一、前 言

由于国内经济的飞速发展，建筑外墙装饰设计越来越多样化，通透化；更为值得注意的是越来越多地体现了“高科技”“节能”“环保”的新思维，使我国的幕墙技术同国际先进发达国家的幕墙设计技术正在接轨，质量水平差距正在接近，这是良好的预兆。

我国幕墙行业从传统的框架式幕墙，到单元体式幕墙仅用了三年时间，在技术、工艺、安装等方面都有重大突破和发展。世界上越来越多的人，对标高0M～20M之内反射玻璃幕墙的太阳光反射和光干扰性污染感到失望和不理想。在这种背景影响下，产生了新的幕墙体系——大清白玻璃全玻幕墙，开始这种玻璃幕墙大部分使用在大门厅及以后发展到全部都使用通透的全玻璃幕墙系统。但是这种幕墙有一个极大的缺点——太阳强紫外线幅射和太阳热幅射透过大清玻璃进入室内，使室内温度大大升高。破坏了人们生活的舒适性。首先在西欧出现了即有通透性，又能防止太阳强幅射，尤其能使整个窗体具有较高的节能效果的幕墙——双层热通道玻璃幕墙。双热通道幕墙一般是全玻璃，全通透式玻璃结构。

我国出现这种先进的节能双通道幕墙也是1～2年的事情。首先由国外设计指导下，在上海“久来”大厦已近完工，而北京第一个大面积双通道幕墙——“天亚”呼吸式双热通道幕墙是2001年10月开始制造。前者是内循环系统结构，后者是外循环式结构的典型代表。

不管是内式和外循环通道幕墙，都具备防尘、防虫、换气通风、节能、光线可控、隔音与抗震、防火也十分安全。这项技术由西欧传入我国的；在我国生产这种高科技幕墙时，必须要从国情出发，具体设计，不能全部照搬。因为西欧各国冬季温度高，基本无砂尘天气，要合理认真考虑合理性，适应性的性能和价格。

这种幕墙在原理上、结构上都比常规幕墙变化很大，尤其它完全不同于常规幕墙的方法和结构计算，大部分安全参数和性能，必须在国外做一系列的试验。中国目前没有标准和规范来约束他，因此到国外做试验是必要的。从结构形式和理论依据证明能够满足我国各个地区工程项目的各项要求的新技术，并使幕墙体系向光电幕墙、智能幕墙方向发展。这种幕墙在原理上、结构上都比常规幕墙变化很大。尤其完全不同于其它常规试验方法，对结构强度计算上也出现了新的课题。

二、双层幕墙体系分类

双层玻璃幕墙主要分为内循环和外循环体系有其共同点和不同点，共同特点都是在双层玻璃之间形成温室效应，并将其温室的夏季的过热空气排除室外冬季把太阳热能有控制排入室内，使冬夏二季节约大量能源。在夏季为防紫外线和强热辐射要遮阳帘办法是必要的，内循环和外循环体系有如下特点：

1、内循环双层玻璃幕墙结构主要特点

1)其结构设计可采用框架断热或单元断热形式。

2)一般外层玻璃选用中空钢化，内层玻璃选择单片钢化。

3)采用强制措施，电控管道系统，把夏季的白天将温室的热空气排除室外。冬季将温室效应蓄热通过管道回路系统加热将传到室内，达到节能效果。

4)其内外层之间的空腔厚度设计较窄。一般120mm～200mm之内。

5)需要增设自然空气进入窗。

6)便于清洗双层玻璃之间的灰尘。

7)使用材料较少，因此成本较低。

8)但需用电力驱动抽风，它比外循环结构节能率低一些。

2、外循环双层玻璃幕墙结构主要特点

1)其结构设计可采用外层框架、单元或点式驳接形式，内层框架断热或单元中空玻璃断热形式。

2)一般外层玻璃选用单片或夹层钢化，内层玻璃选择中空（low－e）钢化。

3)采用自然的“烟筒”效应，夏季的白天将温室的热空气排除室外，注意不同楼层的“烟筒”效应不同。

4)其内外层之间的空腔厚度设计较厚，便于内外层之间的空腔人员进入清洗工作。

5)不需要增设专用设备自然空气进入窗内，外层幕墙设计有进出风口，内层幕墙设计有开启门或窗，需要注意的是进出风口应防止沙尘的进入。

6)双层玻璃之间的灰尘应考虑方便清洗。

7)使用材料较多，因此成本较高。

8)节能效率高。

通过上述的比较，内循环和外循环体系是不同的结构体系，因此，两种结构体系的防尘、通风、节能等性能是不同的。

三、双层幕墙体系的结构设计

1、外循环双层玻璃幕墙结构

1)通风结构设计

在外循环体系进行通风结构设计时，要考虑楼体楼层不同高度，考虑到抗震要求和风压影响，进、出风口的沙尘过滤网的“目数”应通过计算选用不同目数的过滤网，而解决由于楼层高度变化产生不同“烟筒”效应，出风口可采用“鱼嘴”式结构，在中国不要将滤网目数过大，防止空气滞阻。

夏季考虑方式：由于白天日光照射，使双层幕墙之间通道温度升高，由于“烟筒”效应使热的气流上升并通过上端出风口排到室外，夜间没有阳光照射，双层幕墙通道间由于室内与室外的温度交换，双层幕墙之间间隙温度低于室外温度，因此应关闭通风装置，不会使气流上升并通过上端出风口排到室外，减少能量损失。但应随时可开内侧窗自然通风。

冬季考虑方式：应从节能角度考虑，由于白天日光照射，使双层幕墙之间通道温度升高，因此应关闭通风装置，减少室内与室外温度交换，夜间没有阳光照射，也应关闭通风装置，夜间内层的low－e玻璃起绝对节能作用。

在春、秋季时，室内可以通过打开内层门或窗以及通风装置获得室外新鲜的自然空气。

双层幕墙之间“腔体”高度、“腔体”宽度等六个主要方面进行考虑，进出风口面积比应控制在一定比例之间，温度与温差变化、外界风矢、进出风口压力受外界自然环境的影响，“腔体”高度与“腔体”宽度应进行计算，并通过风洞试验后取得合理的数据，以便应用到设计，“腔体”宽度也要考虑一个正常人能够进入。构造型式可做单元体系，或主体箱体结构。

2)防尘与清洗设计

结构的防尘是相对防尘，外循环式结构在欧洲的地区应用较为广泛，由于我国北方大部分地区春秋季节风沙天气较多，尤其可吸入颗粒物和昆虫非常严重，欧洲的外循环体系结构从防尘与清洗等方向不能完全满足我国北方地区要求。可此采用外循环体系结构设计时应充分考虑防尘与清洗形式适合我国实际情况，进、出风口可采用一种电动调节百页装置，并在通风装置中设置表面涂“纳米”涂料，减少积尘。双层幕墙之间的过滤网设计应便于室内人的更换、清洗。

3)节能结构设计

外循环体系的内层玻璃幕墙玻璃，应采用6＋12A＋6mm，外层幕墙尽可能的采用夹胶钢化，内层幕墙采用热断桥铝合金结构，外层可采用点式驳接结构或铝合金结构，若内外层幕墙选用透明玻璃，就必须考虑冬季与夏季，白天与夜间的气候、温度不同，而对结构设计产生的影响。外层玻璃选用夹胶透明钢化，玻璃即便破损也不会附落，避免对楼底行人造成伤害，选择透明玻璃可使阳光充分进入双层幕墙之间“腔体”，形成温室效应。

夏季考虑方式：由于白天阳光照射，使双层幕墙之间通道空气温度升高，内层幕墙若采用中空低辐射玻璃，太阳能可反射到双层幕墙“腔体”之间，通过“烟筒”效应使气流上升并通过上端出风口排到室外，从而减少室内与室外的温度交换，使幕墙达到节能要求，降低夏季制冷空调的负荷。夜间没有阳光照射，内层窗玻璃采用中空低辐射，使幕墙达到节能要求。

通过德国旭格公司技术统计，采用双层幕墙应能够节约能量一般30％～40％左右，由于双层幕墙从材料选用到结构表达式设计的不同选择，双层幕墙节能的数据是不同的，因此，最终设计的双层幕墙节能数据应通过试验手段获得。

4)遮阳设计

以双层幕墙之间安装电动或手动操作的遮阳装置，遮阳百页可调节角度，使阳光进入室内得到合理控制，遮阳装置的安装位置非常重要；一般距外层玻璃150mm～180mm为最佳，也应考虑内层幕墙开启窗或门的形式而定，避免影响窗或门的正常开启的关闭。

2、内循环双层热通道玻璃幕墙结构

1)结构设计内循环式通道设计一直为封闭式，它二层玻璃布局正相反，内循环式结构，外层玻璃为中空双钢化玻璃，外框为隔热型材，内层为钢化单层玻璃，并有内开启扇以例情况。双层玻璃之间距离一般100mm～200mm，中间加法拉利降遮阳装置。

它的换气方式是，在冬天，由于应在通道内加热的空气，通过热管水道被抽到室内，或开屋内开启扇导入热风，达到节能目的。在夏天过热的空气由排风道排到屋外。此时关闭通往屋内的风管。内循环系统可设计成高尺寸为层高的箱体单元体。

2)通风系统设计：这种内循环箱体单元体结构设计时，必须考虑到在天花板内侧，或地板下部空间，分别设计进屋内热风管道系统和向外排热风管道系统。个别也有专门在秋天、春天时设计的自然空气向室内进行新空气交换装置。

3)遮阳系统设计：在内循环二层热通道之间，设计由上部向下电控升降，并能自动随阳光斜照不同而随动变角度的遮阳百叶装置。一般距外玻璃约80mm～100mm。

四、二层热通道幕墙的节能效率与参数设计

我国目前还没有二层热通道幕墙设计的规范和标准，它的节能效率与结构总体特征参数有关：例如箱体标高、宽度、进出口通道截面分布，和它们最佳面积比值大小，进排气口的流场状态，和进出气分流是一体形式，还是分别设计型式，特别是进出口抽风时开关位置，以及导流片的位置和角度有关，当然，防尘砂网的目数大小一直影响通道内空气的流动。遮阳系统位置和控制方式尤为重要，直接影响传递的好坏，对节能效率有较大影响。

从以上影响热工效率（节能）的参数可以认定：这些参数变化和合理变化工作是非线型的数学关系，很难由方程和计算公式进行计算。在西欧，特别是德国旭格公司有一系列科学方式，可以全面的提供设计数据，特别最佳的设计方案和总体结构参数。一般节能效率：热通道幕墙与常规的单层玻璃幕墙的能耗比：采暖时节能40％～45％，制冷时节能率为40％～45％，显然这是平均值。

一座很高，面积很大的建筑物，二层热通道的位置和转角处上层、下层也不全一致，但即使个别的不利位置干扰下，它的节能率不低于30～35％，因此这种幕墙是一种节能幕墙，值得推荐。

五、采用二层热通道幕墙的经济价值

目前，这种高科技的节能幕墙，在结构上必须双层。因此在材料方面都比单层幕墙高一倍以上。再加上先进高科技的器材，使造价成本很高，在西欧约每平米为人民币7000元／m²，（德国原装）在我国例如采用旭格技术和设计参数，80％的材料按德国指定厂商提供的铝材、玻璃、五金件、胶等等。可以在国内购货，这时国内造价在4000元／m²左右。

但是，由于它的节能率很高。经过计算和实际证明，这种幕墙使用6年，它的造价仅是我们一般的中空玻璃幕墙约在1800元／m²左右，约使10年，加上折旧考虑，相当于单层幕墙的价格约1200元／m²。因此从长远利益考虑，它是很合算的。我们有一些消费数据可以说明这一点。

例如：锁定普通幕墙（中空）夏季空调费按一个月30天计算：

（1）普通幕墙（中空）　　0．18元／小时m²；

（2）内循环通道幕墙　　0．1元／小时m²；

（3）外循环通道幕墙　　0．067元／小时m²。

一个供暖面积4000m2的建筑物，在采用不同幕墙体系时，它的节能的经济值显然有较大的差异：

设定夏天供制冷3个月，冬天供热3个月计算；

单层幕墙约需电、供暖费计173万元；

采用双通道幕墙内循环式为96万元；

采用双通道外循环式为64万元。

以上数据按我国取暖标准和规定室内外温度等计算的具有一定的参考价值。