1、湖南省人民医院 湖南长沙1、项目概况湖南省人民医院医疗急救外科大楼采用了呼吸式幕墙系统。主体工程平面呈 8 字形，外立面造型独特，利用透明玻璃、透明玻璃百页、银白色铝合金百页和印刷玻璃等色泽和曲线变化勾络出建筑独特丰韵。本工程采用了呼吸式幕墙，其技术核心是一种有别于传统幕墙的特殊幕墙热通道呼吸式幕墙。在外层幕墙和内层中空玻璃平开窗中间有一个 600mm 空气缓冲区域，在空气缓冲区域的上下两端有进风和排风设施。呼吸式幕墙系统工作原理在于冬天内外两层幕墙中间的热通道由于阳光的照射温度升高，像一个温室。这样等于提高了内侧中空玻璃平开窗的外表面温度，减少了建筑物采暖的运行费用。夏天外层幕墙和内层中空玻
2、璃平开窗中间的热通道内温度很高，这时打开热通道上下两端的进排风口，热空气自然向上运动，形成从下而上的空气流，在热通道内产生烟囱效应，在通道内运动的气流带走通道内的热量，这样可以降低内层中空玻璃平开窗的外表面温度，减少空调负荷，节省能源。通过将外侧幕墙设计成敞开式，内侧中空玻璃平开窗设计成开启式，使通道内上下两端进排风口的调节在通道内形成负压，利用室内两侧外层幕墙和内层中空玻璃平开窗的压差和开启扇可以在建筑物内形成气流，进行通风。为防止灰尘大量进入幕墙内的空气层，在通风口处设置防尘装置，保证了进入室内的空气清洁。室内的污浊的空气通过空气热压作用，排出室外。其工作原理是在呼吸幕墙设计过程中，运用空
3、气热压原理和烟囱效应，在幕墙进风口形成正压区，使自然风进入缓冲区；在出风口形成负压区，使室内污浊空气通过缓冲区，排出室外。在自然通风的系统设计中，防尘介质的选用直接关系到通风效果。2、通风式双层玻璃幕墙系统2.1 幕墙系统湖南省人民医院医疗急救外科大楼项目中使用的通风式双层玻璃幕墙由外层玻璃、空腔、内层玻璃、遮阳系统及强排风系统组成。其中，外层玻璃起保护、限定内部空间及隔声的作用，而内层玻璃一般起到主要的保温、隔热作用；玻璃层中间的空腔起到隔绝极端温度、空气流通交换和隔声的作用；空腔中的遮阳系统阻挡了夏季大部分的直射辐射。以上所有的组成部分都可用不同的方式排列组合，以应对不同的使用需求。其典型
4、部位的剖面图如下图所示：通过合理的开启内外幕墙，调节中间区域的通风，夏季可以排出太阳辐射造成的余热，冬季可以关闭开口，形成一个温室，还可以利用太阳辐射进行新风预热，为减小建筑物冷热负荷创造了可能性。这样可以减小空调系统冷却（供暖）的容量、减少年运行时数，从而达到节能的目的，甚至有可能通过空调系统初投资和运行费用的节省，来回收投资当中高出的部分。2.1.1 幕墙材料幕墙各部分所采用的主要材料及其性能参数如下：窗框：铝合金框外层玻璃：双层钢化夹胶玻璃，规格：6+1.52PVB+6mm 。K 值：3.6，SC 值：0.85内层玻璃：双层 Low-E 中空玻璃，规格： 6+12A+6mm。K 值：2.
5、01 ， SC 值：0.37遮阳百叶：帘片选用 80mm 宽铝合金叶片。2.1.2 运行方式本项目中所采用的幕墙系统按照冬、夏两季不同的室外工况和室内需求分别采用不同的运行模式，下图为该双层通风幕墙的典型运行方式 夏季工作原理图 冬季工作原理图3、 通风原理与热过程3.1 幕墙通风原理该幕墙的通风系统是由进风口、双层玻璃幕墙形成的空腔、排风口和管道风机组成。其通风系统的工作原理是：在热压或风压的作用下，双层玻璃幕墙空腔内形成负压，将室内的空气通过底部的进风口导入双层玻璃幕墙空腔内，空气在空腔内形成自下而上的空气有序流动，最后通过机械设备将腔内热空气排到室外。3.2 典型热过程双层通风式玻璃幕墙
6、传热情况可以分为冬夏两种情况分别考虑。在夏季，当双层通风式玻璃幕墙内遮阳百叶垂下时，其传热过程示意图见下图。在室外空气温度和太阳辐射热作用下，热量由室外向室内传递，利用呼吸气流可以带走部分热量，从而减少了向室内的热量传递。在冬季，为了充分利用太阳辐射得热，双层通风式玻璃幕墙内遮阳百叶一般都处于收起的状态。双层通风式玻璃幕墙传热过程示意图见下图。在室内外空气温差的驱动下，热量由内向外传递。但是，双层玻璃幕墙空腔内气流不流动，空气间层的热阻作用可以减少向室外的传热量。此外，由于没有遮挡，太阳辐射会透过外层玻璃，直接照射到内层玻璃，内层玻璃吸热，虽然部分热量会向室内外散热，但是，内层玻璃内表面温度不
7、会下降很大，有利于室内热舒适。冬季南向内遮阳百叶收起时双层玻璃幕墙传热过程示意图4、 双层玻璃幕墙系统热工分析4.1 各工况计算条件冬季：温度：室内：18；室外：1.3综合换热系数：室内：8.7W/m2.K；室外：23W/m2.K室外风速：2.7m/s水平面太阳总辐射：83W/m2夏季：温度：室内：26；室外：32.7 综合换热系数：室内：8.7W/m2.K；室外：19W/m2.K室外风速：2.6m/s水平面太阳总辐射：205W/m24.2 计算结果按照冬季北向无遮阳、夏季南向有遮阳分别进行计算，结果如下：（1）冬季北向无遮阳百叶时双层空腔、玻璃表面温度模拟结果。按照民用建筑热工设计规范的要求
8、，对冬季工况条件进行计算可知：内层玻璃内表面温度面积加权平均值为 16.3。此时，玻璃内表面温度高于室内露点温度，因此上述部位不会有结露现象产生，满足民用建筑热工设计规范的建筑构件结露设计要求。在幕墙不通风的情况下，幕墙间层遮阳百叶收起时，双层通风式玻璃幕墙综合传热系为 1.3W/m2.K。（2）夏季南向遮阳百叶垂下时双层空腔风速场及幕墙温度场模拟结果。夏季工况，内层玻璃表面温度面积加权平均值为 27.48。在双层通风式幕墙通风的情况下，双层通风式玻璃幕墙综合传热系为 1.62W/m2.K。4.3 结果分析按照国家公共建筑节能设计标准的要求，透明玻璃幕墙传热系数 K 应小于 2.5 W/(m2
9、?K)。上述计算结果表明，本方案满足公共建筑节能设计标准的要求。5、通风性能分析当幕墙在自然通风状况下时，幕墙下部进风口处平均风速为：1.195m/s；上部出风口处平均风速为：1.219m/s，进出口压差为 26.3Pa，每延米换气量为 1.46 m3/s，换气次数为 0.36/次。由以上计算可知，自然通风状况下的换气次数不能达到使用要求。为了保证室内合理的换气次数，需要依靠上部出风口处风机实现。当由风机来满足室内换气次数要求时，若幕墙进出风口均开启时，由于空气经过房间内部流通通道的阻力远远大于空腔内部的流动阻力，此时很难满足室内换气要求。此时，必须关闭幕墙下部的进风口，以在出风口与房间内部之间形成通风途径，达到更换室内空气的效果。6、结论通过对通风式双层玻璃幕墙的模拟分析，可以得到如下结论：（1）在夏季，幕墙通风、遮阳百叶下垂时，双层玻璃幕墙综合传热系为 1.62W/m2.K。（2）在冬季，幕墙不通风、遮阳百叶合上时，双层玻璃幕墙综合传热系为 1.3W/m2.K。（3）在冬季设计工况下，幕墙的玻璃内表面温度不会有结露现象产生，满足民用建筑热工设计规范的建筑构件结露设计要求。（4）房间换气次数的要求必须通过出风口风机实现。
