙的今后发展方向。而且, 双层节能幕墙还有以下六点主要间接经济效益:
1）、自然通风,可提供经过滤的新鲜空气,有益室内人员的身体键康。
2）、可创造舒适卫生的室内环境,对办公工作效率有一定的提高作用。
3）、外层点式单片透明钢化玻璃单元式幕墙是一件现代化的科技外衣,具广告宣传效应,有助提高大楼的出租率和租金。
4）、良好的隔音性。
5）、能够改造和保护旧建筑。
6）、跨层整体式双层热通道幕墙墙厚基本同单层单元式幕墙,经济性较为理想。
参考文献：
1、 《Intelligent Skins》（英）迈克尔•威金顿 (英)祖德•哈里斯著2003年；
2、 《双层结构幕墙》 龙文志 主编 2003年；
3、 《双层通风幕墙》 赵西安 主编 2001年；
4、 《民用建筑热工设计规范》 GB50176-1993；
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