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      中間有遮陽的封閉式雙層幕墻的熱工分析

      2019-12-10 09:56:55姜宗杰
      裝飾裝修天地 2019年23期
      關(guān)鍵詞:能量守恒遮陽

      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].

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