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摘要：玻璃幕墙是现代化建筑的主要外围护结构之一，其设计不仅要满足建筑美学和建筑功能的要求，而且要更多地考虑热工设计，充分体现当前国际上流行的建筑设计三大原则：“开放与交流、舒适与自然、环保与节能。本文介绍了玻璃幕墙的一些弊端，也提出了双层玻璃幕墙的优越性能，并在节能辅助设计上做了详细阐述，最后也对智能幕墙概念有提起。
关键词：玻璃幕墙；节能设计；双层玻璃幕墙DSF；夹层设计；智能幕墙
Abstract: Glass curtain wall is one of the main international modern building envelope structure, the design should not only meet the architectural aesthetics and functional requirements, but also to consider more thermal design, fully embodies the architectural design in three principles: "open and exchange, comfortable and natural, environmental protection and energy saving. This paper introduces some of the drawbacks of the glass curtain wall, also presents the superior performance of double glass curtain wall, and described in detail in the energy-saving design, finally the intelligent curtain wall concept has filed.
Keywords: glass curtain wall; energy-saving design; double glass curtain wall DSF; sandwich design; intelligent curtain wall
中图分类号：TU2 文献标识码： 文章编号：
1、玻璃幕墙在建筑发展史上日益暴露的问题分析 随着玻璃幕墙大量的应用和时间的推移，许多在“玻璃大厦”里办公和居住的人们发现，尽管玻璃使建筑物看上去轻盈亮丽、简洁明快，但是玻璃幕墙的许多缺点也日益凸现。 1.1耗能问题 自上世纪70年代能源危机后，世界各国越来越重视节能工作。同样，能源问题目前也正困扰着中国的经济建设和发展，建设节约型社会已经成为全社会关注的焦点。据统计，目前北京、上海等大城市的建筑能耗已占全市总能耗的１／４，居于能耗的首位，其中公共建筑能耗又占建筑总能耗的大部分，玻璃幕墙夏季的吸热和冬季的散热，在给建筑物带来美观亮丽的同时也大量的消耗着能源。 1.2光污染 光污染危害来源的主要对象仍是城市高层建筑的玻璃幕墙，一幢幢矗立在马路两侧的玻璃幕墙，就像一面面巨大的镜子，其产生的光反射，极易诱发意外交通事故。而如果人们长期受到玻璃幕墻的“白光污染”，人会深感精神压抑，心情烦躁，除视力因长时间遭反射光刺激而下降外，还会诱发某些疾病。在国内和国外，随着玻璃幕墙在各大城市建设中大行其道，各地近年来接到市民对光污染的投诉也直线上升。 1.3安全隐患 据有关专家介绍，目前市面上很多用于黏结玻璃幕墙结构胶水会随着时间推移老化，甚至失效。一般而言，厂家对硅胶、结构胶承诺的保质期为10年。即便按照现行技术规范，玻璃幕墙的设计年限也不超过25年。玻璃幕墙如果年久失修，会产生许多安全隐患，成为“空中定时炸弹”。 随着2005年7月1日《公共建筑节能设计标准》的实施，玻璃幕墙的耗能、安全隐患等问题使其处于一种尴尬的境界，玻璃幕墙将被叫停甚至遭封杀的消息不绝于耳。那么玻璃幕墙的美观与节能是不是“鱼和熊掌不可兼得”呢？事实上，随着科学技术进步，一些隔热性能好、反光系数低的玻璃都相继问世，采用由这些玻璃组成的中空玻璃则比较好地解决了保温隔热的问题，使解决玻璃幕墙耗能的问题成为可能。
2、双层玻璃幕墙节能辅助设计
与传统玻璃幕墙相比，双层玻璃幕墙（Double Skin Falade，以后简称DSF)独特的夹层设计，不仅为提高幕墙的保温隔热性能上提供了更多可能，更重要的是，为遮阳构件提供了一个栖身之地，使之既能有效遮阳，又不破坏建筑外观。此外，它还可以通过强化通风降温来降低建筑能耗，因而倍受建筑师的推崇。然而，采用DSF不仅会增加初投资，牺牲可观的建筑面积，同时其维修费用也高出一般幕墙。而且，不能简单地认为DSF一定具有更好的保温、隔热、通风等热工性能，目前“大多数类型的DSF都不能同时减少采暖和制冷负荷，只有根据具体情况把不同类型结合起来或改变系统设置，才可能比传统的隔热玻璃加外遮阳方案有实质性进步。例如，最突出的问题是如何合理地设计夹层的尺寸，因为其空间过小将直接影响DSF夏季和过渡季的通风降温效果，过大则降低了空间使用效率。而如果完全依靠机械通风，虽然可以减小夹层宽度，但也存在着如何在通风降温效果和风机能耗之间作优化的问题此外，夹层自然通风还受室外风速和风向的影响较大，目前还没有令人满意的整套方法可以指导选择设计条件，预测运行效果，并指导节点构造设计。
双层玻璃幕墙在一定程度上可改善建筑的热工性能，然而其优势能否发挥，还取决于建筑和幕墙的设计是否合理.目前世界上时双层玻璃幕墙节能设计的研究进展仍以基础研究为主，相对于直接指导工程设计仍有距离该文在综述国内外理论和实验研究现状的基拙上，根据国内目前该类建筑设计的合作方式和流程，提出根据方案设计、初步设计和施工图设计三个阶段的不同任务采取相应的辅助设计方法，强调应加强对以往设计经验的总结，以指导建筑师在方案设计阶段正确把握双层玻璃幕墙和建筑设计的结合，实现有效节能。
传热过程研究主要包括理论和实验两方面的研究。其中理论研究又分为节点控制容积方法和计算流体动力学模拟法，实验研究的目的则在于探讨传热系数或者对流换热系数的经验公式，。这些研究结果可以辅助建立数值模型，例如Grabe研究发现，夹层中的自然流动阻力系数不能采用手册中给出的机械流动下的阻力系数玻璃表面对流换热系数和整个窗户的传热系数均随着内外层玻璃温差呈线性变化，但是前者变化显著，在温和气候地区后者的变化可以忽略。
目前国内幕墙设计中的合作方式和流程，基本上都是在建筑体形、布局方案都已经确定之后，由建筑师做出基本的立面划分方案，然后交给幕墙厂家来完成施工图设计，其间主要的考虑因素是结构安装和防止冷桥。最后暖通设备工程师再根据厂家提供的幕墙参数计算空调负荷，所采用的方法也基本上是在传统墙体房间负荷计算的基础上做一些修改，由于没有经验常常设定很高的安全系数，导致大量能源浪费。在这样的设计过程中，如果建筑师对DSF没有比较深人的了解，缺乏建筑节能整体设计策略，就不可能真正发挥出DSF的优势。相反，国内外一些成功的案例，比如法兰克福商业银行、位于波恩的DeutschePost以及国内刚建成的清华大学超低能耗楼，正是从建筑方案设计阶段开始就把围护结构设计有机地考虑进去，逐步深人发展，最终把DSF的节能和生态优势充分发挥出来。
可见，为了避免损失，国内应尽快探索能正确指导DSF实践的理论和经验。但必须注意的是，我们不能一味沿着欧洲的研究思路.一切从传热机理出发。这方面的研究固然非常重要，然而国内有能力开展这类计算、实验研究的科研机构和企业并不多，而且目前这些方法费时费力，尚不能满足当前方案设计阶段的需要。所以，我们必须同时探索能够更为直接地指导建筑设计的方法。考虑到一般建筑师的工作和思考方式，应该为他们提供一些比理论计算研究更为直观的设计依据，诸如一些方便查询的手册。其中不仅应该比较系统地介绍DSF节能设计的基础知识，还应总结归纳已有的设计经验和科研成果，以图表的形式直观表达，使建筑师从一开始就可以根据项目所处地理位置、气候条件、建筑规模和用途、建筑平面布局和使用情况等因素来判断DSF的适用程度和合理的方案。此外，对以往相关作品的方案发展过程、DSF和建筑整体生态策略的配合，以及得失之处的分析点评也是启发和指导建筑师构思的最有效的方法之一。做这件工作不仅要收集很多案例资料，做一些基本的分类和总结，还需要充分考虑到现有理论和实验研究取得的成果，用正确的理论来分析经验事实才能得到可信结论。
针对DSF设计，建筑设计过程中的三个阶段(方案设计、初步设计和施工图设计)应该各自有不同的任务和相应的辅助设计手段。在方案设计阶段，由于已确定的建筑信息非常有限，应主要依据其他工程经验和理论研究的基本结论，再结合具体的气候和周边环境做出初步判断，结合建筑室内空间组织整体考虑，同时利用粗糙的模型开展模拟计算以辅助淘汰和选择方案;在初步设计阶段，建筑的基本尺寸、结构和空调形式有待确定，可以对既有的几个方案与HVAc(Heatin VentilationandAirConditioning暖通及空调)系统组合，进行全生命周期经济分析和全年能耗分析，选择最佳组合方案，方法主要是CFD和能耗模拟软件，对于重要建筑还应该进行风洞实验和幕墙足尺实验;最后在施工图设计阶段，主要任务是深人优化选定的方案，推敲尺寸设计，完成空调系统容量设计和自动控制方案，可依靠CFD模拟计算优化DSF尺寸和出入口设计，以能耗模拟软件辅助空调系统设计。这样可以使得DSF和建筑有机结合，建筑师与工程师有效合作，整个决策和设计过程有章可循。
3、结束语 我國对建筑节能的重视迫切要求能够有效辅助双层玻璃幕墙设计的方法，而国外目前取得的研究成果操作起来对工程师的要求较高，且费时费力，适合用于深入发展方案的后期阶段。随着光电幕墙和生态幕墙越来越多的应用到各个高层智能建筑上，同时，智能玻璃幕墙系统的概念也已经逐渐深入人心，智能玻璃幕墙是新结构幕墙，新理念幕墙，它是和“环保幕墙”、“生态建筑”等概念联系在一起的。总而言之，智能玻璃幕墙是智能建筑的重要组成部分。
关键词：玻璃幕墙；节能设计；双层玻璃幕墙DSF；夹层设计；智能幕墙
Abstract: Glass curtain wall is one of the main international modern building envelope structure, the design should not only meet the architectural aesthetics and functional requirements, but also to consider more thermal design, fully embodies the architectural design in three principles: "open and exchange, comfortable and natural, environmental protection and energy saving. This paper introduces some of the drawbacks of the glass curtain wall, also presents the superior performance of double glass curtain wall, and described in detail in the energy-saving design, finally the intelligent curtain wall concept has filed.
Keywords: glass curtain wall; energy-saving design; double glass curtain wall DSF; sandwich design; intelligent curtain wall
中图分类号：TU2 文献标识码： 文章编号：
1、玻璃幕墙在建筑发展史上日益暴露的问题分析 随着玻璃幕墙大量的应用和时间的推移，许多在“玻璃大厦”里办公和居住的人们发现，尽管玻璃使建筑物看上去轻盈亮丽、简洁明快，但是玻璃幕墙的许多缺点也日益凸现。 1.1耗能问题 自上世纪70年代能源危机后，世界各国越来越重视节能工作。同样，能源问题目前也正困扰着中国的经济建设和发展，建设节约型社会已经成为全社会关注的焦点。据统计，目前北京、上海等大城市的建筑能耗已占全市总能耗的１／４，居于能耗的首位，其中公共建筑能耗又占建筑总能耗的大部分，玻璃幕墙夏季的吸热和冬季的散热，在给建筑物带来美观亮丽的同时也大量的消耗着能源。 1.2光污染 光污染危害来源的主要对象仍是城市高层建筑的玻璃幕墙，一幢幢矗立在马路两侧的玻璃幕墙，就像一面面巨大的镜子，其产生的光反射，极易诱发意外交通事故。而如果人们长期受到玻璃幕墻的“白光污染”，人会深感精神压抑，心情烦躁，除视力因长时间遭反射光刺激而下降外，还会诱发某些疾病。在国内和国外，随着玻璃幕墙在各大城市建设中大行其道，各地近年来接到市民对光污染的投诉也直线上升。 1.3安全隐患 据有关专家介绍，目前市面上很多用于黏结玻璃幕墙结构胶水会随着时间推移老化，甚至失效。一般而言，厂家对硅胶、结构胶承诺的保质期为10年。即便按照现行技术规范，玻璃幕墙的设计年限也不超过25年。玻璃幕墙如果年久失修，会产生许多安全隐患，成为“空中定时炸弹”。 随着2005年7月1日《公共建筑节能设计标准》的实施，玻璃幕墙的耗能、安全隐患等问题使其处于一种尴尬的境界，玻璃幕墙将被叫停甚至遭封杀的消息不绝于耳。那么玻璃幕墙的美观与节能是不是“鱼和熊掌不可兼得”呢？事实上，随着科学技术进步，一些隔热性能好、反光系数低的玻璃都相继问世，采用由这些玻璃组成的中空玻璃则比较好地解决了保温隔热的问题，使解决玻璃幕墙耗能的问题成为可能。
2、双层玻璃幕墙节能辅助设计
与传统玻璃幕墙相比，双层玻璃幕墙（Double Skin Falade，以后简称DSF)独特的夹层设计，不仅为提高幕墙的保温隔热性能上提供了更多可能，更重要的是，为遮阳构件提供了一个栖身之地，使之既能有效遮阳，又不破坏建筑外观。此外，它还可以通过强化通风降温来降低建筑能耗，因而倍受建筑师的推崇。然而，采用DSF不仅会增加初投资，牺牲可观的建筑面积，同时其维修费用也高出一般幕墙。而且，不能简单地认为DSF一定具有更好的保温、隔热、通风等热工性能，目前“大多数类型的DSF都不能同时减少采暖和制冷负荷，只有根据具体情况把不同类型结合起来或改变系统设置，才可能比传统的隔热玻璃加外遮阳方案有实质性进步。例如，最突出的问题是如何合理地设计夹层的尺寸，因为其空间过小将直接影响DSF夏季和过渡季的通风降温效果，过大则降低了空间使用效率。而如果完全依靠机械通风，虽然可以减小夹层宽度，但也存在着如何在通风降温效果和风机能耗之间作优化的问题此外，夹层自然通风还受室外风速和风向的影响较大，目前还没有令人满意的整套方法可以指导选择设计条件，预测运行效果，并指导节点构造设计。
双层玻璃幕墙在一定程度上可改善建筑的热工性能，然而其优势能否发挥，还取决于建筑和幕墙的设计是否合理.目前世界上时双层玻璃幕墙节能设计的研究进展仍以基础研究为主，相对于直接指导工程设计仍有距离该文在综述国内外理论和实验研究现状的基拙上，根据国内目前该类建筑设计的合作方式和流程，提出根据方案设计、初步设计和施工图设计三个阶段的不同任务采取相应的辅助设计方法，强调应加强对以往设计经验的总结，以指导建筑师在方案设计阶段正确把握双层玻璃幕墙和建筑设计的结合，实现有效节能。
传热过程研究主要包括理论和实验两方面的研究。其中理论研究又分为节点控制容积方法和计算流体动力学模拟法，实验研究的目的则在于探讨传热系数或者对流换热系数的经验公式，。这些研究结果可以辅助建立数值模型，例如Grabe研究发现，夹层中的自然流动阻力系数不能采用手册中给出的机械流动下的阻力系数玻璃表面对流换热系数和整个窗户的传热系数均随着内外层玻璃温差呈线性变化，但是前者变化显著，在温和气候地区后者的变化可以忽略。
目前国内幕墙设计中的合作方式和流程，基本上都是在建筑体形、布局方案都已经确定之后，由建筑师做出基本的立面划分方案，然后交给幕墙厂家来完成施工图设计，其间主要的考虑因素是结构安装和防止冷桥。最后暖通设备工程师再根据厂家提供的幕墙参数计算空调负荷，所采用的方法也基本上是在传统墙体房间负荷计算的基础上做一些修改，由于没有经验常常设定很高的安全系数，导致大量能源浪费。在这样的设计过程中，如果建筑师对DSF没有比较深人的了解，缺乏建筑节能整体设计策略，就不可能真正发挥出DSF的优势。相反，国内外一些成功的案例，比如法兰克福商业银行、位于波恩的DeutschePost以及国内刚建成的清华大学超低能耗楼，正是从建筑方案设计阶段开始就把围护结构设计有机地考虑进去，逐步深人发展，最终把DSF的节能和生态优势充分发挥出来。
可见，为了避免损失，国内应尽快探索能正确指导DSF实践的理论和经验。但必须注意的是，我们不能一味沿着欧洲的研究思路.一切从传热机理出发。这方面的研究固然非常重要，然而国内有能力开展这类计算、实验研究的科研机构和企业并不多，而且目前这些方法费时费力，尚不能满足当前方案设计阶段的需要。所以，我们必须同时探索能够更为直接地指导建筑设计的方法。考虑到一般建筑师的工作和思考方式，应该为他们提供一些比理论计算研究更为直观的设计依据，诸如一些方便查询的手册。其中不仅应该比较系统地介绍DSF节能设计的基础知识，还应总结归纳已有的设计经验和科研成果，以图表的形式直观表达，使建筑师从一开始就可以根据项目所处地理位置、气候条件、建筑规模和用途、建筑平面布局和使用情况等因素来判断DSF的适用程度和合理的方案。此外，对以往相关作品的方案发展过程、DSF和建筑整体生态策略的配合，以及得失之处的分析点评也是启发和指导建筑师构思的最有效的方法之一。做这件工作不仅要收集很多案例资料，做一些基本的分类和总结，还需要充分考虑到现有理论和实验研究取得的成果，用正确的理论来分析经验事实才能得到可信结论。
针对DSF设计，建筑设计过程中的三个阶段(方案设计、初步设计和施工图设计)应该各自有不同的任务和相应的辅助设计手段。在方案设计阶段，由于已确定的建筑信息非常有限，应主要依据其他工程经验和理论研究的基本结论，再结合具体的气候和周边环境做出初步判断，结合建筑室内空间组织整体考虑，同时利用粗糙的模型开展模拟计算以辅助淘汰和选择方案;在初步设计阶段，建筑的基本尺寸、结构和空调形式有待确定，可以对既有的几个方案与HVAc(Heatin VentilationandAirConditioning暖通及空调)系统组合，进行全生命周期经济分析和全年能耗分析，选择最佳组合方案，方法主要是CFD和能耗模拟软件，对于重要建筑还应该进行风洞实验和幕墙足尺实验;最后在施工图设计阶段，主要任务是深人优化选定的方案，推敲尺寸设计，完成空调系统容量设计和自动控制方案，可依靠CFD模拟计算优化DSF尺寸和出入口设计，以能耗模拟软件辅助空调系统设计。这样可以使得DSF和建筑有机结合，建筑师与工程师有效合作，整个决策和设计过程有章可循。
3、结束语 我國对建筑节能的重视迫切要求能够有效辅助双层玻璃幕墙设计的方法，而国外目前取得的研究成果操作起来对工程师的要求较高，且费时费力，适合用于深入发展方案的后期阶段。随着光电幕墙和生态幕墙越来越多的应用到各个高层智能建筑上，同时，智能玻璃幕墙系统的概念也已经逐渐深入人心，智能玻璃幕墙是新结构幕墙，新理念幕墙，它是和“环保幕墙”、“生态建筑”等概念联系在一起的。总而言之，智能玻璃幕墙是智能建筑的重要组成部分。