关于双层玻璃幕墙的初步研究精.docx

1、关于双层玻璃幕墙的初步研究精天津大学硕士论文关于双层玻璃幕墙的初步研究“”院（系、所）：建筑学院学科专业：建筑技术科学作者姓名：杨居光指导教师：高辉教授二四年十二月中文摘要最近的二十年来，为了在全天候条件下都能得到良好的建筑室内环境，人们努力的开发具有能够动态的改变特性的智能化玻璃围护系统，这种需求同时导致了高科技玻璃产品的发明，比如“智能玻璃”以及新型的幕墙系统，如“双层玻璃幕墙”。为了能够真正的理解双层玻璃幕墙系统的优越性，有必要对与其设计、建造和运行相关的技术、经济性和建筑美学的表达等多方面进行研究。双层玻璃幕墙的较高的建造费用可以被幕墙系统所带来的低运行费用所弥补。实际上，双层玻璃幕墙

2、可以提高建筑的隔音性能、保温性能、遮阳、自然通风和自然采光等多方面的性能，并能够减少能耗，为使用者创造更加良好健康的室内环境。很显然，所有这些性能的提高都有依赖于系统的正确的设计。本论文对双层玻璃幕墙系统和与之功能相关的各种问题作了全面的评述，讨论了正确设计和建造双层幕墙系统的原理。关键词：双层皮双层玻璃幕墙智能化幕墙生态技术建筑节能，。”，曲，：，独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨注盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对

3、本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：扫挣。芝签字日期：舯年月，日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解基壅盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权墨洼盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：岛居窆日签字同期：掩囊，年寿绢，日签字同期：栖华磁年寿绢导师签名：匀乞掣导师签名：，扬签字同期：呸年月日第一章双层玻璃幕；的基本原理及类型分析第一章双层玻璃幕墙的基本原理及类型

4、分析建筑幕墙的发展历程幕墙体系的发展建筑技术的飞速发展伴随着人类对于建筑不断提出的新的要求，使得建筑经历了一次又一次的变革。在世纪，随着建筑技术，尤其是结构技术的发展，大大改变了建筑的面貌。其造成的影响之一，就是将墙体从建筑承重功能之中解放出来，成为了相对独立的建筑子系统。同时，随着工业技术的发展，玻璃、钢铁等现代材料得到广泛应用，当时的建筑师将这些材料作为建筑的外部围护材料运用到建筑之中，形成了我们如今所熟知的玻璃幕墙结构。世纪，工业革命的发起改变了整个世界。新技术以及新材料的大量涌现，特别是玻璃与钢铁的应用，极大的改变了建筑的面貌。一个显著的例子就是年英国帕克斯顿建造了伦敦的水晶宫，全部是

5、由玻璃与铁框架覆面，完全摆脱了当时在立面上建筑装饰的做法，呈现出新时代的端倪。在美国，芝加哥学派的诞生标志着人们图法古斯丁终于认识到，再也不能为了因袭传统而不顾社会发展的需要。在高层建筑之中，传统的厚重外墙不但增加了结构荷载，而且不利于采光。面对新的建筑功能要求，建筑的围护结构发生了深刻的变化，越来越通透的建筑外立面逐渐显现。年由现代建筑大师格罗皮乌斯设计的法古斯鞋厂，首先将玻璃幕墙引入了建筑之中。连续透明的玻璃幕墙即使在建筑转角除也未打断，建筑师清晰的表明了幕墙非承重的特性。从此揭开了玻璃幕墙的序幕。第二次世界大战后，著名建筑师凡德罗设计了美国芝加哥湖宾公寓和纽约西格拉姆图芝加哥湖滨公寓第一

6、章双层玻璃幕墙的基本原理及类型分析大厦，进一步将玻璃幕墙引入高层建筑之中，玻璃幕墙的使用，极大的改变了建筑的形象，原来封闭的建筑外表变成了通透的玻璃幕墙，由于其简洁、现代的视觉效果，逐渐形成一种新的建筑语言，在世界范围内得到迅速发展。至此，玻璃幕墙在建筑中的应用开始步入成熟发展阶段。至世纪年代，玻璃幕墙随着现代建筑的发展以前所未有的速度在全世界得到普及。随着玻璃幕墙的广泛应用，其弊端也逐渐显现出来，如：由于玻璃材料的传热系数比较于传统的砖石等材料要大很多，并且夏季太阳辐射可以直接射入玻璃形成温室效应，所以普通玻璃幕墙的供热、制冷能耗相应大大增加，而且很难达到人体舒适性的要求。随之而来的石油危机

7、的爆发，使人们终于认识到能源的稀缺和重要，而当时玻璃幕墙建筑由于其高能耗也开始被人们所诟病。另外玻璃幕墙也会在城市环境中带来光污染问题，吸热作用产生的热岛效应问题等。随着世界范围内环境、能源问题的凸现，人们对玻璃幕墙的种种弊端逐渐重视起来。也促使人们开发和采用新型建筑材料、品种，采用新型的结构构造体系、正确的施工方法来解决这些出现的问题。近几十年来，玻璃幕墙得到了进一步的发展，逐渐向智能化、生态化的方向发展，其中一个重要的发展成果就是下面要介绍的双层幕墙结构（）。双层玻璃幕墙的发展在寒冷地区，为增加建筑的保温性能，很久以前就已开始使用双层窗。随着玻璃和钢铁技术的普及，幕墙技术得到很快地发展，人

8、们很自然的将双层窗的概念引入到幕墙体系之中，于是产生了双层幕墙系统。这种双层玻璃幕墙在保证光线的高入射率的条件下，可以最大程度的降低建筑的空调能耗，提高建筑的舒适度。第一个双层玻璃幕墙的实例出现于年，在德国基恩的史迪夫工厂的设计中首先使用了双层玻璃幕墙，以功能和实用作为优先的考虑，使用至今。其后，奥托瓦格纳于年设计，建造于年的邮政储备银行在其大厅内也使用了双层的玻璃天窗。上个世纪年代末，双层皮建筑的在实践方面有所发展。年，俄罗斯建筑师在他设计的公共住宅区建筑中实验性的使用了双层皮结构。当时，勒柯布西耶曾在莫斯科与有所接触。一年之后，他开始设计（），和（）。由于当时的技术和造价的原因，这些建筑最

9、终都没有使用双层皮幕墙，但在设计过程中，柯布西耶对“双层玻璃通风系统”进行了理论上的探讨，虽然在当时是被认为昂贵和不实用的，但却对以后的双层玻璃幕墙系统的发展却产生了深远的影响。第一章双层玻璃幂墙的基率棘理及类型分析直年代末期，石油危机的发生，使人们开始对建筑能耗重新开始重视，双层幕墙有了进一步的发展。年，联合设计了霍克办公大楼。这是第一个实现了柯布西耶关于双层幕墙通风系统的建筑实例：宽的夹层中安装有遮阳系统，双层幕墙按层来分隔。热空气被加热后上升排出，而在寒冷季节则双层幕墙中的空气起到保温作用。同一时期在挪威梅森建成的一家商场也使用了相似的系统。同样是在年，理查德罗杰斯开始设计位于伦敦的劳埃

10、德大厦。此建筑建成于年，在双层幕墙底部安装了风扇系统使空气从底部进入，热量在顶部被系统回收，有效的降低了建筑能耗。在对建筑能耗以及环境保护的持续关注下，双层玻璃幕墙在年代得到极人的发展。像在年设计的位于英国的。但在另一方面，双层玻璃幕墙由于其透明性所产生的美学价值也是建筑师考虑的重点。在对瑞士巴塞尔的新建和改建项目中，建筑师将新旧建筑用一层玻璃外皮包裹起来，达到了和谐同一。在年代，软硬件的快速发展使设计新型幕墙所带来的高度复杂的计算不再困难；新型的智能控制系统也开始普遍应用于双层玻璃幕墙建筑中；另外，人们也开始研究双层幕墙在可再生能源的利用方面的可能性（如太阳能光电板与双层幕墙的结合）。这些新

11、的发展使得双层皮幕墙越来越成为建筑整体的有机部分，对外界气候的变化作出积极的反应，使得建筑的能耗最小而舒适度最佳。另外，双层玻璃幕墙可以在外界强风的条件下依然可以开窗，具有可以适应不同使用者需求的灵活性。两个非常典型的例子是由建筑师埃因霍温设计的总部和福斯特设计的法兰克福商业银行，两个建筑都位于德国建成于年。双层玻璃幕墙的原理及其应用双层玻璃幕墙又称作通风式幕墙、呼吸式幕墙或热通道幕墙。与传统幕墙相比，山于其在保温、隔热、隔声、节能等方面的出色性能，越来越被广泛的认识和应片，被公认为是具有“生态”意义的玻璃幕墙。近十余年来，在发达国家已经得以广泛的应用。近几年双层皮幕墙也被引入国内，在些高层建

12、筑中得以应用，并收到了良好的效果。双层玻璃幕墙的组成双层玻璃幕墙是由内、外两层玻璃幕墙组成，两层幕墙中间要形成一个夹层，在夹层内设置遮阳百叶。同时外层幕墙设置进风口和出风口。外层幕墙一般采用隐框、明框和点式玻璃幕墙，内层幕墙一般采用明框幕墙或铝合金门窗。隐框、明框和点式玻璃幕墙，内层幕墙一般采用明框幕墙或铝合金门窗。第一章双层玻璃幕墙舶基本原理及类型分析双层玻璃幕墙的基本原理双层幕墙的节能是指幕墙在夏季利用“烟囱效应”，通过自然通风换气，降低室内温度；在冬季能产生温室效应，提高保温效果，降低取暖能耗。双层幕墙在夏季的阳光照射下，幕墙通道中的空气被加热，使空气自下而上地流动，从而带走通道中的热空

13、气，达到降低房问温度的作用。另一方面，由于双层幕墙的特殊结构，本身就具有一定的遮阳功能，可减少阳光对空气的辐射，降低房间温度，减少降温负荷，起到节约能源的目的。在冬季，双层幕墙可关闭外层幕墙的通风口，这样幕墙内部的空气在阳光照射下温度升高，减少室内和室外的温度差，也减少了室内温度的外界传递，起到房间保温功效，降低房间取暖费用，双层玻璃幕墙的优缺点：优点：隔声：双层玻璃幕墙由于外皮对于噪声的屏蔽作用，降低了室外噪音对于室内的影响。对城市中心区的，处于很强的交通噪音环境中的建筑尤其适宜。同时，双层玻璃幕墙可以在强噪音环境中，仍然可以引入自然通风，降低了建筑能耗。保温：在冬季，外层幕墙的存在加强了外

14、围护结构的保温性能。通过双层玻璃幕墙之间空气的预热可以有效的降低建筑表面的热损失。而且由于内层幕墙温度相对较高，有利于室内的热舒适性。夜间通风降温：在炎热的夏季，建筑内部温度有可能过高。而双层玻璃幕墙并不是以直接开启方式通风，因而具有安全保护功能，这使得在夏季夜晚下班时间办公楼可以利用夜间凉爽空气，以自然通风的方式进行室内降温。双层玻璃幕墙的遮阳百叶安装在夹层内部，相对单层玻璃幕墙外挂百叶方式，这种方式更有利于保护百叶，尤其是某些功能复杂、造价昂贵的金属百叶，日晒雨淋不仅会减短使用寿命，也会影响其遮阳及反射效果。此外，外挂百叶往往产生环境嗓音，由本著名建筑师桢文彦设计的，位于德国慕尼黑郊外的高

15、技术园采用了外挂式金属百叶，在微风中整日鸣响不已，而在双层玻璃幕墙问设置的百叶就没有这种问题。因外层幕墙的存在，降低了建筑内部的风压，以那热使得高层建筑中部分自由丌窗通风成为可能，仅此一项便可大大降低高层建筑中机械通风所需的能耗。在建筑设计上，双层玻璃幕墙由于使用大面积的玻璃，使建筑获得很高的通透性。自然通风：双层玻璃幕墙一项很重要的优点就是可以允许自然通风。自然通风第一章双层玻璃幕墙的基本原理及类型分析方式不但可以降低空调能耗，而且有利于提高环境的舒适性，增强人体健康。双层玻璃幕墙间层可以作为防火通道使用。节能：由于双层玻璃幕墙提高了建筑保温隔热性能，而且能够较长时间的进行自然通风，所以使建

16、筑可以充分节省能源，降低能耗。缺点：相对于普通建筑，其外围护结构的造价增加倍。夏季，在强烈的阳光照射下，夹层空气中往往温度过高，尤其是当双层玻璃幕墙之司间隔太小而遮阳效果不佳时，其温度有时会超过室外温度，使得通过丌窗获得自然通风无法实现。建筑幕墙的清洁和维护费用增高。双层玻璃幕墙基于对当地气候以及高层建筑特殊的高空环境的考虑，在具备最基本的使用功能的同时，还对外界的不良气候和环境的影响有缓冲和削弱的作用，能够最大限度的降低对不可再生能源的依赖。这种设计思路和出发点对节约能源、创建一个可持续发展的未来必将具有深远的意义。双层玻璃幕墙的分类双层皮幕墙包括外层幕墙、内层幕墙以及中间层三个部分。外层幕

17、墙可以阻隔外部噪音以及不利的气候因素。在外部幕墙上开有通风口以使中间层和内部房问产生自然通风。中间层的空气在外部风压和热压的作用下产生运动。当外部气候环境不适合通风时，如室外气温过低，或风力过大时，开会关闭。目前，外层幕墙普遍使用单层强化安全玻璃或者夹层玻璃。一般会在通风间层内安装遮阳设施以防止夏季暴晒而引起室内过量的制冷负荷。一般情况下，内层幕墙由双层中空隔热玻璃组成，双层玻璃防止冬季时室内热量向外流失。即使在室外不利的气候条件下，内层幕墙也可以打开从而获得自然通风。双层玻璃幕墙可以根据其构造形式以及通风方式的不同可以划分为以下几种类型；箱式双层玻璃幕墙井箱式双层玻璃幕墙走廊式双层玻璃幕墙多

18、层式双层玻璃幕墙可开启式双层玻璃幕墙第一章双层玻璃纂瑞的基本原理及类型分析冬藩互王；：内层雉墙外鹾幕端；水中黼目，图箱式双层玻璃幕墙示意图箱式双层玻璃幕墙箱式双层玻璃幕墙是常见的一种双层幕墙形式。幕墙单元由幕墙单元框架以及向内开启的窗扇组成。外层表皮一般由单层玻璃构成，每一单元的顶部和底部都开有通风口，室外新鲜空气从底部开口进入，同时室内废气从上方开口排出，这样间层以及室内都能获得自然通风。内外层立面之间的通风间层在水平方向上沿建筑轴线或以房间为单元分隔。垂直方向上，一般按层划分。这样就有利的阻止了噪声和气味在各房间之间的传播。一般当建筑外部有高强度噪声或房间之间的隔音性能要求较高时，箱式幕墙

19、被普遍的应用。第一章双层玻璃幕上衢的基本原理及类型分析实例：总部大楼德国埃森大厦层，高，圆筒状的体型使表面积减到最小，从而可以减少能源的消耗。总部大厦的双层幕墙系统由外层的单层平板透明玻璃和内部的双层平板玻璃构成。外层平板玻璃是的强化玻璃，内层玻璃是中空玻璃，内部充有氩气。在内外层之间深度为的通风间层中安装有可旋转调节的铝制百叶。当太阳辐射很强的时候，空腔内气体温度升高，热空气从幕墙单元顶部的开口排出带走热量，同时从底部自然地吸入新鲜空气，每个幕墙单元都成为一个个可以“呼吸”的肺。而在冬季，当通气孔关闭时，空腔中的空气吸收并存储辐射若，成为建筑的“棉袄”。整个玻璃幕墙中的空腔不是连通的，而是根

20、据需要划分为一个个独立的单元。因此空腔中的空气流动可以独立控制，满足不同的控制要求，同时也避免了各单元图总部大间声音的相互干扰。幕墙单元的分隔还起到防止火灾蔓延的作用。幕墙上安装有一种鱼嘴形的装置，室外空气通过“鱼楼双层幕墒细部嘴从每层楼的底部进入空腔。“鱼嘴”这一装置创造了一个风压差，可以将外界进入的气流调整到适宜的速度，这在强风天气下尤其重要。而在无风的天气罩，“鱼嘴，内外的压力差同样可以吸入相当的空气量。“鱼嘴”的具体形式会随建筑层数的增高而略有不同，以适应不同高度的气压。在发生火灾时，“鱼嘴”能防止火焰的蔓延同时迅速排出烟尘。第一章双层玻璃幕墙的基奉原理及类型分析并箱式双层玻璃幕墙井箱

21、式可以看作是箱式双层玻璃幕墙的一种特殊构造。它包括一组箱式单元系统和一个贯通几层的竖井，这样，井箱式双层幕墙之间形成了纵横交错的网状通风系统。由于竖井相对较深，上下温差较大，导致的烟囱效应十分明显，加速了空气的流动，使得井箱式双层玻璃幕墙具有更高的通风效率，在夏季炎热地区尤其适宜。在每一层，竖井都与相邻的箱式幕墙单元以通风口相通，在烟囱效应的驱动下，空气从箱式单元进入竖井，然后从竖井上方通风口排出。即使上升，嫡；囊气流不足时，也可利用机械通风设备将空气娜连逋导出。内；幕墙外描薜墙雏因为可以利用较强的烟囱效应，井箱式双层皮的外层立面开口较少。这对于隔绝外部的噪声是有利的。在实践中，竖直并道的高度

22、有一定的限制，因此井箱式幕墙比较常用于低层建筑。止一示意图型图井箱式坝层玻璃幕墙第一章双层玻璃幕墙的基本原理及类型分析实例：塔楼，德国杜塞多夫由与合作设计的这座办公塔楼，高，双层玻璃幕墙在竖向被分为四组，每一组含有个楼层。竖井贯通这个楼层。因为建筑外部环境有较大的噪音（）同时考虑到竖井中有较强的空气上浮力，所以最终选择了井箱式立面系统。这个建筑在年底投入使用。内部玻璃采用传统悬窗形式，铝制窗框，装有玻璃。竖井部位的内层窗只在有维护需要时才被打开。在两层幕墙之间大约有宽的间层。在间层外处安装有竖向的活动百叶。每一个箱形窗都含有一个高的可开启的进风口，同时在侧面开有连通竖井的排气口。排气口的尺寸要

23、根据其在竖井中的位置确定。空气由外部进入箱型窗，然后进入排气井，最后由排气井顶端排出。冬季为了最大程度的利用太阳热能，可以关闭进气口和排气口，以使空气间层产生温室效应。另外，迸气口可以调节开启大小，以限制过量的气流。当风速达时，为了安全原因，由电动机械控制的进气口会完全关闭。在漫计阶段的模拟试验表明每年有的时间可以利用自然通风。在极端不利的气候条件下，同样可以利用机械通风获得较高的热舒适。图塞尔多夫大楼第一章双层玻璃幕端的基本原理及类型分析？，一一内毖芥墙辨层幕墙，水；隔断，】一”篓竺幽走廊式双层玻璃幕墙示意图走廊式双层玻璃幕墙走廊式双层玻璃幕墙，通风间层空间在竖直方向上每一层都被隔断，即幕墙

24、以层为单位进行水平划分，建筑外侧每层均形成外挂式走廊。如果建筑被走廊式双层幕墙包围，冬季受到阳光照射而温度升高的空气，可以以对流方式流向未受到阳光照射的一侧，使建筑在各朝向上都有一个温度接近的空气缓冲圈。在水平方向上，如果防火、隔音、通风需要时也会在水平方向上设置隔断。外层幕墙的进气口与排气口设置于每层的楼板与天花部位，分别由通风调节盖板控制其开启。上下层进排气口交错布置以防止从下层刚排出的空气又进入上层的通风间层，否则，下层走廊的部分排气又成了上层走廊的进气，这无论对空气质量还是幕墙温度缓冲效果都会产生负面影响。走廊式双层皮的每一个独立通风间层般会与几个房间相邻，因此，走廊式幕墙有可能导致房

25、间之间的声音干扰。第一章双层玻璃幕墒的基本原理及类型分析实例：杜塞多夫城市之门“城市之门”位于杜塞多夫，建筑高度。两栋层高的楼建于城市公路隧道上，上以三层顶楼相连。整个建筑以双层玻璃幕墙外皮包覆，在两栋楼之间形成了一个米高的中庭，同时也赋予了建筑大门的特征。塔楼和顶楼的外立面使用了走廊式双层幕墙。幕墙通风间层有至宽。在冬季或夏季最不利的气候条件下，办公空问内的气温由空调调节，同时机械通风系统可以提供次每小时的通风换气率。走廊式幕墙被疏散楼梯分隔成长的部分，中庭与分隔位于建筑的角部。内层幕墙结构是高性能木质窗框安装夹层玻璃。每两个图塞尔多夫城市之门开问装有可开启的玻璃门，以使办公空间可获得通风。

26、这些门也可让人进入双层皮间层内部，双层皮走廊实际上起到了阳台的作用。高反射率的铝制遮阳百叶设置于靠近外层玻璃处，这样内层幕墙的门扇可以自由开启，也不会妨碍人进入间层。外层幕墙是由厚的强化安全玻璃制成。外层幕墙上下层的开口交错布置。在设计时，计算机辅助气流计算以最优化系统并能获得平稳的气流。第一年的运行数据显示全年一的时间可以自然通风。用户对于自然通风的反应相当积极。图塞尔多夫城市之门走廊式双层幕墙夹层第一章双层玻璃幕墒的基本原理及类型分析多层式双层玻璃幕墙：；善：，在多层式之中，通风闻层不但在水平方向上与若干个房间相邻，而且在竖直方向上覆盖几个楼层。甚至在一些极端情况下，幕墙之间的空间既不做水平分隔，也不做竖向