通風(fēng)式玻璃幕墻通風(fēng)原理的探討

通風(fēng)式玻璃幕墻通風(fēng)原理的探討 摘 要：根據(jù)氣體體積V、壓強(qiáng)P、溫度T 三個(gè)狀態(tài)參數(shù)，探討通風(fēng)式（雙層）玻璃幕墻的通風(fēng)原理。提出利用地下室“冬暖夏涼”的空氣作為雙層玻璃幕墻之間“空腔”里的介質(zhì)，隔離外層幕墻玻璃向內(nèi)層幕墻玻璃傳遞冷（熱）量，從而保持室內(nèi)經(jīng)空調(diào)采暖系統(tǒng)調(diào)節(jié)的室內(nèi)氣溫相對(duì)穩(wěn)定，達(dá)到節(jié)能降耗的效果。 關(guān)鍵詞：幕墻；通風(fēng)；節(jié)能 通風(fēng)式（又稱雙層式、呼吸式）玻璃幕墻，它是由雙層玻璃幕墻組成，在雙層之間的“空腔”（或稱為通道）里；空氣起作隔離內(nèi)外層玻璃幕墻因空氣溫差產(chǎn)生的冷熱交換，當(dāng)它受到外力（如抽風(fēng)機(jī)）或自然通風(fēng)的作用產(chǎn)生流動(dòng)時(shí)可以被排出；排出“空腔”內(nèi)受到外層玻璃幕墻傳導(dǎo)的冷（熱）空氣；就能排除或減少其對(duì)內(nèi)層玻璃幕墻外表面層氣溫的影響；也就能保持室內(nèi)空氣溫度相對(duì)穩(wěn)定，從而減輕或不增加室內(nèi)空調(diào)或采暖系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。特別在炎熱的夏天或寒冷的冬天，室內(nèi)外氣溫相差很大時(shí)這種節(jié)能降耗更顯著，這是與單層玻璃幕墻的根本區(qū)別。 能不斷排出“空腔”內(nèi)受到外層玻璃幕墻傳導(dǎo)的冷（熱）空氣；這是通風(fēng)式玻璃幕墻功能的關(guān)鍵所在，除了要研發(fā)創(chuàng)新該項(xiàng)幕墻的構(gòu)造技術(shù)、材料技術(shù)、控制技術(shù)外，該項(xiàng)幕墻通風(fēng)原理的探討；特別是探討能以自然通風(fēng)為主、電力通風(fēng)為輔的排出方式更有意義。因僅靠自然通風(fēng)的原理難以保持排風(fēng)的有效性和持續(xù)性；靠電力通風(fēng)排氣會(huì)增加設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用；達(dá)不到節(jié)能降耗目的。 我們知道空氣定向流動(dòng)必須要在流動(dòng)方向的兩端存在壓力差，由壓力高的地方流向壓力低的地方，這種壓力是空氣自身的靜壓與外來的動(dòng)壓之和。而雙層玻璃幕墻之間的“空腔”內(nèi)，沿建筑物高度如何產(chǎn)生下高上低的空氣壓力差使空氣由下而上地流動(dòng)呢？在敞開式外循環(huán)體系通風(fēng)式玻璃幕墻中；夏季“空腔”的空氣在陽(yáng)光照射下升溫；幕墻上下開通風(fēng)口使空氣對(duì)流，產(chǎn)生“煙囟效應(yīng)”，是利用等壓過程中氣溫升高體積膨張（向各方向產(chǎn)生靜壓力）的原理。當(dāng)打開“空腔”上下設(shè)置的進(jìn)排風(fēng)口，“空腔”內(nèi)升溫的空氣在向其他方向膨張受阻的條件下；迫使它向上膨張形成空氣上浮經(jīng)排風(fēng)口排出（并非是上下排氣口之間有靜壓差），帶走外界熱空氣對(duì)內(nèi)層幕墻玻璃外表面氣溫的影響。冬季關(guān)閉外幕墻上設(shè)置的排風(fēng)口，滯留“空腔”的空氣；在陽(yáng)光照射下升溫產(chǎn)生“室溫效應(yīng)”，隔離外幕墻玻璃接受外界冷空氣對(duì)內(nèi)層幕墻玻璃外表氣溫的影響；以保護(hù)室內(nèi)氣溫穩(wěn)定。 上述冬季的“室溫效應(yīng)” 和夏季“煙囟效應(yīng)” 是在有陽(yáng)光照射下的條件形成的，而實(shí)際上還存在著無陽(yáng)光照射；雙層玻璃幕墻之間的“空腔”內(nèi)難以形成冬季“室溫效應(yīng)” 和夏季“煙囟效應(yīng)”。那么是否因無陽(yáng)光照射雙層玻璃幕墻內(nèi)外之間無溫差呢？其實(shí)不然。實(shí)際上在冬季無陽(yáng)光照射的時(shí)段；如一天二十四小時(shí)中早上、晚上、夜間將有十幾小時(shí)；還有降雪下雨天、多云陰天等。室內(nèi)氣溫經(jīng)空調(diào)采暖系統(tǒng)處理會(huì)保持一定的相對(duì)穩(wěn)定的溫度；比如C氏1825度，而室外在無陽(yáng)光照射下氣溫會(huì)更低；甚至于零下十幾度、二十幾度，雙層玻璃幕墻內(nèi)外溫差更大，這些時(shí)段雙層玻璃幕墻之間的“空腔”內(nèi)無“室溫效應(yīng)”，“空腔”內(nèi)的氣溫會(huì)大大降低內(nèi)層幕墻玻璃外表層氣溫，從而降低或影響室內(nèi)溫度。若要保持室內(nèi)穩(wěn)定的溫度就需要增加空調(diào)采暖負(fù)荷。既便夏季炎熱的天氣里無陽(yáng)光照射的時(shí)段；晚上至夜間22時(shí)之前，由于地表在白天陽(yáng)光照射下吸收大量的熱量，到晚上夜間需要散熱蒸發(fā)而使室外氣溫升高，這時(shí)段雙層玻璃幕墻之間的“空腔”內(nèi)；“煙囟效應(yīng)”就沒有白天陽(yáng)光照射下那樣的效果顯著，“空腔”內(nèi)的空氣也會(huì)吸收內(nèi)層幕墻玻璃外表面冷氣溫度而影響室內(nèi)溫度，若要保持室內(nèi)穩(wěn)定的溫度也需要增加空調(diào)制冷負(fù)荷。 作為通風(fēng)式（雙層）玻璃幕墻的本質(zhì)作用；是利用雙層玻璃幕墻之間“空腔”內(nèi)的空氣隔離或減少外界冷（熱）空氣對(duì)室內(nèi)氣溫的影響，使室內(nèi)生活、工作有良好的相對(duì)穩(wěn)定的舒適環(huán)境。而“空腔”內(nèi)作為傳媒介質(zhì)的空氣是分子運(yùn)動(dòng)較為活躍的物質(zhì)之一；即對(duì)物質(zhì)溫度的傳遞（吸熱或放熱）異?；钴S。利用這種“介質(zhì)”本身就存在著矛盾，一方面利用它“隔離”外來冷（熱）量，另一方面它又傳遞（吸收或釋放）外來的冷（熱）量。 利用雙層玻璃幕墻之間“空腔”內(nèi)的空氣介質(zhì)，就要利用它“隔離” 外來冷（熱）空氣的長(zhǎng)處，避它傳遞（吸收或釋放）外來冷（熱）空氣的短處，實(shí)質(zhì)上就是讓它的氣溫與室內(nèi)氣溫相近，降低它向內(nèi)層幕墻玻璃外表面?zhèn)鬟f冷（熱）空氣的能力，減少它對(duì)室內(nèi)氣溫的影響。同時(shí)要讓它在“空腔”內(nèi)上浮流動(dòng)，否則，它滯留在“空腔”內(nèi)的時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)吸收外層幕墻玻璃傳導(dǎo)的外界空氣的冷（熱）量；與內(nèi)層幕墻玻璃外表面氣溫溫差變大；影響室內(nèi)氣溫的變化。在敞開式外循環(huán)體系通風(fēng)式玻璃幕墻中，一般外層幕墻采用中空鋼化玻璃和利用各種形式的遮陽(yáng)板遮陽(yáng)，其意義就在于夏季隔離和遮擋陽(yáng)光照射使“空腔”內(nèi)氣溫升高，減少“空腔”內(nèi)氣溫與內(nèi)層幕墻玻璃外表面氣溫的溫差。打開外玻璃幕墻上下進(jìn)排風(fēng)口讓“空腔”內(nèi)熱空氣上浮流動(dòng)；既帶走內(nèi)層幕墻玻璃外表層升溫的空氣，也減少“空腔”內(nèi)氣溫與內(nèi)層幕墻玻璃外表層氣溫的溫差。 雙層幕墻之間“空腔”內(nèi)的空氣氣溫與內(nèi)層幕墻玻璃外表層氣溫溫差越?。慌c內(nèi)層幕墻玻璃外表層的冷（熱）交換能力越弱；保護(hù)室內(nèi)氣溫穩(wěn)定的能力越強(qiáng)。冬季采取“室溫效應(yīng)” 和夏季采取遮陽(yáng)換氣的“煙囟效應(yīng)”；都是在有陽(yáng)光照射的條件下使“空腔”內(nèi)的氣溫與內(nèi)層幕墻玻璃外表層氣溫溫差減小的措施。在無陽(yáng)光照射的時(shí)段；如何調(diào)節(jié)“空腔”內(nèi)的氣溫與內(nèi)層幕墻玻璃外表氣溫相近？使冬季“室溫效應(yīng)” 和夏季“煙囟效應(yīng)”不受無陽(yáng)光照射的影響而發(fā)揮作用，本文將就此問題進(jìn)行一下探討。 我們知道建筑物地下室的氣溫相對(duì)于外界氣溫可謂“冬暖夏涼”，且一年四季保持相對(duì)穩(wěn)定。它是由于地面層和建筑物長(zhǎng)期隔離室外；不受室外氣溫冷暖變化的影響以及與“地氣”的交換形成的，又因地下室與室內(nèi)電梯井及消防安全樓梯通道相通，因此常年與室內(nèi)氣溫相近。并且與停車場(chǎng)的進(jìn)車道相通；由進(jìn)車道通向外界可引進(jìn)室外新鮮空氣，故地下室空氣可謂是無能耗資源。若把地下室空氣引入雙層玻璃幕墻之間“空腔”內(nèi)作為介質(zhì)；隔離內(nèi)外層玻璃幕墻之間空氣的冷（熱）交換；對(duì)建筑物內(nèi)空調(diào)采暖系統(tǒng)的節(jié)能降耗將更有意義。 在通風(fēng)式玻璃幕墻中；“封閉式通風(fēng)體系”外層玻璃幕墻為全封閉狀態(tài)，內(nèi)層玻璃幕墻下部開設(shè)通風(fēng)口，室內(nèi)空氣經(jīng)該風(fēng)口進(jìn)入雙層玻璃幕墻之間“空腔”，“空腔”與室內(nèi)空調(diào)采暖系統(tǒng)的抽風(fēng)管相通，通過空調(diào)采暖系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行；強(qiáng)制性使“空腔”內(nèi)空氣流動(dòng)循環(huán)，使內(nèi)層幕墻玻璃外表面氣溫接近室內(nèi)氣溫，以達(dá)到室內(nèi)氣溫穩(wěn)定。但這種以室內(nèi)經(jīng)過空調(diào)采暖系統(tǒng)制冷（或加溫）的氣體作為“隔離”介質(zhì)是一種資源浪費(fèi)，同時(shí)為使“空腔”內(nèi)空氣循環(huán)流動(dòng)；需要借助專用設(shè)備的運(yùn)行驅(qū)動(dòng)又增加消耗能源。所以“封閉式通風(fēng)體系”的玻璃幕墻不被采用也在情理之中。 利用空氣壓強(qiáng)P、體積V和溫度T三者之間的關(guān)系，當(dāng)室內(nèi)外空氣壓強(qiáng)P不變時(shí)（其實(shí)對(duì)建筑物所在地；室內(nèi)外的大氣壓是一樣的）；空氣的體積V隨著空氣溫度T的升高而膨脹。敞開式外循環(huán)體系通風(fēng)式玻璃幕墻夏季的“煙囟效應(yīng)”；就是利用“空腔”內(nèi)氣體升溫自然膨脹形成氣流，故稱自然通風(fēng)。 利用“封閉式”和“敞開式”通風(fēng)式玻璃幕墻各有的特點(diǎn)；引入地下室空氣作為雙層玻璃幕墻之間“空腔”的介質(zhì)；來實(shí)現(xiàn)通風(fēng)式玻璃幕墻節(jié)能；特別是針對(duì)無陽(yáng)光照射條件下的節(jié)能很有現(xiàn)實(shí)意義。因?yàn)榈叵率业臍鉁叵鄬?duì)于外界氣溫是“冬暖夏涼”；常年與室內(nèi)氣溫接近，用這種介質(zhì)對(duì)保護(hù)內(nèi)層幕墻玻璃外表氣溫不被散失；保持室內(nèi)氣溫穩(wěn)定，且在無陽(yáng)光照射的條件下也能發(fā)揮冬季“室溫效應(yīng)”和夏季“煙囟效應(yīng)”。 引入地下室空氣到雙層玻璃幕墻之間的“空腔”里，類似“封閉式”和“敞開式”通風(fēng)式玻璃幕墻下端開風(fēng)口；即在地下室外圍護(hù)墻體上部開排氣口；地下室空氣通過排氣口經(jīng)構(gòu)筑的風(fēng)道（風(fēng)道出口要高出室外地面1M左右，且在雙層玻璃幕墻之間）進(jìn)入“空腔”，在外層玻璃幕墻的頂部開設(shè)排氣口，使地下室排氣口與外層玻璃幕墻的頂部的排氣口之間因溫差而產(chǎn)生壓力差，形成自然通風(fēng)的效果（當(dāng)然上下排氣口需要裝置防護(hù)網(wǎng)和控制風(fēng)量風(fēng)向?qū)Я靼偃~片）。這也是利用空氣壓強(qiáng)P、體積V和溫度T三者之的關(guān)系中當(dāng)體積V不變時(shí)氣溫T上升壓強(qiáng)P增大的原理。 冬季在無陽(yáng)光照射時(shí)段（這段時(shí)間比有陽(yáng)光照射的時(shí)段更長(zhǎng)；達(dá)十幾小時(shí)），內(nèi)外層玻璃幕墻之間氣溫相差很大（如果室內(nèi)氣溫設(shè)置在C氏1825度：室外氣溫會(huì)零下甚至于零下十幾度、二十幾度），雙層幕墻之間“空腔”里的空氣在內(nèi)外層玻璃氣溫相差很大的條件下進(jìn)行冷熱交挽；會(huì)大量吸收內(nèi)層幕墻玻璃外表面的熱量而降低室內(nèi)的氣溫。地下室氣溫“冬暖”與室內(nèi)氣溫相近；將它引入雙層幕墻之間“空腔”里；它與內(nèi)層幕墻玻璃外表面的氣溫溫差??；吸收內(nèi)層幕墻玻璃外表面熱量的能力低；以達(dá)到保持內(nèi)層幕墻內(nèi)側(cè)氣溫穩(wěn)定的作用。夏季在無陽(yáng)光照射時(shí)段；利用地下室氣溫“夏涼”的特征；將它引入雙層幕墻之間“空腔”里；它與內(nèi)層幕墻玻璃外表面的氣溫溫差也很小；與內(nèi)層幕墻玻璃外表面的冷（熱）交換能力低；同樣對(duì)保持內(nèi)層幕墻內(nèi)側(cè)氣溫的穩(wěn)定起作用。 地下室空氣氣溫“冬暖夏涼”，常年較為穩(wěn)定，并且是無能耗資源。室內(nèi)經(jīng)空調(diào)采暖系統(tǒng)調(diào)節(jié)的空氣溫度也較為穩(wěn)定，兩者的氣溫相近；相互冷（熱）交換能力弱，因此利用地下室空氣作為雙層幕墻之間“空腔”里介質(zhì)；隔離外層幕墻玻璃傳導(dǎo)冷（熱）應(yīng)該是理想的選擇。特別在冬季無陽(yáng)光照射的條件下對(duì)它的利用更有意義。如果地下室空間足夠大于雙層幕墻之間“空腔”的空間，能使地下室“冬暖夏涼”的空氣持續(xù)引入“空腔”并使它循環(huán)使用，不僅室內(nèi)空調(diào)采暖系統(tǒng)可節(jié)能降耗；甚至雙層幕墻內(nèi)層或外層幕墻不需用中空玻璃及百葉遮陽(yáng)板；還將大大減少幕墻的投資。 通風(fēng)式（雙層）玻璃幕墻作為幕墻節(jié)能的發(fā)展方向，已越來越引起業(yè)內(nèi)人士的重視。