双层皮幕墙不仅具备普通单层玻璃幕墙美观、通透、时尚等特征，而且其节能潜力也得到了广泛的认可。作为一种新型的被动式利用太阳能建筑外围护表皮，双层皮幕墙被誉为绿色幕墙技术。目前，国内外对它的研究还处在较不成熟的阶段，并没有建立完善的理论体系和模拟方法指导双层皮幕墙工程的实际应用。本文针对我国夏热冬冷地区特殊的气候条件，对双层皮幕墙的热工性能及其工程应用展开了以下几个方面的研究。首先，从太阳辐射相关理论和模型出发，分析了太阳辐射对双层皮幕墙系统的作用过程。分别探讨双层皮幕墙系统各组成部分（单层玻璃、镀膜玻璃、百叶遮阳）太阳光学性能参数的计算过程，进而建立整个双层皮幕墙体系的光学模型。其次，基于能量守恒定律以及流动动力学的相关原理，建立双层皮幕墙系统的传热模型和通风模型。该传热模型不光考虑了双层皮幕墙从外到内的传热过程，而且考虑了双层皮幕墙沿竖直高度方向上的传热差异。该通风模型考虑了百叶遮阳间的横向气流流动的影响。此外，探讨了传热模型与通风模型的几种耦合求解方法。再次，利用建筑全能耗分析软件EnergyPlus，结合气流网络模拟方法，建立了双层皮幕墙系统的模拟模型。分别探讨了通风、遮阳、通风模式对双层皮幕墙系统热工性能的影响。最后，以长沙地区（典型的夏热冬冷气候条件）双层皮幕墙建筑为参考对象，建立双层皮幕墙建筑动态负荷模拟模型，从百叶遮阳、空腔间距、玻璃类型、幕墙朝向四个方面对双层皮幕墙的结构进行优化模拟分析。以全年耗能量为指标，对夏热冬冷地区双层皮幕墙技术的工程应用提出几点指导意见。本论文研究表明：双层皮幕墙是一项发展前景良好的建筑幕墙技术，通过优化其结构，双层皮幕墙在我国夏热冬冷地区具有较大的节能潜力。