双层幕墙计算.doc

论双层幕墙的节能和计算一 什么是热通道幕墙热通道幕墙不同于单层结构的传统单层幕墙，它是双层结构的新型幕墙。热通道玻璃幕墙外层结构一般采用点式玻璃幕墙、隐框玻璃幕墙或明框玻璃幕墙，内层结构一般采用隐框玻璃幕墙、明框玻璃幕墙、铝合金门或铝合金窗。内、外层结构之间形成一种通道，空气可以从下部进风口进入通道，也可以从上部出风口排出通道，空气在通道流动，导致热能在通道的流动和传递，因而在国际上一般称为热通道幕墙。双层幕墙是内、外层结构都是建筑幕墙的热通道幕墙；通风幕墙是外层幕墙的进、出风口都不能关闭的热通道幕墙，它们都是热通道幕墙中的一种。热通道幕墙在上世纪八十年代在欧美国家出现，并逐渐得到应用，尤其在德国，应用更广州。我国2001年在北京旺座中心首先采用，现已基本建成。目前南京的人寿广场、深圳的TCL大楼的热通道幕墙正在招标，我国热通道幕墙的应用方兴，发展前景预期良好。二 双层幕墙是新型的节能幕墙2.1 建筑节能是世界性大潮流和大趋势，也是中国改革和可持续发展的需要。所谓建筑节能，经历了三个发展阶段：最初仅局限于被动减少建筑能耗；不久改为在建筑中保持能源，意思是主动减少建筑能耗；近来，则普遍称作提高建筑中能源利用效率，也就是说，不仅要减少建筑能耗，还要积极地利用自然能，主动提高能源利用的效率。就建筑节能的意义上来讲：双层玻璃幕墙与普通单层玻璃幕墙相比，有两方面区别，一是双层结构比单层结构降低了幕墙的平均传热系数，从而减少了能耗；二是利用太阳能在热通道产生的温室效应和烟囱效应，增添了冬季和夏季节能的效果。2.2 适宜的室内热环境在发达国家已成为一种基本需要，我国建设全面小康的进程中，这种需要也正在日益迫切。室内热环境是指影响人体冷热感觉的环境，影响因素主要包括室内空气温度、空气湿度、气流速度以及人体与周围环境（包括幕墙、门窗、墙壁的内表面）之间辐射换热（简称环境热辐射）。适宜的室内热环境是指室内的空气温度、湿度、气流速度、环境热辐射等因素适当，使人体易于保持热平衡，从而感到舒适的环境。空气温度、空气湿度和气流速度对人体冷热感觉能够产生影响，容易被人们感知。但环境热辐射对人体冷热感产生的影响，往往不易被人们所感知。以冬季采暖为例：人们常常关注室内空气温度，而没有注意到单层幕墙或单层门窗保温不足，内表面温度过低，对人体冷热感产生的影响。实践经验告诉我们：室内空气温度虽然达到标准（例如1618度），但有单层玻璃幕墙或单层玻璃窗的房间，因其保温性能不好，致使内表面温度偏低，人们仍感觉寒冷。在夏季：尽管室内温度达到标准，但有单层玻璃幕墙或单层玻璃窗的房间，因其隔热性能不好，致使内表面温度偏高，人们仍感觉炎热。冬季：双层结构及温室效应，使幕墙或门窗内表面温度升高；夏季：双层结构及烟囱效应，使幕墙或门窗内表面温度降低，从而使双层玻璃幕墙能改善室内的热环境。如果是智能型的双层玻璃幕墙，还可控制室内的湿度和气流速度，既能节能，又能创造出十分适宜的室内热环境。2.3双层幕墙是既能保温又能隔热的节能幕墙。保温通常是指冬季围护结构阻止由室内向室外传热，从而使室内保持适当温度的能力。隔热通常是指夏季围护结构隔离太阳辐射热和室外高温，从而使室内保持适当温度的能力。我国大部分地区冬寒夏热，与世界同纬度地区相比，一月份平均气温，我国东北地区约低14，黄河中下游地区约低10，长江以南地区约低8，东南沿海约低5。而七月份的平均气温，我国绝大多数地区却要比世界同纬度地区高出1.32.5。加之，热天我国整个东部地区湿度都较高，使人更感难受。不仅如此，冷和热的时间相当漫长，以北京为例，日平均气温低于10的冬季，一年平均有158天；高于22的夏季，一年平均有98天；冬季和夏季的时间加起来，一共长达8个半月，因而要求建筑幕墙既要有好的保温性能又要有好的隔热性能，双层幕墙正是这种适合我国气候特点、保温和隔热性能兼优的外围护结构。2.4双层幕墙能够保证室内有足够的新鲜空气的条件下，有良好的节能效果。人体在呼出的废气中，所含的氧气和二氧化碳与吸进的新鲜空气相比：氧气减少了20%，二氧化碳大约增加了100倍，因此，不断地供应室内新鲜空气，排出室内的污浊空气，是保证人体正常生活和身体建康的基本需要。一般认为供给人体的新鲜空气量，每小时不能低于8.5立方米。我国民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)(JGJ26-95) 规定，住宅建筑换气次数取每小时0.5次，与许多国家的规定一致。在建筑外围护结构中，通风过分，浪费能源，当然不好；密不透气，影响建康，更是不行。双层幕墙的内层一般都有能够开启的门窗，在外层幕墙的遮挡下，在室外环境比较恶劣的情况下都能保证内层门窗的开启，外层幕墙的进、出风口和内层门窗的开启均能控制，从而做到了既保证必要的通风、换气，又能够节约能源。综上所述：双层幕墙既不是忽略舒适性，片面的建筑节能，这也许在人们生活水平处于温饱阶段时是可行的；也不是单纯追求舒适而忽略建筑节能，发达国家在上世纪六十年代曾经实行过。而是既能保证室内适宜的热环境和舒适度，又能把降低能耗和利用太阳能有机结合的新型的节能幕墙。三 双层幕墙的传热单层幕墙传热是在室内和室外之间直接进行，而双层幕墙分离出一个介乎室内和室外之间的中间层，称之为热通道，双层幕墙传热是在室内和热通道、热通道和室外之间进行。它的传热方式，同样也有四种：3.1 热辐射。热的载体由其表面以电磁波的形态透过介质进行传热称为热辐射。太阳向地球的热传递就是典型的热辐射，幕墙接受的太阳辐射热，一部分被反射，一部分被吸收，一部分透过幕墙进入室内，相对应的热能分配率称之为反射率、吸收率和透射率，三者的和为一。幕墙的热辐射取决于玻璃和材料的表面温度、表面粗糙度及表面黑度，可以通过技术加以控制造。3.2对流传热。幕墙表面两侧由于温度差产生的空气介质的热交换称为对流传热。在对流传热中：幕墙表面温度高于空气介质，幕墙呈放热状态；反之呈吸热状态。幕墙表面的对流传热的流体介质主要是空气，而且是自然对流，因此影响对流传热的因素有：空气密度、导热系数、气流状态、材料表面形态、粗糙度以及幕墙表面与空气的温度差等。幕墙表面传热量应为辐射传热和对流传热之和。3.3 导热。幕墙材料由其结构表面接受热能，因此两侧存在稳定的温度差，从而材料内部分子和原子产生微观运动引起的传热称为导热。幕墙结构材料的导热量与其两侧温度差、材料导热系数成正比，与材料厚度成反比。铝的导热系数是玻璃导热系数的270倍，因此热量集中通过铝框传导，形成了“冷桥”（也有称为“热桥”）。“冷桥”的能耗大，幕墙表面温度低，容易结露，室内热环境差，因此双层幕墙的内层结构都采用断热铝型材，防止“冷桥”。3.4换气传热。由漏气传热和通风传单两部分构成：气流穿过幕墙结构缝隙而产生两侧空气流通引起的传热，称为漏气传热。它取决于两侧的气压差、温度差以及空气容积比热、空气密度、幕墙结构缝隙漏气量等因素。幕墙的气密性不好，缝隙漏气量大，漏气传热多，尽管传热系数小，是达不到节能目的。双层幕墙的内层结构很少用推拉门或推拉窗，因为目前我国还很难保证其良好的气密性。内层气密性不好的双层幕墙由于烟囱效应，其节能效果甚至比单层幕墙还要差。外层结构也需要良好的气密性，这不仅温室效应要求，无论在的冬季和夏季夜晚，双层幕墙的外层进、出风口都要关闭，维持双层幕墙间接传热，若果外层幕墙气密性差，漏气量大，热通道内的环境和幕墙室外环境差异很小，其节能效果和单层幕墙就差异很小。为了保持室内空气的新鲜度，双层幕墙要进行必要的通风，这种通风传热，控制在符合标准和合理要求的范围。综上所述，双层幕墙的传热是以辐射、对流、导热、换气等四种方式综合进行的，双层幕墙的节能的计算就是这四个因素的设计计算。四 幕墙耗能计算公式4.1幕墙单位面积总耗能量按(4.01)式计算。 东南和西南朝向可按南向选取，东北和西北朝向可按北向选取，其他朝向可按就近朝向选取。Ki一般采用厂家提供的数据，若无厂家提供的数据可参照民用建筑热工设计规范(GB50176) 的规定和数据按(4.03)式、(4.04)式、(4.05)式进行计算4.4单位面积幕墙空气渗漏平均耗能量按(4.06)式计算。3.5单位面积幕墙通风换气平均耗能量按(4.09)式计算。热通道幕墙的温室效应和烟囱效应都需要阳光照射，由于一天中一阳光照射不同，这种变动的过程不能得到确定的K值，因而采用有效值Kf 。它的大小取决於日照强度、日照角度及日照平均时间。国外一些试验表明，阳光照射时，Kf 减少50%，无阳光照射时Kf 改变很小；通风幕墙比单层幕墙的K值最多减少10%。深圳方大公司承制的国家会计学院教学楼热通道幕墙，于2001年经国家建筑工程质量监督检验中心检测，检验结沦为：幕墙不透明部分的传热系数K值为0.866W/(m2.k