1、前言
雙層玻璃幕墻具有優(yōu)異的保溫、隔熱、隔音（詞條“隔音”由行業(yè)大百科提供）、防雨等功能，已在我國多項建筑幕墻工程中成功應(yīng)用。由于雙層幕墻在夏季、冬季和春秋季，對應(yīng)有隔熱、保溫和通風(fēng)換氣的功能需要，因此通常在最外層玻璃幕墻上設(shè)置通風(fēng)百葉或電動開啟扇、同時在緩沖腔的層間設(shè)置較為復(fù)雜的進(jìn)氣和出氣隔斷，幕墻構(gòu)造復(fù)雜、造價較高，通常在一些品質(zhì)較高或造價充裕的建筑項目中使用。
我國地緣遼闊、不同地區(qū)的氣候差異較大。在夏熱冬暖地區(qū)，太陽輻射（詞條“太陽輻射”由行業(yè)大百科提供）時間較長，大氣溫度較高，外幕墻以遮陽、隔熱的功能為主;而在嚴(yán)寒或寒冷地區(qū)，冬季漫長，外幕墻則以保溫、蓄熱的功能為主。因此從幕墻節(jié)能與造價的平衡角度而言，在嚴(yán)寒或寒冷地區(qū)且造價控制較為嚴(yán)格的建筑項目，玻璃幕墻應(yīng)加強保溫和蓄熱功能，以提高建筑節(jié)能、控制工程造價。四川省若爾蓋縣下熱爾村處于高海拔、嚴(yán)寒地區(qū)，該村的小學(xué)宿舍樓項目建設(shè)就是因地制宜，充分利用當(dāng)?shù)匕滋斐渥愕年柟庹丈洌诓Ａ粔υO(shè)計中應(yīng)用“集熱腔”原理，高效地實現(xiàn)了雙層玻璃幕墻的保溫、蓄熱功能，同時控制了工程造價。
2、工程概況
下熱爾村小學(xué)位于四川省阿壩藏族自治州若爾蓋縣，地處青藏高原東北邊緣、四川省北部，縣城海拔3406米。高海拔的地域特點，賦予了這里美麗的同時，也給這片土地上的人們出了一道難題——高寒。若爾蓋縣屬高原寒溫帶濕潤季風(fēng)氣候，常年無夏，年平均氣溫1.1℃，低于拉薩7.4℃的年平均氣溫。每年9月下旬土地開始凍結(jié)，5月中旬完全解凍，凍土最深達(dá)72厘米，高寒的氣候曾使生活在阿西鄉(xiāng)下熱爾村小學(xué)的孩子們苦不堪言。
學(xué)校原有的學(xué)生宿舍建設(shè)于80年代，為磚木結(jié)構(gòu)。由于校舍建設(shè)時間長，年久失修，存在一定的安全隱患。且宿舍內(nèi)沒有安全有效的供暖設(shè)施，嚴(yán)寒的冬季，孩子們不僅要蓋著厚厚的棉被，還要裹上厚厚的棉衣棉褲方能入睡。即使這樣，孩子們還經(jīng)常在半夜被凍醒，整個冬天飽受凍瘡的困擾和折磨(圖1，2)。
圖1 校舍舊址
圖2 校舍舊址內(nèi)部
2013年，一對上海愛心夫婦攜手中國扶貧基金會，提出運用節(jié)能環(huán)保的理念，利用高原特有的優(yōu)勢資源——太陽能光照，在不借助其他任何能源的情況下，在造價可控的同時，為孩子們建造一棟全被動式節(jié)能宿舍——“暖巢一號”。本項目由中國建筑西南設(shè)計研究院有限公司贊助設(shè)計，并由院總建筑師錢方擔(dān)任設(shè)計總負(fù)責(zé)人，旨在為孩子們提供溫暖舒適的校舍(圖3，4)。
新建宿舍樓建筑高度13.286米，地上建筑4層。建筑面積1300平方米，雙層玻璃幕墻面積300平方米，共有校舍18間，投入使用后，能夠解決全校163名學(xué)生的住宿問題。
圖3 新校舍建成照片
圖4 新校舍建成照片
3、 雙層幕墻系統(tǒng)設(shè)計
3.1幕墻系統(tǒng)架構(gòu)
本項目位于四川省阿壩州，屬于我國寒冷地區(qū)。若采用傳統(tǒng)的玻璃幕墻進(jìn)行設(shè)計，由于窗墻比過大將直接影響室內(nèi)建筑節(jié)能效果;若采用傳統(tǒng)的雙層玻璃幕墻，由于造價較高不能實現(xiàn)本項目的造價控制。因此我們決定因地制宜，利用若爾蓋地區(qū)白天豐富的光照資源，結(jié)合雙層幕墻構(gòu)造，采用“集熱腔”原理來設(shè)計幕墻構(gòu)造。在本項目的南立面創(chuàng)新性的采用了內(nèi)層大洞口中空玻璃（詞條“中空玻璃”由行業(yè)大百科提供）鋁合金斷熱門窗+外層通高單層玻璃幕墻系統(tǒng)的設(shè)計方式。
白天利用內(nèi)、外兩層玻璃幕墻之間的緩沖空腔形成“集熱腔”，高效地加熱空腔內(nèi)的空氣并與室內(nèi)空氣形成交換，提升房間內(nèi)的氣溫;夜晚通過窗戶內(nèi)側(cè)加厚型棉氈保溫窗簾和聚氨酯噴涂保溫墻體進(jìn)行保溫和蓄熱，阻擋房間內(nèi)熱量的散失。經(jīng)過熱工理論分析和工程竣工后的實際測試，本項目雙層幕墻系統(tǒng)實現(xiàn)了優(yōu)異的保溫蓄熱的要求。
具體構(gòu)造為：外層采用單片鋼化白玻幕墻系統(tǒng)(門窗構(gòu)造)，內(nèi)層為土建聚氨酯噴涂保溫墻體+鋁合金斷熱門窗系統(tǒng)，控制兩層墻體之間距離形成“集熱腔”。在白天陽光透過外層玻璃幕墻加熱“集熱腔”內(nèi)的空氣，腔體內(nèi)的溫度積聚上升，熱空氣透過內(nèi)層門窗系統(tǒng)進(jìn)入室內(nèi);在夜晚室內(nèi)保溫棉氈窗簾關(guān)閉，阻止室內(nèi)熱量散失。每間宿舍的室外“集熱腔”相互獨立、封閉，即提高了腔體內(nèi)空氣的加熱效率，又減緩了腔體間空氣的對流，降低熱量損失。
在非寒冷季節(jié)，為了滿足室內(nèi)自然通風(fēng)和換氣的功能要求，在外層玻璃幕墻立面上設(shè)置懸窗開啟。開啟扇在寒冷季節(jié)保持常閉，在非寒冷季節(jié)可開啟換氣。
圖5 幕墻典型立面圖
圖6 幕墻建成典型立面照片
圖7 幕墻建成典型立面照片
圖8雙層幕墻系統(tǒng)圖解示意
3.2 幕墻構(gòu)造節(jié)點設(shè)計
圖9 雙層幕墻隔斷位置(無開啟扇)橫剖節(jié)點
圖10 雙層幕墻隔斷位置(有開啟扇)橫剖節(jié)點
圖11 雙層幕墻層間豎剖節(jié)點
3.3 幕墻熱工性能測試
項目竣工后，我們經(jīng)過實地測試，校舍房間可成功實現(xiàn)室外-20℃至-10℃的嚴(yán)冬環(huán)境中，室內(nèi)溫度不低于12℃!實現(xiàn)了僅依靠雙層玻璃幕墻的“保溫蓄熱”，不借助任何能源就可以保證孩子們順利渡過高寒地區(qū)寒冷的冬天(圖12，13，14)。
圖12測試房間位置
圖13下熱爾小學(xué)室外環(huán)境溫度
圖14各宿舍室內(nèi)溫度變化
4、結(jié)語
本項目于2014年9月完成施工圖設(shè)計工作，在參建各方共同的努力下，克服重重困難于2016年5月底竣工。項目規(guī)模雖然不大，但幕墻設(shè)計工作有諸多挑戰(zhàn)：盡量控制和節(jié)約工程造價、滿足建筑節(jié)能要求、利用現(xiàn)有鋁合金模具進(jìn)行設(shè)計和施工等。通過我們的理論分析和實地測試，使我們最初確定的雙層“集熱腔”玻璃幕墻構(gòu)造經(jīng)受住了理論和實測的雙重考驗，結(jié)果在一定程度上超乎了我們的想象!這是一段有意義、有溫暖的設(shè)計經(jīng)歷，看到孩子們開心的笑臉，才是我們的追求。
參考文獻(xiàn)
[1]中國建筑科學(xué)研究院.民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范GB 50176-2016[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社. 2016
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