中間有遮陽的封閉式雙層幕墻的熱工分析

姜宗杰

摘 ? ?要：科技的進(jìn)步，促進(jìn)工程建設(shè)事業(yè)得到快速發(fā)展。建筑節(jié)能是當(dāng)今熱門的話題，各種節(jié)能技術(shù)備受關(guān)注。雙層玻璃幕墻。因?yàn)槟軌驖M足建筑師對(duì)建筑通透、空靈的追求，同時(shí)又具有通風(fēng)、保溫、隔聲等效果。本文就中間有遮陽的封閉式雙層幕墻的熱工展開探討。

關(guān)鍵詞：雙層玻璃幕墻;遮陽;能量守恒

1 ?引言

工程案例：封閉式雙層幕墻腔體寬度W=1500mm，腔體高度H=2800mm，內(nèi)外層幕墻面材間凈距離δ=180mm。外層幕墻采用8mm+1.52mmPVB+8mm透明夾膠玻璃，內(nèi)層采用8mm+12mmA+8mm的Low-E中空玻璃，Low-E膜位于從室外數(shù)第二面，腔體內(nèi)置活動(dòng)金屬遮陽簾。

2 ?雙層通風(fēng)幕墻

雙層通風(fēng)幕墻又叫DoubleSkinFacade。雙層通風(fēng)幕墻的籠本特征是雙層幕墻間的空氣能夠流動(dòng)、交換，所以這種幕墻又稱為雙層通風(fēng)幕墻。雙層通風(fēng)幕墻對(duì)提高幕墻的保溫、隔熱、隔聲功能起到很大的作用，它分為封閉式內(nèi)通風(fēng)幕墻和開敞式外通風(fēng)幕墻。雙層通風(fēng)幕墻的實(shí)際應(yīng)用工程有：法蘭克福商業(yè)銀行、華沙FocusFiltrowa大廈、德國(guó)海德堡印刷公司辦公樓、柏林東火車站等一些建筑。雙層通風(fēng)幕墻由內(nèi)、外兩層幕墻組成。內(nèi)層幕墻與外層幕墻之間形成一個(gè)相對(duì)封閉的空間，空氣通過下部的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)人此空間，又從上部排風(fēng)口離開此空間，這個(gè)空間稱為熱通道，熱通道內(nèi)的空氣一直處于流動(dòng)狀態(tài)，并與內(nèi)層幕墻的外表面不斷地進(jìn)行熱量交換，因此雙層通風(fēng)幕墻又稱為熱通道幕墻。雙層通風(fēng)幕墻具有很多優(yōu)點(diǎn)：它改變了傳統(tǒng)幕墻的結(jié)構(gòu)形式，采用不打膠工藝，避免硅酮膠的二次污染;外層幕墻無需鍍膜玻璃，當(dāng)直射日光照射到玻璃表面上時(shí)，玻璃不會(huì)因鏡面反射而產(chǎn)生反射眩光，沒有光污染;雙層幕墻獨(dú)特的內(nèi)外雙層構(gòu)造、其中的一層幕墻采用中空玻璃，均使其隔聲性能比傳統(tǒng)幕墻提高20%-40%，隔聲量達(dá)SOdb，隔聲性能達(dá)到國(guó)際I級(jí)，大大改善了辦公或居住的環(huán)境;其防塵通風(fēng)的功能使其在惡劣天氣（特別是沙塵暴發(fā)生的地區(qū)）也不影響開窗換氣，提高了室內(nèi)空氣質(zhì)量，它同時(shí)提供了高層及超高層建筑幕墻自然通風(fēng)的可能。在節(jié)能方面，比傳統(tǒng)的幕墻節(jié)能達(dá)50%，保溫性能達(dá)國(guó)際II級(jí);采用無鍍膜玻璃，實(shí)現(xiàn)自然光照明，節(jié)省電力;具有冬季保溫和夏季隔熱的雙重功能，有效地減少空調(diào)的使用，達(dá)到節(jié)能效果。

3 ?熱工計(jì)算

按照能量守恒原理計(jì)算，即在熱穩(wěn)態(tài)時(shí)各受熱面的能量吸收等于能量釋放。為了精確計(jì)算各表面的溫度和熱流密度，腔體內(nèi)采用導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射三個(gè)基本理論計(jì)算;室內(nèi)外的表面按工程中常用的包含對(duì)流和輻射的等效換熱系數(shù)計(jì)算。透明處按玻璃復(fù)合產(chǎn)品的熱物理性能采用相關(guān)參數(shù)，考慮到幕墻框構(gòu)件在計(jì)算單元的面積內(nèi)比例較小并以簡(jiǎn)化計(jì)算，忽略框構(gòu)件的熱效應(yīng)。為了充分表明有中間活動(dòng)遮陽的封閉式雙層幕墻的熱工性能，分為遮陽晴天（工況1）、無遮陽晴天（工況2）、無遮陽陰天（工況3）和與雙層幕墻同等玻璃配置的單層幕墻的晴天（工況4）與陰天（工況5）5種情況分析。計(jì)算條件假定：（1）室外夏季極端溫度Te以杭州市為例，按GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》選取，值為39.9℃;室內(nèi)溫度Ti按GB 50176—2016《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》選取，值為26℃。（2）太陽水平輻射強(qiáng)度Ts按杭州市為例，按GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中15時(shí)西向大氣透明度等級(jí)4級(jí)選取，值為669W/m2。

遮陽晴天（工況1）雙層幕墻熱工分析：根據(jù)民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范給出的以太陽時(shí)為時(shí)間跨度的太陽輻射強(qiáng)度值和相鄰太陽時(shí)太陽輻射強(qiáng)度的變化梯度，可以認(rèn)為單位時(shí)間內(nèi)雙層幕墻的傳熱處于一維穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，由能量守恒定律知，各界面的吸熱與放熱相等。

4 ?雙層節(jié)能幕墻采光功能

自然通風(fēng)雙層節(jié)能幕墻具有優(yōu)越的采光性能和光線控制功能，其外層采用單層超白玻璃，內(nèi)層采用透明中空玻璃。這樣的組合透光率較高，室內(nèi)可以得到較好的采光效果。雙層幕墻具有節(jié)能降耗、動(dòng)態(tài)通風(fēng)、隔音降噪、調(diào)節(jié)光照等突出特點(diǎn)，并同時(shí)具有其他方面優(yōu)越的物理性能，對(duì)于室內(nèi)的熱環(huán)境、光環(huán)境、聲音環(huán)境、空氣衛(wèi)生環(huán)境等，均能起到有效的調(diào)節(jié)和控制作用，能提高室內(nèi)物理環(huán)境的舒適度。雙層幕墻對(duì)建筑節(jié)能和提高人們的生活質(zhì)量有著重大意義.將對(duì)幕墻產(chǎn)品的進(jìn)一步發(fā)展帶來巨大的推動(dòng)，為人們提供更舒適的生活環(huán)境。

5 ?工程應(yīng)用實(shí)例

據(jù)國(guó)外大量文獻(xiàn)介紹，雙層玻璃幕墻系統(tǒng)具有較大的節(jié)能潛力，它采用可循環(huán)使用的材料，建造速度快，對(duì)運(yùn)輸和施工場(chǎng)地要求不高，同時(shí)又可創(chuàng)造出極具時(shí)代感的建筑風(fēng)格，被公認(rèn)具有“生態(tài)”意義的建造方式。20 世紀(jì) 90 年代，在歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家得以廣泛應(yīng)用。從 20 世紀(jì)末引入我國(guó)以來，有成功案例，但令人滿意的工程不多，究其原因在于盲目設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)單照搬寒帶、溫帶國(guó)家的技術(shù)，施工質(zhì)量不高，沒有抓住雙層幕墻是“氣候適應(yīng)性”外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)，結(jié)合我國(guó)氣候特點(diǎn)研究和自主創(chuàng)新很不夠，雙層幕墻的發(fā)展不能照搬國(guó)外或者國(guó)外某公司的結(jié)構(gòu)，而要學(xué)習(xí)、消化國(guó)外的技術(shù)，結(jié)合我國(guó)地理、氣候、環(huán)境特點(diǎn)，開發(fā)適應(yīng)“嚴(yán)寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖”4 個(gè)地區(qū)的節(jié)能、舒適、性價(jià)比優(yōu)異的雙層幕墻，這是雙層幕墻發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

該成果技術(shù)主要包括：（1）采用通用軟件模擬通道內(nèi)空氣的流動(dòng)，得到準(zhǔn)確的速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)及粒子流動(dòng)軌跡，為幕墻通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供可靠的支持;（2）計(jì)算雙層幕墻的夏季除熱效率，與單層中空玻璃對(duì)比，同時(shí)計(jì)算冬季時(shí)雙層玻璃幕墻單位面積的增熱量，建立一套適用于華南地區(qū)條件下的模型，并應(yīng)用于幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、確定加工安裝方案;（3）通過支座安裝調(diào)整和單元板塊的運(yùn)輸、吊裝、調(diào)整、密封及加固收尾等工序，尤其是連接方式和連接件的優(yōu)化，形成一套完整的安裝工藝。

6 ?結(jié)語

在極端高溫和太陽輻射強(qiáng)度下，雙層幕墻的腔體內(nèi)各表面的溫度明顯高于室外環(huán)境溫度，并且由內(nèi)向外遞減。當(dāng)雙層幕墻內(nèi)設(shè)置遮陽時(shí)，腔內(nèi)的溫度將會(huì)更高，溫度由遮陽百葉向兩側(cè)外遞減，封閉式雙層幕墻設(shè)置遮陽百葉使流向室內(nèi)的熱流量密度大大減小，有利于幕墻的節(jié)能，且與內(nèi)層相同配置的單層幕墻相比更節(jié)能。從介質(zhì)傳熱和太陽輻射透射的綜合傳熱來看，封閉式雙層透明幕墻無遮陽百葉時(shí)在極端室外溫度和太陽輻射作用下并不比與內(nèi)層相同配置的單層幕墻節(jié)能。在應(yīng)用時(shí)應(yīng)該綜合考慮室外溫度變化、太陽輻射強(qiáng)度變化和遮陽設(shè)施的使用率等因素，測(cè)算其節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] JGJ 113―2015.建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].

[2] GB 50176―2016民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范[S].