摘要：文章從氣流組織、傳熱方式、空氣品質(zhì)等方面分析了空調(diào)通風(fēng)原理在雙層通風(fēng)幕墻中的應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞：雙層通風(fēng)幕墻；傳熱方式；氣流組織；空氣品質(zhì)；節(jié)能
　　雙層通風(fēng)幕墻于上世紀(jì)90年代在歐洲出現(xiàn)，并逐漸得到應(yīng)用，尤其在德國應(yīng)用更為廣泛。隨著我國經(jīng)濟和建筑業(yè)的發(fā)展，雙層通風(fēng)幕墻在我國的應(yīng)用也越來越多，它對提高建筑的保溫、隔熱、通風(fēng)和空氣品質(zhì)起很大的作用，本文將從空調(diào)通風(fēng)原理的角度對此做深入剖析。
　　1.概述
　　1.1雙層通風(fēng)幕墻的概念
　　雙層通風(fēng)幕墻不同于傳統(tǒng)的單層幕墻，它是由內(nèi)外兩道幕墻組成的雙層結(jié)構(gòu)新型幕墻，外層幕墻通常采用點支式玻璃幕墻、明框玻璃幕墻或隱框玻璃幕墻，內(nèi)層幕墻通常采用明框玻璃幕墻、隱框玻璃幕墻或鋁合金門窗，為增加幕墻的通透性，也有內(nèi)外層幕墻都采用點支式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的。
　　內(nèi)外幕墻間形成一個相對封閉的空間，空氣可從下部進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入此空間，從上部排風(fēng)口排出。空氣在這一空間經(jīng)常處于流動狀態(tài)，熱量在此空間內(nèi)流動，稱為熱通道。由于這種幕墻的基本特征是雙層幕墻和空氣流動、交換，所以稱其為雙層通風(fēng)幕墻、熱通道幕墻、呼吸幕墻、生態(tài)幕墻、綠色幕墻等等。
　　1.2雙層通風(fēng)幕墻的分類
　　根據(jù)幕墻內(nèi)氣流的循環(huán)方式，雙層幕墻可分封閉式內(nèi)循環(huán)雙層通風(fēng)幕墻和敞開式外循環(huán)雙層通風(fēng)幕墻。
　　1.2.1封閉式內(nèi)循環(huán)雙層通風(fēng)幕墻
　　封閉式內(nèi)循環(huán)雙層通風(fēng)幕墻外層玻璃幕墻全封閉，外幕墻采用中空玻璃、LOW-E玻璃或斷熱型材，內(nèi)層玻璃幕墻下部設(shè)有通風(fēng)口，兩層幕墻之間換氣層一般為150mm～300mm，也有一些工程為檢修、清洗方便，寬度取為400mm～550mm。熱通道與室內(nèi)吊頂內(nèi)暖通系統(tǒng)抽風(fēng)管相連，室內(nèi)空氣通過內(nèi)層玻璃下部的通風(fēng)口進(jìn)入熱通道，從下而上進(jìn)行強制性空氣循環(huán)，使內(nèi)側(cè)幕墻玻璃表面溫度達(dá)到或者接近室內(nèi)溫度，從而在靠近玻璃幕墻附近區(qū)域形成良好工作環(huán)境，這大大節(jié)省了制冷和取暖的能源消耗，達(dá)到節(jié)能效果。為提高節(jié)能效果，在通道內(nèi)設(shè)置可調(diào)控的百葉窗或者垂簾，并可設(shè)置各種傳感器，與樓宇自由控制系統(tǒng)連接，對室內(nèi)的溫度、濕度、空氣質(zhì)量、通風(fēng)、光線控制等實現(xiàn)智能化控制。可以有效的調(diào)節(jié)日照遮陽和采光，在室內(nèi)營造更加舒適的環(huán)境。
　　1.2.2敞開式外循環(huán)雙層通風(fēng)幕墻
　　與封閉式內(nèi)循環(huán)雙層通風(fēng)幕墻不同，敞開式外循環(huán)雙層通風(fēng)幕墻的內(nèi)幕墻是封閉的，而在外層玻璃幕墻上下兩端設(shè)有排風(fēng)和進(jìn)風(fēng)裝置，與熱通道相連，將熱量經(jīng)熱通道從上部排風(fēng)口排出。這種形式完全靠自然通風(fēng)，不需要借助于專門的設(shè)備，維護(hù)和運行費用較低，是目前應(yīng)用比較廣泛的雙層通風(fēng)幕墻形式。
　　敞開式外循環(huán)雙層通風(fēng)幕墻的風(fēng)口可以開啟和關(guān)閉。在夏季，將進(jìn)、出風(fēng)口打開，在陽光照射下，由于熱壓作用和煙囪效應(yīng)，在內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)之間的通道中，形成自下而上的氣流，將通道內(nèi)的熱量帶到室外，降低了內(nèi)層幕墻的外表面溫度，從而降低空調(diào)負(fù)荷和能耗。
　　在冬季，不需要通風(fēng)時，將外層通風(fēng)口關(guān)閉。在陽光照射和室內(nèi)熱輻射等條件作用下，通道內(nèi)的空氣溫度升高，形成介于室內(nèi)與室外之間的熱緩沖區(qū)。由于溫室效應(yīng)有效地降低了內(nèi)層幕墻（或窗）的外表面溫度，使室內(nèi)熱量的散失大幅度減少，從而達(dá)到很好的保溫節(jié)能效果，減少了采暖運行費用和能耗。
　　另外，敞開式外循環(huán)雙層通風(fēng)幕墻也可以根據(jù)需要在熱通道內(nèi)設(shè)置可調(diào)控的鋁合金百葉窗簾或者電動卷簾，有效地調(diào)節(jié)陽光的照射。通過熱通道內(nèi)上下兩端風(fēng)口的調(diào)節(jié)，可在通道內(nèi)形成負(fù)壓，利用內(nèi)幕墻的氣壓差和開啟扇，可以在建筑物內(nèi)形成氣流，進(jìn)行通風(fēng)換氣。
　　2．雙層通風(fēng)幕墻的的傳熱方式
　　單層幕墻傳熱是在室內(nèi)和室外之間直接進(jìn)行，而雙層通風(fēng)幕墻傳熱是在室內(nèi)和熱通道、熱通道和室外之間進(jìn)行。它的傳熱方式主要有以下四種，并綜合進(jìn)行：
　　2.1對流傳熱
　　幕墻表面兩側(cè)由于溫度差產(chǎn)生的空氣介質(zhì)的熱交換稱為對流傳熱。在對流傳熱中：幕墻表面溫度高于空氣介質(zhì)，幕墻呈放熱狀態(tài)；反之呈吸熱狀態(tài)。幕墻表面的對流傳熱的流體介質(zhì)主要是空氣，而且是自然對流，因此影響對流傳熱的因素有：空氣密度、導(dǎo)熱系數(shù)、氣流狀態(tài)、材料表面形態(tài)、粗糙度以及幕墻表面與空氣的溫度差等。幕墻表面?zhèn)鳠崃繎?yīng)為輻射傳熱和對流傳熱之和。
　　2.2熱輻射
　　熱的載體由其表面以電磁波的形態(tài)透過介質(zhì)進(jìn)行傳熱稱為熱輻射。太陽向地球的熱傳遞就是典型的熱輻射，幕墻接受的太陽輻射熱，一部分被反射，一部分被吸收，一部分透過幕墻進(jìn)入室內(nèi)，相對應(yīng)的熱能分配率稱之為反射率、吸收率和透射率，三者的和為一。幕墻的熱輻射取決于玻璃和材料的表面溫度、表面粗糙度及表面黑度，可以通過技術(shù)加以控制。
　　2.3導(dǎo)熱
　　幕墻材料由其結(jié)構(gòu)表面接受熱能，因此兩側(cè)存在穩(wěn)定的溫度差，從而材料內(nèi)部分子和原子產(chǎn)生微觀運動引起的傳熱稱為導(dǎo)熱。幕墻結(jié)構(gòu)材料的導(dǎo)熱量與其兩側(cè)溫度差、材料導(dǎo)熱系數(shù)成正比，與材料厚度成反比。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)是玻璃導(dǎo)熱系數(shù)的270倍，因此熱量集中通過鋁框傳導(dǎo)，形成了“冷橋”（也有稱為“熱橋”）。“冷橋”的能耗大，幕墻表面溫度低，容易結(jié)露，室內(nèi)熱環(huán)境差，因此雙層通風(fēng)幕墻的內(nèi)層結(jié)構(gòu)都采用斷熱鋁型材，防止“冷橋”。
　　2.4換氣傳熱
　　由漏氣傳熱和通風(fēng)傳熱兩部分構(gòu)成：氣流穿過幕墻結(jié)構(gòu)縫隙而產(chǎn)生兩側(cè)空氣流通引起的傳熱，稱為漏氣傳熱。它取決于兩側(cè)的氣壓差、溫度差以及空氣容積比熱、空氣密度、幕墻結(jié)構(gòu)縫隙漏氣量等因素。如果幕墻的氣密性不好，縫隙漏氣量大，漏氣傳熱多，盡管傳熱系數(shù)小，但仍達(dá)不到節(jié)能的目的。外層結(jié)構(gòu)也需要良好的氣密性，無論在的冬季，還是夏季夜晚，雙層通風(fēng)幕墻的外層進(jìn)、出風(fēng)口都要關(guān)閉，維持內(nèi)外幕墻間接傳熱，如果外層幕墻氣密性差、漏氣量大，或者熱通道內(nèi)的環(huán)境與室外環(huán)境差異很小，其節(jié)能效果和單層幕墻就差異很小。為了保持室內(nèi)空氣的新鮮度，雙層幕墻要進(jìn)行必要的通風(fēng)，這種通風(fēng)傳熱，控制在符合標(biāo)準(zhǔn)和合理要求的范圍。
　　3．敞開式外循環(huán)雙層通風(fēng)幕墻的氣流組織
　　由于敞開式外循環(huán)雙層通風(fēng)幕墻應(yīng)用較廣泛，現(xiàn)從通風(fēng)空調(diào)的角度分析敞開式外循環(huán)雙層通風(fēng)幕墻的氣流組織。
　　3.1氣流組織方式一
　　這種方式以水平方向柱間為單元，豎直方向以一層為一個單元，每個單元單獨組織進(jìn)風(fēng)與排風(fēng)。一般從樓板面進(jìn)風(fēng)，在頂棚下面出風(fēng)口排風(fēng)，直上直出，氣流簡捷阻力小，相應(yīng)地氣流過于強烈，如下圖1所示：
　　            
　　
　　3.2氣流組織方式二
　　這種方式是以垂直方向柱間為單元，一個柱間全高打通，成為排風(fēng)豎井，從建筑頂部排風(fēng)到室外，相鄰柱間則各層隔開，從本層下部進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)，在上部排風(fēng)口向相鄰排風(fēng)豎井排風(fēng)，如下圖2所示：
　　
　　                                
　　3.3氣流組織方式三
　　這種氣流組織方式有效避免了直上直下方向風(fēng)速過大，氣流過于激烈。因此，采用各層錯開進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口，使氣流轉(zhuǎn)向相鄰柱間排風(fēng)口的組織方式，如下圖3所示：
　　                                  
　　
　　3.4氣流組織方式四
　　這種方式打破一層作為一個通風(fēng)單元的格局，從各層進(jìn)風(fēng)口來的新風(fēng)，全部匯集至頂層頂部總排風(fēng)口排出。借助于房屋全高產(chǎn)生的壓差，可以形成強烈的通風(fēng)氣流，如下圖4所示：
　　                          　　
　　4、改善室內(nèi)空氣品質(zhì)
　　由于敞開式外循環(huán)雙層通風(fēng)幕墻可以通過通道為室內(nèi)更換新鮮空氣，通道的存在為改善更換空氣的質(zhì)量提供了條件。例如影響北方空氣質(zhì)量的污染物主要是可吸入顆粒物，可在通道的進(jìn)氣口安置靜電濾塵網(wǎng)，也可在通道進(jìn)氣口的下方對空氣進(jìn)行噴霧，既使得進(jìn)入室內(nèi)的空氣清新，同時又改善了室內(nèi)空氣的濕度，提高了人體的舒適度，如下圖5：
　　
　　                            
　　5、結(jié)束語
　　雙層通風(fēng)幕墻與普通單層幕墻相比，更好的利用空調(diào)通風(fēng)的原理，不僅有效地改善了室內(nèi)空氣品質(zhì)，而且由于保溫隔熱效果的增強，極大地節(jié)約了能源。據(jù)統(tǒng)計在采暖季可以節(jié)約能源42%～52%，在制冷季可節(jié)約能源38%～60%，有著良好的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。
　　
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　《建筑幕墻行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范匯編》
　　《玻璃幕墻工程質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)》
　　《暖通空調(diào)》，陸亞俊，中國建筑工程出版