【关键词】内呼吸式玻璃幕墙　单元体结构　通风系统  噪声控制

一、前言         

呼吸幕墙是双层幕墙的趣称, 发源地为德国。呼吸式幕墙又称为热通道幕墙、双层幕墙、通风式幕墙，国外也称作主动式幕墙（Active　Curtainwall）。随着技术的进步，双层幕墙衍变成了四种形式，代表了它的四个演化过程，分别是整体式、廊道式、通道式和箱体式双层幕墙，后者是目前较新的技术，也就是具备独立换气功能的呼吸幕墙。如今呼吸式玻璃幕墙成为当今欧洲最前卫、最生态的幕墙系统。保温、隔热、节能、降噪、防尘，夹层可作为排出楼内废气通道，保障室内空气清新。中青旅大厦采用的幕墙系统即为内呼吸式玻璃幕墙系统。

二、工程概况

中青旅大厦位于北京市东城区东二环路，由中青旅控股股份有限公司投资兴建，冯．格康，玛格（gmp）及合作者建筑师事务所与中国建筑科学研究院建研建筑设计研究院有限公司联合设计。中青旅大厦为智能型写字楼，建筑物总高度79.5m，地上20层加屋顶设备层，地下3层，总建筑面积为65126.9平方米。

三、内呼吸式玻璃幕墙系统的构造设计

中青旅大厦拥有重要的地理位置，中青旅大厦的东面是以东方银座为代表的现代建筑群，而西面是受国家保护的早期粮仓的围墙。因此，该项目的设计立意就在于创造一个联系东西方景观的视线通廊。为了达到高通透性、外观均匀统一及耗能低之目的，中青旅大厦外墙设计以主动式双层呼吸幕墙(即内呼吸式玻璃幕墙)、索网幕墙及玻璃采光顶相配合而成，令大厦拥有独特外观及超时代感。

其中内呼吸式玻璃幕墙的立面采用深色铝合金饰面的框架，具有强烈的竖向分隔感。框架之间为大片的玻璃，其中一小部分为罩上百页窗帘的可开启扇，为自然通风和排烟提供了条件（见图1）。每个框架的尺寸为2478mm×7200mm,外侧为双层中空绝热玻璃，内侧为可开启的单层钢化玻璃，两者之间为空气腔，空气腔的宽度为340mm（见图2）。空气腔与室内的空气相连通，空气腔的顶部按幕墙单元还安装有循环通风机，进行强制换气，保持楼内的温度和湿度恒定。

图1 玻璃幕墙单元体结构的外立面

图2 玻璃幕墙单元体结构玻璃部分的剖面图

四、内呼吸式玻璃幕墙系统的通风设计

1、 内呼吸式玻璃幕墙通风系统的组成

按照设计意图，地上办公区设置内呼吸式玻璃幕墙。内呼吸玻璃幕墙的通风系统是由回风口、双层幕墙形成的空气腔、排风口和管道风机组成。回风口在室内可开启钢化玻璃的底部水平位置；排风口在双层幕墙单元体空气腔顶端部位。管道风机按幕墙单元进行设置，每个幕墙单元(包括两个框架)设置一台低噪声管道风机。中青旅大厦内呼吸式玻璃幕墙共采用324台低噪声管道风机（机外余压为300Pa,风量为360m3/h,噪声值为52dB）,所有低噪声管道风机均设在吊顶内。冬季抽取室内空气经过幕墙夹层后再送回室内以节能，或者直接排出室外，以增加室内的新风量。夏季抽取室内空气经过幕墙夹层后排出室外，充分的利用室内空气的冷量来达到节能的目的，起到有组织排风及保温节能的作用（如图3所示）。

图3 内呼吸玻璃幕墙系统的平面图

根据咨询公司的建议以及现场的具体情况，在施工时对内呼吸式玻璃幕墙通风系统作了一些改动，如图4所示。

图4  修改后的内呼吸玻璃幕墙系统的平面图

由上图可知，修改后的内呼吸玻璃幕墙系统取消了玻璃幕墙的空气腔和室内的空气再循环的设计，将原设计中的两侧循环送风管取消，冬季抽取的室内空气经过幕墙夹层后不再循环送回室内，而是将室内的空气直接排至室外。经过修改，增加了室内的新风量，降低了初次投资造价，但同时节能效果也有所下降。

2、 内呼吸式玻璃幕墙通风系统的工作原理

冬天内外两层幕墙中间的空气腔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幕墙的外表面温度，减少了建筑物采暖的运行费用。夏天内外两层幕墙中间的空气腔内温度很高，这时打开低噪声管道风机。当低噪声管道风机工作时，双层幕墙空气腔内形成负压，将室内的空气从空气腔底部的回风口先导入双层幕墙的空气腔内，空气在双层幕墙的空气腔内温度升高，形成自下而上有序流动的空气流，在空气腔内上升至上部排风口，{zh1}通过低噪声管道风机抽进排风管道，经过幕墙单元可开启窗扇上端的出风静压箱后直接排出室外。这一循环在室内进行，外幕墙xx封闭。由于回风口是室内空气，空气腔中空气温度与室内基本相同，这就大大节省了取暖和制冷的能源消耗。有分析资料显示，这种双层玻璃幕墙与传统的单层玻璃幕墙相比，采暖时可以节约能源42%～52%，制冷时可以节约能源38%～60%！采用这种系统还可以将北京市外严重的大气污染和沙尘暴拒之门外。

内呼吸式玻璃幕墙是xx封闭的，从常规意义上讲是不能自然通风和排烟的，所以在本项目的外幕墙上额外的加入了可开启部分，以提供独立的自然通风和排烟功能，并保证位于每层的开启窗扇可以满足办公区域排烟的需要。开启窗扇，可以在不影响办公室使用面积的情况下提供自然通风。这些可开启窗扇部分的外面设有百叶，这样，大厦清晰而统一的外观不会受开启外窗的影响，这些外墙防雨百叶也遮挡了各层空调新风机房的新风进风口和为其他设备设置的必要开口。

3、内呼吸式玻璃幕墙通风系统安装的重点和难点

1)    由于中青旅大厦幕墙呼吸系统室内顶部的空间不足，因而不能设置通风管道，只能采用吊顶集气箱，让气流通过百叶上端718mm×100mm宽的吊顶集气箱后再排出室外。吊顶集气箱直接连接到以玻璃宽度为中心的外墙框架上。

2)    由于吊顶空间有限且管线较多，内呼吸式玻璃幕墙的通风系统在安装时还要充分考虑是否存在与其他专业管线是否互相交叉的现象。目前，中青旅大厦的幕墙风机已经安装了一个样板。在安装样板的过程中，发现内呼吸式玻璃幕墙的通风系统与电动窗帘、消防管道和风机盘管的出风箱都存在管线互相交叉现象。为了避免这种现象，项目施工人员经过研究，对静压箱和天圆地方的尺寸进行了调整，将图5所示的幕墙通风系统整体往玻璃幕墙方向平移了将近10cm，为其他管线的安装腾出了安装空间及各专业规范要求的空间。

3)    内呼吸式玻璃幕墙的内层幕墙进行了阻燃8501胶条及密封胶的多道密封处理，因此气密性好。外层幕墙虽然设置有进出气口，但设有外墙防水百叶风口，具有防水功能，能防止大量雨水进入通风道。风管静压箱与玻璃幕墙的连接处采用铆接方式，为保证严密，需要涂抹密封胶粘剂。

4、内呼吸式玻璃幕墙通风系统的噪音控制

1)    外墙采用12mm空气层的中空绝热玻璃已具备很好的隔噪音性能。百叶部分为已备保温棉的双层铝板，同样达到防噪音要求。

2)    为了控制内呼吸式玻璃幕墙通风系统的噪音，整个通风系统的{zd0}流量速度应小于或等于2.0m/s。

3)    百叶上部吊顶风箱及连接的管道应采用防噪材料，避免室外噪音传入室内。

4)    施工中需要注意以下几点：低噪声管道风机需要采用弹簧减震吊架安装，风机与风管的连接处采用帆布软连接，风管的吊架要用橡胶衬垫，以求达到降低噪音的目的。

5)    回风口和排风口分别位于幕墙的最顶端和{zd2}端，对楼外噪音具有{jj0}的隔绝效果。

6)    选择噪音值低的管道风机，使其噪声控制在设计允许的噪声范围内。中青旅   大厦项目的呼吸式玻璃幕墙系统所用的管道风机设计工况的风量值为360m3/h，机外余压为300Pa，功率为150W，转速为2700rpm，设计工况下的噪声值是52dB（A）。为了达到设计要求，在风机的进口和出口处安装软连接，风管采用铝箔金属软管，在风管与幕墙百叶出风口之间设置静压箱。由于空间的限制，静压箱呈不规则形状。为了进一步降低噪音，将静压箱的折角处设计成弧形，使空气流经静压箱时呈层流状，从而进一步降低了噪音，如图5所示。为确保风机在速度控制期间噪声水平降到{zd1}，使用电子调速开关调整风量。

图5 幕墙风机出风口静压箱

为了慎重，在大量安装幕墙风机之前，我们在样板间的吊顶及门窗封闭的状况下做了实验,测得如下数据: 

从测试结果可知，即使房间里的1台幕墙风机和4台风机盘管同时开启，在吊顶及门窗封闭的状态下，办公室里噪声值可以降至42 dB（A），满足设计的50 dB（A）的要求。

5、 内呼吸式玻璃幕墙通风系统的楼宇自控

根据呼吸幕墙风机设置及要求工况条件，楼宇自控系统对幕墙风机和相关风阀的控制提出如下方案：

1)    群控方案：

按照每层2个控制回路进行控制，分别对每一回路的风机启停控制、风机运行状态、内呼吸风阀开关、排风风阀开关进行控制。

控制依据：可根据时间进行定时切换；或增加空气质量探测器（CO2），根据区域空气质量控制内呼吸模式或排风模式。

2)    分区控制方案：

按照每层18个分区进行控制，分别对每一台的风机启停控制、风机运行状态、内呼吸风阀开关、排风风阀开关进行控制。

控制依据：可根据时间进行定时切换；或增加空气质量探测器（CO2），根据区域空气质量控制内呼吸模式或排风模式。

五、内呼吸式玻璃幕墙的功能及优缺点

对于本项目而言，内呼吸式玻璃幕墙系统具有以下功能和优势：

1、双层幕墙的玻璃外表面可以抵御气候的影响，使室温和玻璃内表面的温差降至{zd1}，沿外立面周边的地带变得舒适宜人。尽管建筑使用了通高和通透的玻璃幕墙外表面维护体系，也不会影响室内靠近立面周围地带的气候环境，人们可以在此区域内正常地工作，从而提高建筑内有效的使用面积；

2、本建筑设有集中的外幕墙百叶，内层幕墙可以有效地保护外幕墙百叶，免受人为的破坏；

3、内呼吸式玻璃幕墙在热工性能上也大大优于普通的玻璃幕墙，这种幕墙构造处理可以节约大量的能源；另外，通过积极利用光能，双层幕墙中间的空气加热后可以减少热量在传送以及房间换气时的损失。夏天适当调节外幕墙百叶的开放度和使用恰当的通风计划能够达到{zj0}的遮阳和通风效果，不会妨碍热量散发。

4、双层玻璃及中间的空气腔有效地阻隔了室外噪声，隔音性能良好，大幅度降低噪音，充当了建筑与道路之间的屏障，这一点对于朝向二环路的房间尤为重要，是对办公室品质提升的一大贡献。

5、内呼吸式玻璃幕墙可以使办公室空气自然流通，从而减少使用空调系统、改善人体不适，避免诸如“病态建筑综合症”(Sick Building Syndrome)和“水族箱效应”(Aquarium Effect)等毛病。

6、采用内呼吸式玻璃幕墙的最直接效果是节能，它比单层幕墙采暖节能30%-40%，制冷节能30%-50%。

7、内呼吸式玻璃幕墙具有防止结露的功能。建筑结露危害极大，结露的原因与环境湿度和内外温差大小密切相关，当温差使物体内表面温度低于露点温度时，便会在物体内表面产生结露。内呼吸式玻璃幕墙由于空气腔的温室作用，使内层幕墙玻璃内外两侧的温差减小，内表面温度大大提高。当高于露点温度时就不会出现结露。

    对外层幕墙来说，由于空气腔的存在，一方面使外幕墙内外两侧温差减少，另一方面，潮湿气体随时被换气排出室外，所以，外层幕墙内表面也不会结露，因此呼吸式玻璃幕墙具有防止结露的功能，可以大大提高建筑及装饰的寿命和幕墙的功能。

六、内呼吸式玻璃幕墙值得关注的几个问题

1、幕墙风机数量过多，难以辨别风机运作状态，对楼宇自控及维修的要求较高；

2、室外灰尘和街道污染会影响呼吸幕墙的视窗部分。如使用过滤器收集尘埃颗粒，则会影响气体的排放速度，同时需要定期清理。

七、结语

　  中青旅大厦内呼吸式玻璃幕墙具有施工快捷、节能效果好、抗噪音、防沙尘、通风良好、外型通透等诸多优点。不仅仅改善了建筑物的隔音、隔热、遮阳、通风和采光性能，还能够节约能源，并且增加室内舒适度。当然，也还有些问题需要继续研究探讨，如幕墙风机系统的控制、如何在不影响功能的前提下降低造价以及建成后的使用效率及维修等。

　　建筑幕墙技术与时俱进，“开放与交流、舒适与自然、环保与节能”的建筑原则促使各种新的幕墙节能环保技术不断出现。我们相信随着行业的发展，幕墙技术的不断提高，绿色建筑的普及，在不远的将来，呼吸式玻璃幕墙技术将愈来愈成熟。