生態幕牆即熱通道幕牆（又稱氣循環幕牆、呼吸幕牆、綠色幕牆、健康幕牆等）是由一層外層玻璃幕牆和一層內層玻璃幕牆（或玻璃窗）組成的雙層玻璃幕牆，兩層玻璃幕牆之間留有一空腔（通道），這個通道稱為熱通道
基本介紹
- 中文名：生態幕牆
- 類型：建築生態牆
概念,簡介,
概念
生態幕牆，它是隨著建築生態化的發展而發展的，根據建築物的使用功能或使用要求，能夠改變建築生態和建築色彩的建築稱之為生態建築。根據使用功能或使用要求，能夠改變生態和色彩的建築幕牆稱之為生態幕牆，生態幕牆是生態建築的一種，是生態外圍護結構的建築。它是以“可持續發展”為戰略，以使用的高新技術為先導，以生物氣候緩衝層為重點，節約資源，減少污染，是健康舒適的生態建築外圍護結構。
簡介
生態幕牆即熱通道幕牆（又稱氣循環幕牆、呼吸幕牆、綠色幕牆、健康幕牆等）是由一層外層玻璃幕牆和一層內層玻璃幕牆（或玻璃窗）組成的雙層玻璃幕牆，兩層玻璃幕牆之間留有一空腔（通道），這個通道稱為熱通道。二十世紀八十年代後期歐(美)洲出現了熱通道幕牆，在德國1994--1998年為熱通道幕牆發展高峰期。
德國工程師比勒菲爾德在他的文章《雙層幕牆技術 一個節約能源的設計方案》中提出了熱通道幕牆的設計原理。他指出：“自從1995年採暖規劃生效以來，新建築的採暖所用能量減少了30%，根據1999年制定的2000節能規則，新建築使用的採暖能量還要再減少25~30%。這就要求建築物減少對外散熱。現代化辦公樓內除了使用暖氣外，內部還有取暖設施和電力消耗，因此有很大的節能潛力。
出於這種原因，節能型幕牆與建築技術緊密結合的設計方案就有了極其重要的意義，能量使用要儘量減少，同時又要讓人住得舒適，這樣雙層幕牆將會起到重大的作用。這是一種特別的幕牆結構，它在一個傳統的幕牆外再增加一層玻璃幕牆，通過幕牆的通風設備的開關可使雙層幕牆中間進入或逸出空氣，開窗後房間可進行自然通風，幕牆中間的遮陽裝置可減少氣候的影響，並且不妨礙玻璃幕牆的外觀效果。
雙層幕牆對節約能源有以下作用：積極利用光能、遮陽、利用空氣（冬季吸氣，夏季夜間冷卻）。”
玻璃幕牆熱工性能要受其存在的空間環境中多種因素的影響，其中最主要的是太陽輻射熱和幕牆玻
璃內外側存在空氣溫度差時的傳熱影響。對熱通道幕牆的節能要從它的傳熱特點來分析，即分析太陽輻射傳熱和玻璃幕牆內外溫差傳熱及其轉換。
1、單層幕牆玻璃的傳熱
單層幕牆玻璃傳熱分為無太陽輻射時傳熱和有太陽輻射傳熱兩種情況討論。
A、無太陽輻射時單層幕牆玻璃的傳熱。當室內溫度高於室外溫度時，室內向室外傳熱，（主要是冬季時的情況），這時室內熱空氣溫度通過對流、輻射等複雜的傳熱過程傳給玻璃內表面，玻璃內表面溫度高於外表面，通過傳導將溫度傳導到外表面，再通過對流、輻射等複雜的傳熱過程傳給室外空氣。當室外溫度高於室內溫度時，由室外通過同樣原理向室內傳熱。 B、有太陽輻射時單層幕牆玻璃的傳熱除了溫差傳熱外，還有太陽輻射傳熱，當夏季室外溫度高於室內時，室外高溫向室內低溫傳熱，同時太陽輻射向室內傳熱，太陽輻射熱在玻璃外表面被反射一小部份，一部份被玻璃吸收後向室內、外傳熱，一部份透射到室內加熱室內空氣；冬季太陽輻射向室內傳熱，而室內高溫向室外低溫傳熱。
2、雙層玻璃幕牆玻璃的傳熱
A、無太陽輻射時，雙層玻璃幕牆的傳熱。當室內溫度高於室外溫度時，室內向室外傳熱，（主要是冬季時的情況），這時室內高溫度空氣通過對流、輻射等複雜的傳熱過程傳給雙層玻璃幕牆內層玻璃內表面，玻璃內表面溫度高於外表面，通過傳導將溫度傳導到外表面，通過對流、輻射等複雜的傳熱過程傳給熱通道內空氣，熱通道內高溫度空氣通過對流、輻射等複雜的傳熱過程傳給雙層玻璃幕牆外層玻璃內表面，玻璃內表面溫度高於外表面，通過傳導將溫度傳導到外表面，再通過對流、輻射等複雜的傳熱過程傳給室外空氣。當室外溫度高於室內溫度時，由室外按同樣原理向室內傳熱（圖3-2a）。
B、有太陽輻射時，雙層幕牆玻璃的傳熱除了溫差傳熱外，還有太陽輻射傳熱，夏季太陽輻射熱在外層玻璃外表面被反射一小部份，一部份被玻璃吸收後向室外、熱通道內傳熱，一部份透射到熱通道內加熱熱通道內空氣，同時室外高溫度向熱通道內傳熱，使熱通道內溫度升高，透射過熱通道的太陽輻射熱在內層玻璃外表面被反射一小部份，一部份被玻璃吸收後分別向熱通道、室內傳熱，一部份透射到室內加熱室內空氣，同時熱通道內高溫度空氣向室內傳熱，使室內溫度升高，當太陽輻射傳熱量很大（而沒有空調時），也有可能使室內溫度高於室外溫度，這時室內向室外傳熱，這就是說夏季影響室內溫度的熱源有兩方面即太陽輻射傳熱和室外溫度高於室內溫度時的溫差傳熱，它們都會使室內溫度升高。冬季太陽輻射熱在外層玻璃外表面被反射一小部份，一小部份被玻璃吸收後傳向室外、熱通道內，太陽輻射熱在內層玻璃外表面被反射一小部份，一部份被玻璃吸收後又向熱通道、室內傳熱，一部份透射到室內加熱室內空氣，同時熱熱通道內高溫度空氣向室內傳熱，提高室內溫度。當室外溫度低於熱通道（室內）時，通過幕牆玻璃和熱通道傳熱，室內溫度將有較多傳向室外，造成室內熱能損失。
根據深圳市建科院和深圳三鑫公司對單層透明玻璃幕牆，陽光控制鍍膜玻璃單層幕牆、雙層透明玻璃幕牆（熱通道寬450mm）進行實測結果如下：
以上實測結果表明太陽輻射熱透過外層玻璃，通過熱通道後進入室內的太陽輻射熱衰減比單層透明玻璃幕牆少的主要原因是內層玻璃透射比，也就是說熱通道本身對減少太陽輻射熱的貢獻不大。從各種雙層玻璃幕牆工程實例看，不管是北京旺座中心雙層玻璃幕牆、還是深圳電視台雙層玻璃幕牆都明確指出，夏季必須在熱通道內設遮陽簾來阻止太陽輻射熱進入室內。
設在熱通道內的遮陽簾將大部分太陽輻射熱反射到熱通道內，有一小部分透過遮陽簾（視遮陽簾透射係數而異，硬片遮陽百頁則沒有透射）射到內層玻璃上，內層玻璃反射、吸收一部分，其餘部分通過內層玻璃透射進入室內，由遮陽簾反射到熱通道的太陽輻射熱，使熱通道升溫，根據上海菸草科技中心雙層幕牆評估結果，採用不同反射比的遮陽簾，熱通道內溫度比室外高10.6~180C。
單層玻璃幕牆也可用遮陽簾來阻止太陽輻射進入室內，因此在評價雙層玻璃幕牆節能效果時，不宜把設遮陽簾的效應作為雙層玻璃幕牆的貢獻，不過在熱通道內設遮陽簾在建築藝術上要勝過單層玻璃幕牆。
我們不能將熱通道當作具有熱阻功能的空氣層，而是有空氣熱壓和煙囪效應的通道，太陽輻射使熱通道空氣升溫，對不同高度通道，不同進（出）風口的熱通道，要使熱通道內空氣從排風口排出，必須要使熱通道內空氣溫度高於室外溫度，一般最小臨界溫度要大於4度才能產生煙囪效應，也就是說幕牆保溫性能（幕牆玻璃兩側有在空氣溫度差的條件下，幕牆玻璃阻抗從高溫一側向低溫一側傳熱的能力）計算溫度，單層玻璃幕牆外側是室外空氣溫度，但是熱通道幕牆影響室內溫度的是內層玻璃，而內層玻璃外側的溫度比室外溫度高4~20度，所以在計算熱工性能時要用熱通道內計算溫度計算內片玻璃向室內的傳熱。同理在評估空氣滲透性能時，也要用熱通道與室內壓力差和熱通道內空氣溫度來進行計算。
不同地區(不同緯度)、不同朝向、不同時段的太陽輻射是不同的，上海市（北緯31度10分、大氣透明度5級），不同朝向、不同時段透過標準窗玻璃的太陽輻射照度（W/m2）見表2。
從表1所列每日室外太陽輻射熱隨天氣(晴天、少雲、多雲、陰天、下雨及夜晚) 變化的參數，可以看出天氣對太陽輻射熱的影響，以晴天為100%、少雲時為<100~30%、多雲時為<30~10%、陰天時為<10%、下雨及夜晚為0 ，不同城市、不同年份不一樣，一般採用10年紀錄進行數理統計後採用。太陽高度角，決定了太陽對幕牆的入射角，入射角不同，幕牆桿件，熱通道內擱柵等對太陽輻射熱的遮
擋不一樣，上海市（東經121度26分、北緯31度10分、海拔4.5米）太陽高度角見表3。
上海菸草科技中心按上述條件，太陽高度角夏季取夏至日，冬季取冬至日，夏季為7--9月共92天，冬季為12月到次年2月共90天，對此期間每個太陽時的晴天、少雲、多雲、陰天、下雨的日數統計，用THERM軟體進行24小時遂時計算，匯總結果為：
冬季室內計算溫度220C、室外遂時計算溫度 -40C~40C時節能4.6% ，夏季室內計算溫度240C、室外遂時計算溫度280C~ 340C時節能11% 。這個結果與某些國外幕牆企業產品資料中，按太陽輻射熱每天24小時都定值為604W/m2 計算結果：採暖時節能35~45%、製冷時節能30~35%，大相逕庭。
浙江省某市電力大樓採用7000m2雙層幕牆，每m2造價比單層幕牆高1200元，總計增加造價840萬元，按電價0.42元/度計，可購電2000萬度，該建築全部空調年用電(按每天20小時、每年200天計)為100萬度，增加的造價可供空調用電二十年。840萬元按年利率5%計，年利息42萬元，相當於一年的電費。
從以上分析中可以看出，雙層玻璃幕牆對不同地區產生的效應是不同的。趙西安教授指出對雙層玻璃幕牆要進行全面的經濟技術分析來評估其節能效果（包括投入產出比、貸款利息）。我們要全面分析雙層玻璃幕牆熱工性能，對夏熱地區，當採用外循環雙層玻璃幕牆時，要使熱通道內的空氣流動上升，熱通道內溫度最少要比室外溫度高4度，在進行熱工平衡時，要計算通過熱通道幕牆進入室內的太陽輻射，而內層玻璃外表面的溫度比單層玻璃外表面溫度（室外溫度）高4~20度，對此二因素和漏氣（熱通道內空氣比室外空氣溫度高4~20度）傳熱等進行綜合平衡來評估節能效果。而對冬冷地區，則要考慮雙層玻璃幕牆通過熱通道進入室內的太陽輻射熱比單層玻璃幕牆少，而內層玻璃外表面溫度高於室外溫度進行綜合平衡來評估節能效果。對各氣候分區（嚴寒地區、寒冷地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區、溫和地區）分別進行評估選用。
進入二十一世紀，人類對居住環境的要求越來越高，創造一個舒適的室內居住環境提到重要的議事日程上來，它不僅要求適宜的室內溫度、濕度，同時要求室內的空氣品質要達到一定標準，2002年11月19日國家發布了《室內空氣品質標準》GB/T18883---2002（2003年3月1日實施），這個標準規定室內空氣應無毒、無害、無異常嗅味。室內空氣品質標準見表4。
GB/T18883--2002《室內空氣品質標準》規定了室內空氣中可吸入懸粒PM10 1h均值不大於0.15mg/m3，環保部門對室外空氣中PM10規定了分級控制指標，並進行監測，定期發布空氣品質公告，隨著機動車保有量快速增長，上海市空氣污染特徵已由煤煙型污染轉變為燃煤和燃油混合後的複合型污染，大氣中顆粒特粒徑分布也伴隨發生變化，在一定氣象條件下，複雜的光化學反應會產生大量微小顆粒。上海市一個位於西北部監測點（監測點周圍500米範圍內主要是居民住宅、無高大建築和交通幹道、綠化良好）測得的PM25日平均濃度與國外環境標準（國內無PM25環境標準）相比超標率為37.6--81.9%，最大超標倍數為2.97--9.32。
研究表明，含有大量污染物的微小顆粒物，尤其粒徑小於2.5μm(PM25) 以下的微小顆粒物對人體的危害最甚，它們可以通過呼吸道進入並沉積在肺泡組織，導致呼吸系統疾病，有致癌作用，還能直接進入血液循環系統，引起高血壓、動脈硬化、心臟病甚至死亡，因此治理PM25及PM10刻不容緩。除了國家制定PM25環境標準，進行日常監測，進一步加大機動車尾氣排放控制和治理力度。控制從室外進入室內的空氣品質也是改善室內空氣品質的重要措施。
熱通道幕牆的節能效果與其投入產出比，達不到預期要求，能否發揮其它方面的作用呢？
從表4可以看出室內空氣品質物理性對室內溫度、濕度提出了要求，室內溫度、濕度等可通過採暖、通風和空氣調節的手段來達到，如果雙層玻璃幕牆設計得好，改善幕牆熱工性能，可減少採暖通風和空氣調節的費用，即前一階段對雙層玻璃幕牆的唯一評價（節能）。室內空氣品質還要求化學性、生物性、放射性達到一定要求，室內、外空氣流動時，對從室外進入室內的空氣品質進行控制（即控制進入室內空氣中二氧化硫、二氧化氮、PM10和PM25等的濃度）也是改善室內空氣品質的重要措施。
幕牆作為外圍護構件有過濾器的作用，這種過濾器的作用正好由熱通道幕牆來發揮，於是有的中低層建築熱通道幕牆將進風口設在下沉式地下室內，在其中設水幕，空氣通過水幕進入熱通道時，水幕將空氣中可吸入顆粒物、二氧化硫、二氧化氮等融入水中排走，使進入熱通道內空氣中這些有害物質低於室外空氣中的含量，這樣通過熱通道進入室內的空氣品質就會大大改善。
上海菸草科技中心根據有關部門提供的資料，該建築所在地區室外空氣中二氧化硫年日均值為0.04mg/m3、二氧化氮年日均值為0.03mg/m3、可吸入顆粒物年日均值為0.1mg/m3。為使進入室內空氣品質經過熱通道過濾，減少上述有害物質含量，上海菸草科技中心招標安裝“環保節能型” 熱通道幕牆，招標書對熱通道幕牆熱工及通風設計提出以下要求：
1、夏熱地區、夏季：能有效的阻止（減少）太陽輻射進入室內，減少內層玻璃外表面溫度，從而降低通過內層玻璃進入室內的熱量，採用適當的內層幕牆氣密性，減少滲透到室內的熱空氣量，（同時要求滲透的空氣溫度儘量降低），提高室內環境質量，降低空調能耗。
2、嚴寒（寒冷）地區、冬季：充分利用太陽輻射熱，即一方面使儘可能多的太陽輻射熱進入室內，同時太陽輻射熱加溫熱通道溫度，使內層玻璃外表面溫度高於室外溫度，減少室內溫度通過玻璃向外傳熱，甚至當熱通道溫度高於室內溫度時向室內傳熱，提高室內環境質量，減少空調（採暖）費用。
3、溫和地區、春秋季（夜晚、雨天）：能保持通風，使熱通道空氣新鮮潔淨，與室內空氣流通，改善室內環境質量。
4、空氣品質：對可吸入顆粒物進行控制，將進風口1.5mm*1.5mm的金屬防蟲網進行靜電處理（帶靜電濾網），達到吸塵的目的（即將顆粒為2.5~10μm的可吸入顆粒物在通過濾網時由於靜電被濾網吸收一大部分）、並採用HBW空氣淨化顆粒，使熱通道內二氧化硫、二氧化氮、總浮懸顆粒物和可吸入顆粒物PM10比室外同期低20% 。
5、幕牆的構造設計要精儘量使熱通道內平直、減少折角，避免積灰、便於清洗，與雙層幕牆移交使用後對熱通道及玻璃內外表面的擦洗、清潔的工藝相配套。
採用箱體雙層幕牆時，外層幕牆與內層幕牆連線設計的連線件必須保證在自重和豎向地震作用下外層幕牆不下垂，在水平作用下的必要可靠度，還要考慮幕牆組件在存放、運輸、吊裝、定位過程中保持完整性和原有的可靠性，不能改變幕牆組件的形狀及連線的可靠度。對內層幕牆與主體結構的連線必須達到內層幕牆與主體結構連線過程中和連線完成後不造成幕牆變形。
6、施工組織設計要保證熱通道內潔淨、一塵不染。每道工序（桿件加工、單元框拼裝、單元組件組裝、雙層箱體組裝）均有潔淨工藝，必須保證進入下道工序前該工序熱通道內的潔淨。箱體式雙層幕牆在吊裝過程和吊裝固定後要採取保護措施，不允許有任何不潔淨物進入熱通道內任何部位，即要做到雙層幕牆單元組件在吊裝、固定過程中及固定後熱通道內做到一塵不染，以保證今後使用中達到生態（綠色、環保）幕牆的目標。
箱體式雙層幕牆埋放、運輸、吊裝定位，要保證單元組件埋放、運輸、吊裝過程不影響單元組件的完整性和結構可靠度，即結構的連線強度和允許偏差仍保持規定的要求。
A、運輸前單元組件應做好成品保護；
B、裝卸及運輸過程中，當外層幕牆與內層幕牆無論採用一端連線或兩端連線，均要採用輔助連線件臨時將內外單元連成一個有足夠剛度的整體，並採用有足夠承載能力和剛度的周轉架，周轉架上襯墊彈性墊，保證組件相互隔開並相對固定，不得相互擠壓和串動；超過運輸尺寸的單元組件，應採取特殊措施；
C、單元組件應擺放平衡，不應造成組件或型材變形，在運輸過程中應採取措施防止顛簸。有兩家德國幕牆公司、一家國內幕牆公司按以上要求投標，最後選擇一家幕牆公司設計、施工，我們期待這種“環保節能型”熱通道幕牆早日建成投入使用，它將使熱通道幕牆技術發展到新階段。
