中間有遮陽的封閉式雙層幕墻的熱工分析

姜宗杰

摘 ? ?要：科技的進步，促進工程建設事業得到快速發展。建筑節能是當今熱門的話題，各種節能技術備受關注。雙層玻璃幕墻。因為能夠滿足建筑師對建筑通透、空靈的追求，同時又具有通風、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，內層采用8mm+12mmA+8mm的Low-E中空玻璃，Low-E膜位于從室外數第二面，腔體內置活動金屬遮陽簾。

2 ?雙層通風幕墻

雙層通風幕墻又叫DoubleSkinFacade。雙層通風幕墻的籠本特征是雙層幕墻間的空氣能夠流動、交換，所以這種幕墻又稱為雙層通風幕墻。雙層通風幕墻對提高幕墻的保溫、隔熱、隔聲功能起到很大的作用，它分為封閉式內通風幕墻和開敞式外通風幕墻。雙層通風幕墻的實際應用工程有：法蘭克福商業銀行、華沙FocusFiltrowa大廈、德國海德堡印刷公司辦公樓、柏林東火車站等一些建筑。雙層通風幕墻由內、外兩層幕墻組成。內層幕墻與外層幕墻之間形成一個相對封閉的空間，空氣通過下部的進風口進人此空間，又從上部排風口離開此空間，這個空間稱為熱通道，熱通道內的空氣一直處于流動狀態，并與內層幕墻的外表面不斷地進行熱量交換，因此雙層通風幕墻又稱為熱通道幕墻。雙層通風幕墻具有很多優點：它改變了傳統幕墻的結構形式，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，當直射日光照射到玻璃表面上時，玻璃不會因鏡面反射而產生反射眩光，沒有光污染;雙層幕墻獨特的內外雙層構造、其中的一層幕墻采用中空玻璃，均使其隔聲性能比傳統幕墻提高20%-40%，隔聲量達SOdb，隔聲性能達到國際I級，大大改善了辦公或居住的環境;其防塵通風的功能使其在惡劣天氣（特別是沙塵暴發生的地區）也不影響開窗換氣，提高了室內空氣質量，它同時提供了高層及超高層建筑幕墻自然通風的可能。在節能方面，比傳統的幕墻節能達50%，保溫性能達國際II級;采用無鍍膜玻璃，實現自然光照明，節省電力;具有冬季保溫和夏季隔熱的雙重功能，有效地減少空調的使用，達到節能效果。

3 ?熱工計算

按照能量守恒原理計算，即在熱穩態時各受熱面的能量吸收等于能量釋放。為了精確計算各表面的溫度和熱流密度，腔體內采用導熱、對流和輻射三個基本理論計算;室內外的表面按工程中常用的包含對流和輻射的等效換熱系數計算。透明處按玻璃復合產品的熱物理性能采用相關參數，考慮到幕墻框構件在計算單元的面積內比例較小并以簡化計算，忽略框構件的熱效應。為了充分表明有中間活動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《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》選取，值為39.9℃;室內溫度Ti按GB 50176—2016《民用建筑熱工設計規范》選取，值為26℃。（2）太陽水平輻射強度Ts按杭州市為例，按GB 50736—2012《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》中15時西向大氣透明度等級4級選取，值為669W/m2。

遮陽晴天（工況1）雙層幕墻熱工分析：根據民用建筑節能設計的相關規范給出的以太陽時為時間跨度的太陽輻射強度值和相鄰太陽時太陽輻射強度的變化梯度，可以認為單位時間內雙層幕墻的傳熱處于一維穩態狀態，由能量守恒定律知，各界面的吸熱與放熱相等。

4 ?雙層節能幕墻采光功能

自然通風雙層節能幕墻具有優越的采光性能和光線控制功能，其外層采用單層超白玻璃，內層采用透明中空玻璃。這樣的組合透光率較高，室內可以得到較好的采光效果。雙層幕墻具有節能降耗、動態通風、隔音降噪、調節光照等突出特點，并同時具有其他方面優越的物理性能，對于室內的熱環境、光環境、聲音環境、空氣衛生環境等，均能起到有效的調節和控制作用，能提高室內物理環境的舒適度。雙層幕墻對建筑節能和提高人們的生活質量有著重大意義.將對幕墻產品的進一步發展帶來巨大的推動，為人們提供更舒適的生活環境。

5 ?工程應用實例

據國外大量文獻介紹，雙層玻璃幕墻系統具有較大的節能潛力，它采用可循環使用的材料，建造速度快，對運輸和施工場地要求不高，同時又可創造出極具時代感的建筑風格，被公認具有“生態”意義的建造方式。20 世紀 90 年代，在歐洲發達國家得以廣泛應用。從 20 世紀末引入我國以來，有成功案例，但令人滿意的工程不多，究其原因在于盲目設計、簡單照搬寒帶、溫帶國家的技術，施工質量不高，沒有抓住雙層幕墻是“氣候適應性”外圍護結構的本質，結合我國氣候特點研究和自主創新很不夠，雙層幕墻的發展不能照搬國外或者國外某公司的結構，而要學習、消化國外的技術，結合我國地理、氣候、環境特點，開發適應“嚴寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖”4 個地區的節能、舒適、性價比優異的雙層幕墻，這是雙層幕墻發展的當務之急。

該成果技術主要包括：（1）采用通用軟件模擬通道內空氣的流動，得到準確的速度場、壓力場及粒子流動軌跡，為幕墻通風系統的設計提供可靠的支持;（2）計算雙層幕墻的夏季除熱效率，與單層中空玻璃對比，同時計算冬季時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條件下的模型，并應用于幕墻結構設計、確定加工安裝方案;（3）通過支座安裝調整和單元板塊的運輸、吊裝、調整、密封及加固收尾等工序，尤其是連接方式和連接件的優化，形成一套完整的安裝工藝。

6 ?結語

在極端高溫和太陽輻射強度下，雙層幕墻的腔體內各表面的溫度明顯高于室外環境溫度，并且由內向外遞減。當雙層幕墻內設置遮陽時，腔內的溫度將會更高，溫度由遮陽百葉向兩側外遞減，封閉式雙層幕墻設置遮陽百葉使流向室內的熱流量密度大大減小，有利于幕墻的節能，且與內層相同配置的單層幕墻相比更節能。從介質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在極端室外溫度和太陽輻射作用下并不比與內層相同配置的單層幕墻節能。在應用時應該綜合考慮室外溫度變化、太陽輻射強度變化和遮陽設施的使用率等因素，測算其節能效果。

參考文獻：

[1] JGJ 113―2015.建筑玻璃應用技術規程[S].

[2] GB 50176―2016民用建筑熱工設計規范[S].