双层立面系统与公共建筑节能设计

　　双层立面系统与公共建筑节能设计杨璐杨理2（1.河南工业大学建筑工程系，河南郑州450052；。郑燃燃气设计开发有限公司，河南郑州450006；和建筑功能等方面的科学性，指出结合当地环境与气候特点的双层立面系统对我国公共建筑的节能设计具有现实意义。

　　1能源问题对建筑设计的新要求1999年在北京举行的第20届世界建筑师大会上，德国建筑师托马斯赫尔佐格做了题为“建筑与能源回归根源，迈向起点”的主题报告，受到与会各国建筑师的高度认可，这表明建筑能耗问题已经引起建筑界的普遍关注。在全世界日益增长的能源消耗中，无论发达国家还是发展中国家，建筑能耗都是国家总能耗中占有比例较大的一项。

　　据统计，发达国家建筑能耗在总能耗中所占比例很大，约为40%；中国目前建筑能耗约占总能耗的23%左右，预计到2010年将提高到35%左右。

　　2004年2月8日由建设部主办的公共建筑节能设计标准第四次编制工作会议在深圳召开，据悉，建设部计划在北京、上海、深圳等试点城市，先以政府办公楼为突破口，进而将公共建筑节能工作推广至全国的建筑领域，我国公共建筑的节能问题将迈向新的阶段。当前建筑设计应注意加强对先进建筑技术和设计理念的吸收，在实践中整合节能设计手段与先进的工程技末创造出节能健康的建筑，从而减小对周围环境造成的负面影响。

　　2双层立面系统的构成与类型建筑围护结构的作用是将室内空间从外部环境中分隔出来，把对人不利的恶劣自然因素“阻隔”在建筑外面，庇护人的居住空间；同时，作为不同空间的中介物，还有着“传递‘有用资源的作用，例如自然风、阳光等气候资源。双层立面系统是一种较好地整合了”阻隔“与”传递“双重作用的建筑围护结构。

　　双层立面系统由内层、外层和中间空气夹层构成。外层与室外环境直接相连，起到防御外界不利气候因素的作用，并且防止噪音、接纳自然光线等；内层由支撑体系和多层玻璃构成，玻璃可以部分开启或者卸下，以便于维修和清理；中间夹层内空气不断流动，促进建筑室内外的能量交换，夹层内部常安装可以调控的遮阳设施，在极端天气条件下满足采光和遮阳隔热等要求。

　　根据构成形式不同，双层立面系统可分为：箱体式：将两层立面做成一个单元，犹如一个玻璃箱子，在箱体外层的底部和顶部分别设置进气口和出气口满足中间夹层以及室内空间的通风。这种形式隔声好，适用于外界噪声大以及水平相邻房间有特殊隔声要求的建筑。

　　竖井箱体式：是箱体式的发展，竖井和箱体单元在立面上相间布局。在烟囱效应作用下，通过竖井井壁上的洞口将室内废气吸进来并从上部排出去，因此，外层只需考虑设置进气口。在应用中，竖井的高度受到限制不能太高，这种形式适用于多层建筑。

　　通廊式：中间夹层空间在垂直方向上层与层之间是分隔开的，在水平方向是连通的，只在有特殊隔声、防火或通风要求的地方分隔开。外层的进气口和出气口分别设置在靠近地板和天花板的位置，并错开布置。

　　多层贯通式：中间夹层空间在垂直与水平方向都连通，只在夹层空间的顶和底部设置通风口。冬季，中间夹层封闭起来成为减少室内外热传导的缓冲层，并利用其温室效应保存太阳能，使室内温暖舒适；夏季，顶部和底部的通风口开启，中间夹层内的空气流动将多余热量带走，防止室内过热（这种情况下的室内通风依然要依赖于机械通风）3双层立面系统中的被动式设计被动式设计是指通过建筑设计本身，而不通过设备来达到减少用于建筑照明、采暖及空调能耗的设计方法。被动式设计的运用可节省建筑能耗，又能创造较为舒适的建筑环境。

　　⑴采用节能玻璃提高太阳光利用；玻璃用于建筑外立面*大的优点是其透明性，能够使建筑内外空间融为一体。但是普通玻璃具有反射性，照射第G杨璐（1978―），女。河南唐河人河南工业大学建筑工裎系教师主要研究方向为建筑i设计及其理论。

　　在玻璃上的太阳光线一部分透过玻璃照射进室内，另一部分反射到环境中，造成光污染。玻璃作为现代建筑的惯用材质，其性能不断改善，双层立面系统的外层玻璃常采用Low―e玻璃（低辐射玻璃）提高了建筑对太阳能的利用率，也减少了玻璃反射对周围环境的不良影响。

　　⑵借助温室效应和烟囱效应提高太阳热能利用。

　　双层立面系统的中间空气层是很重要的构造层次，提高了双层立面的保温隔热、隔声与自然通风等性能。在寒冷季节，封闭的中间空气层吸收了太阳热能，在温室效应的作用下，成为室内外空间的缓冲层，减少了室内的热损失；在炎热季节，打开底部进气口和顶部出气口，中间空气在烟囱效应作用下形成上升气流，源源不断地将吸收的热量带走，避免了内层表面温度的上升，使得室内在不增加能耗的前提下能够保持舒适，还能获得自然通风。

　　4双层立面系统的科学性⑴体现了围护结构的基本特征；现代建筑对框架结构体系的运用使围护结构与承重结构分开，从而使围护结构的构成更具灵活性。建筑双层立面系统围合出适合人们居住的室内空间，但又不完全阻隔自然气候中对人有益的因素，将自然光和新鲜空气引入建筑内部，可以说，它在‘阻隔“与’传递”间达到一种平衡。

　　⑵增强了围护结构的整体性能；建筑双层立面系统整合了隔声、隔热、采光与通风、遮阳与防火等建筑立面的主要功能，使围护结构的整体性能得到提升，成为建筑内部空间与外界环境能量交换的媒介，而且加强了这种能量交换作用。例如，在高层建筑立面设计中，传统单层玻璃幕墙的窗由于风压而不能开启，只能在视觉上连接室内与室外，而双层立面可通过在内层上开窗解决高层建筑的自然通风问题。双层立面系统的中间缓冲层对隔绝外界噪声也比较有利。

　　⑶降低了建筑的运营能耗；双层立面系统有效利用了可再生的资源太阳能，进行采光和通风，并辅助以可调节的遮阳设施，避免了强烈的阳光直射室内。建筑双层立面的中间夹层形成一个空气缓冲区，新鲜空气由外层窗口进入夹层空间后，在烟囱效应和阳光加热的双重作用下形成上升气流，使用者打开内层的窗就可享受到自然通风效果。由于双层立面系统在自然采光和通风方面都充分利用了太阳能，从而节省了建筑用于人工照明和机械送风的部分能耗。双层立面系统良好的保温隔热性能也减少了用于维持室内环境的采暖或制冷能耗。

　　⑷实现了建筑形式与建筑功能的有机统一。

　　双层立面系统的形式来源于实际建造需求，所展现的是建筑材质按照基本建造要求组合在一起的真实面貌，它反映了建筑材质的力学特性和组合关系，因此，充分体现了建筑形式与功能相互统一的理性之美。同时为人们创造出舒适自然的室内微气候环境，因此，从节约能源、生态环保的角度来看，采用双层立面系统不仅满足了建筑创作的美学要求，也是发展可持续性建筑的需要。

　　在公共建筑设计中，进行围护结构的综合设计是降低建筑能耗的有效途径，建筑双层立面系统是一种值得探讨的设计手法。由德国建筑师托马斯赫尔佐格设计的汉诺威博览会公司总部大楼（EMAG）就采用了这种“双层立面系统”，内外层和中间夹层空间的组合提高了围护结构的保温性能，解决了高层建筑幕墙封闭式的设计问题，使室内办公空间获得了自然通风和自然阳光，改善了现代化办公空间的舒适性，降低了建筑能耗。

　　玻璃幕墙是当前公共建筑运用较为广泛的一种外围护结构，它具有轻质、透明、美观等优点。依据双层立面系统原理发展出来的双层玻璃幕墙，又被称为可以呼吸的动态幕墙、热通道幕墙等，它的*大特点是内外层之间的通风换气层，由于空气的流动和循环，使内层幕墙温度接近室内温度，与传统幕墙比较，它在采暖时节能42%~52%，制冷时节能38%~60%，幕墙的隔音效果也改善许多。

　　国内首次采用这种幕墙的建筑是体现了诺曼。福斯特高技派设计风格的上海久事大厦，它所采用的“动态幕墙”

　　的构成要素是：外层玻璃、内层玻璃、中间层遮阳板、中间空腔内流动的空气。内层为可以开启的洁净透明钢化玻璃，外层为透明中空low―e钢化玻璃，内外层形成间距320mm的空腔；中间设置宽35mm的电动铝百叶，百叶可以转换角度以及升降开启以遮阳和调节光线。在夏季，空腔内由于烟囱效应而使气流上升并通过上端出风口排到室外，形成一道空气缓冲层从而减少室内与室外的温度交换降低制冷负荷，节能可达30%~40%左右。

　　6结语现代建筑中，建筑科技的重点主要表现在以节能为核心的生态理念应用和高新技术应用。发达国家非常重视建筑节能，通过双层立面系统、遮阳技术、余热回收等节能措施降低建筑运营成本，其建筑能耗普遍在我国同类建筑能耗的1/3在我国，公共建筑节能的潜力巨大，节能工作涉及到建筑设计、设备系统、物业管理与操作控制等诸多内容。节能建筑设计应当注重贯穿于各个设计阶段的全方位系统化设计。本文对双层立面系统的探讨仅是其中一个方面，还有更多的问题需要在今后的设计实践中继续深入研究。建筑双层立面系统不是一种普遍适用的立面形式，它与建筑所在地域环境的气候和文化等因素相关联，因此在应用中还应当结合地方实际进行具体设计。