通风式玻璃幕墙通风原理的探讨

        摘 要：根据气体体积V、压强P、温度T 三个状态参数，探讨通风式（双层）玻璃幕墙的通风原理。提出利用地下室“冬暖夏凉”的空气作为双层玻璃幕墙之间“空腔”里的介质，隔离外层幕墙玻璃向内层幕墙玻璃传递冷（热）量，从而保持室内经空调采暖系统调节的室内气温相对稳定，达到节能降耗的效果。 

　　关键词：幕墙；通风；节能 

　　通风式（又称双层式、呼吸式）玻璃幕墙，它是由双层玻璃幕墙组成，在双层之间的“空腔”（或称为通道）里；空气起作隔离内外层玻璃幕墙因空气温差产生的冷热交换，当它受到外力（如抽风机）或自然通风的作用产生流动时可以被排出；排出“空腔”内受到外层玻璃幕墙传导的冷（热）空气；就能排除或减少其对内层玻璃幕墙外表面层气温的影响；也就能保持室内空气温度相对稳定，从而减轻或不增加室内空调或采暖系统的运行负荷，以达到节能降耗的目的。特别在炎热的夏天或寒冷的冬天，室内外气温相差很大时这种节能降耗更显著，这是与单层玻璃幕墙的根本区别。 

　　能不断排出“空腔”内受到外层玻璃幕墙传导的冷（热）空气；这是通风式玻璃幕墙功能的关键所在，除了要研发创新该项幕墙的构造技术、材料技术、控制技术外，该项幕墙通风原理的探讨；特别是探讨能以自然通风为主、电力通风为辅的排出方式更有意义。因仅靠自然通风的原理难以保持排风的有效性和持续性；靠电力通风排气会增加设备投资和运行费用；达不到节能降耗目的。 

　　我们知道空气定向流动必须要在流动方向的两端存在压力差，由压力高的地方流向压力低的地方，这种压力是空气自身的静压与外来的动压之和。而双层玻璃幕墙之间的“空腔”内，沿建筑物高度如何产生下高上低的空气压力差使空气由下而上地流动呢？在敞开式外循环体系通风式玻璃幕墙中；夏季“空腔”的空气在阳光照射下升温；幕墙上下开通风口使空气对流，产生“烟囟效应”，是利用等压过程中气温升高体积膨张（向各方向产生静压力）的原理。当打开“空腔”上下设置的进排风口，“空腔”内升温的空气在向其他方向膨张受阻的条件下；迫使它向上膨张形成空气上浮经排风口排出（并非是上下排气口之间有静压差），带走外界热空气对内层幕墙玻璃外表面气温的影响。冬季关闭外幕墙上设置的排风口，滞留“空腔”的空气；在阳光照射下升温产生“室温效应”，隔离外幕墙玻璃接受外界冷空气对内层幕墙玻璃外表气温的影响；以保护室内气温稳定。 

　　上述冬季的“室温效应” 和夏季“烟囟效应” 是在有阳光照射下的条件形成的，而实际上还存在着无阳光照射；双层玻璃幕墙之间的“空腔”内难以形成冬季“室温效应” 和夏季“烟囟效应”。那么是否因无阳光照射双层玻璃幕墙内外之间无温差呢？其实不然。实际上在冬季无阳光照射的时段；如一天二十四小时中早上、晚上、夜间将有十几小时；还有降雪下雨天、多云阴天等。室内气温经空调采暖系统处理会保持一定的相对稳定的温度；比如C氏18—25度，而室外在无阳光照射下气温会更低；甚至于零下十几度、二十几度，双层玻璃幕墙内外温差更大，这些时段双层玻璃幕墙之间的“空腔”内无“室温效应”，“空腔”内的气温会大大降低内层幕墙玻璃外表层气温，从而降低或影响室内温度。若要保持室内稳定的温度就需要增加空调采暖负荷。既便夏季炎热的天气里无阳光照射的时段；晚上至夜间22时之前，由于地表在白天阳光照射下吸收大量的热量，到晚上夜间需要散热蒸发而使室外气温升高，这时段双层玻璃幕墙之间的“空腔”内；“烟囟效应”就没有白天阳光照射下那样的效果显著，“空腔”内的空气也会吸收内层幕墙玻璃外表面冷气温度而影响室内温度，若要保持室内稳定的温度也需要增加空调制冷负荷。 

　　作为通风式（双层）玻璃幕墙的本质作用；是利用双层玻璃幕墙之间“空腔”内的空气隔离或减少外界冷（热）空气对室内气温的影响，使室内生活、工作有良好的相对稳定的舒适环境。而“空腔”内作为传媒介质的空气是分子运动较为活跃的物质之一；即对物质温度的传递（吸热或放热）异常活跃。利用这种“介质”本身就存在着矛盾，一方面利用它“隔离”外来冷（热）量，另一方面它又传递（吸收或释放）外来的冷（热）量。 

　　利用双层玻璃幕墙之间“空腔”内的空气介质，就要利用它“隔离” 外来冷（热）空气的长处，避它传递（吸收或释放）外来冷（热）空气的短处，实质上就是让它的气温与室内气温相近，降低它向内层幕墙玻璃外表面传递冷（热）空气的能力，减少它对室内气温的影响。同时要让它在“空腔”内上浮流动，否则，它滞留在“空腔”内的时间长，会吸收外层幕墙玻璃传导的外界空气的冷（热）量；与内层幕墙玻璃外表面气温温差变大；影响室内气温的变化。在敞开式外循环体系通风式玻璃幕墙中，一般外层幕墙采用中空钢化玻璃和利用各种形式的遮阳板遮阳，其意义就在于夏季隔离和遮挡阳光照射使“空腔”内气温升高，减少“空腔”内气温与内层幕墙玻璃外表面气温的温差。打开外玻璃幕墙上下进排风口让“空腔”内热空气上浮流动；既带走内层幕墙玻璃外表层升温的空气，也减少“空腔”内气温与内层幕墙玻璃外表层气温的温差。 

　　双层幕墙之间“空腔”内的空气气温与内层幕墙玻璃外表层气温温差越小；与内层幕墙玻璃外表层的冷（热）交换能力越弱；保护室内气温稳定的能力越强。冬季采取“室温效应” 和夏季采取遮阳换气的“烟囟效应”；都是在有阳光照射的条件下使“空腔”内的气温与内层幕墙玻璃外表层气温温差减小的措施。在无阳光照射的时段；如何调节“空腔”内的气温与内层幕墙玻璃外表气温相近？使冬季“室温效应” 和夏季“烟囟效应”不受无阳光照射的影响而发挥作用，本文将就此问题进行一下探讨。 

　　我们知道建筑物地下室的气温相对于外界气温可谓“冬暖夏凉”，且一年四季保持相对稳定。它是由于地面层和建筑物长期隔离室外；不受室外气温冷暖变化的影响以及与“地气”的交换形成的，又因地下室与室内电梯井及消防安全楼梯通道相通，因此常年与室内气温相近。并且与停车场的进车道相通；由进车道通向外界可引进室外新鲜空气，故地下室空气可谓是无能耗资源。若把地下室空气引入双层玻璃幕墙之间“空腔”内作为介质；隔离内外层玻璃幕墙之间空气的冷（热）交换；对建筑物内空调采暖系统的节能降耗将更有意义。 　　在通风式玻璃幕墙中；“封闭式通风体系”外层玻璃幕墙为全封闭状态，内层玻璃幕墙下部开设通风口，室内空气经该风口进入双层玻璃幕墙之间“空腔”，“空腔”与室内空调采暖系统的抽风管相通，通过空调采暖系统风机的运行；强制性使“空腔”内空气流动循环，使内层幕墙玻璃外表面气温接近室内气温，以达到室内气温稳定。但这种以室内经过空调采暖系统制冷（或加温）的气体作为“隔离”介质是一种资源浪费，同时为使“空腔”内空气循环流动；需要借助专用设备的运行驱动又增加消耗能源。所以“封闭式通风体系”的玻璃幕墙不被采用也在情理之中。 

　　利用空气压强P、体积V和温度T三者之间的关系，当室内外空气压强P不变时（其实对建筑物所在地；室内外的大气压是一样的）；空气的体积V随着空气温度T的升高而膨胀。敞开式外循环体系通风式玻璃幕墙夏季的“烟囟效应”；就是利用“空腔”内气体升温自然膨胀形成气流，故称自然通风。 

　　利用“封闭式”和“敞开式”通风式玻璃幕墙各有的特点；引入地下室空气作为双层玻璃幕墙之间“空腔”的介质；来实现通风式玻璃幕墙节能；特别是针对无阳光照射条件下的节能很有现实意义。因为地下室的气温相对于外界气温是“冬暖夏凉”；常年与室内气温接近，用这种介质对保护内层幕墙玻璃外表气温不被散失；保持室内气温稳定，且在无阳光照射的条件下也能发挥冬季“室温效应”和夏季“烟囟效应”。 

　　引入地下室空气到双层玻璃幕墙之间的“空腔”里，类似“封闭式”和“敞开式”通风式玻璃幕墙下端开风口；即在地下室外围护墙体上部开排气口；地下室空气通过排气口经构筑的风道（风道出口要高出室外地面1M左右，且在双层玻璃幕墙之间）进入“空腔”，在外层玻璃幕墙的顶部开设排气口，使地下室排气口与外层玻璃幕墙的顶部的排气口之间因温差而产生压力差，形成自然通风的效果（当然上下排气口需要装置防护网和控制风量风向导流百叶片）。这也是利用空气压强P、体积V和温度T三者之的关系中当体积V不变时气温T上升压强P增大的原理。 

　　冬季在无阳光照射时段（这段时间比有阳光照射的时段更长；达十几小时），内外层玻璃幕墙之间气温相差很大（如果室内气温设置在C氏18—25度：室外气温会零下甚至于零下十几度、二十几度），双层幕墙之间“空腔”里的空气在内外层玻璃气温相差很大的条件下进行冷热交挽；会大量吸收内层幕墙玻璃外表面的热量而降低室内的气温。地下室气温“冬暖”与室内气温相近；将它引入双层幕墙之间“空腔”里；它与内层幕墙玻璃外表面的气温温差小；吸收内层幕墙玻璃外表面热量的能力低；以达到保持内层幕墙内侧气温稳定的作用。夏季在无阳光照射时段；利用地下室气温“夏凉”的特征；将它引入双层幕墙之间“空腔”里；它与内层幕墙玻璃外表面的气温温差也很小；与内层幕墙玻璃外表面的冷（热）交换能力低；同样对保持内层幕墙内侧气温的稳定起作用。 

　　地下室空气气温“冬暖夏凉”，常年较为稳定，并且是无能耗资源。室内经空调采暖系统调节的空气温度也较为稳定，两者的气温相近；相互冷（热）交换能力弱，因此利用地下室空气作为双层幕墙之间“空腔”里介质；隔离外层幕墙玻璃传导冷（热）应该是理想的选择。特别在冬季无阳光照射的条件下对它的利用更有意义。如果地下室空间足够大于双层幕墙之间“空腔”的空间，能使地下室“冬暖夏凉”的空气持续引入“空腔”并使它循环使用，不仅室内空调采暖系统可节能降耗；甚至双层幕墙内层或外层幕墙不需用中空玻璃及百叶遮阳板；还将大大减少幕墙的投资。 

　　通风式（双层）玻璃幕墙作为幕墙节能的发展方向，已越来越引起业内人士的重视。在它发展应用的过程中还涉及到构造技术、材料技术、控制技术、自然条件、功能设计、规范指导等多种因素。本文通过对通风式（双层）玻璃幕墙通风原理的理解和探讨；提出利用地下室“冬暖夏凉”的空气与室内气温相近的特点；作为双层幕墙之间“空腔”里隔离外层幕墙玻璃传递冷（热）的介质；期望使“空腔”里冬季的“室温效应”和夏季的“烟囟效应”不受无阳光照射的限制而常态化，使通风式（双层）玻璃幕墙起到真正意义上的节能降耗并得到广泛的应用。