夏热冬冷地区双层皮幕墙动态建模与实验

湖南大学土木工程学院,夏热冬冷地区双层皮玻璃幕墙的动态模拟及实验研究,王衍金，陈友明,主要内容,一、研究目的,建筑节能的要求对其热性能或能耗性能缺乏了解现有软件或模拟方法存在一些困难和不足为设计者提供相对简单、快速的方法,双层皮玻璃幕墙的构造,二、模型的建立,光学计算,传热模型,气流计算,动态模型,1.光学计算,多层玻璃幕墙系统的光学计算1）直射辐射2）散射辐射遮阳百叶的光学计算1）直射-直射辐射2）直射-散射辐射3）散射-散射辐射,多层玻璃幕墙系统的光学计算,方法：净辐射原理,多层玻璃幕墙系统直射辐射的计算,直射辐射能流计算式：G=X-1B,rbb,i,bb,i分别第i层的直射-直射反射和透射率，上标f,b分别表示前向和后向,多层玻璃幕墙系统散射辐射的计算,散射辐射能流计算式：J=Y-1C,rbd,i,bd,i分别第i层的直射-散射反射和透射率，上标f,b分别表示前向和后向,系统总透过率、反射率、吸收率的计算,系统总透过率：,系统总反射率：,系统总吸收率：=1-r,百叶光学计算,1.直射-直射辐射(考虑镜面特性),直射-直射反射率：,直射-直射透射率：,直射-直射吸收率：,百叶直射-散射辐射,直射光学入射到百叶表面，部分以直射辐射形式传递，其余部分以散射辐射形式传递,百叶直射-散射辐射,直射-散射辐射能流计算式：E=X-1B,Fij为表面i与表面j之间角系数,百叶散射-散射辐射,百叶总反射率、透过率、吸收率的计算,百叶总反射率：,百叶总透射率：,百叶总吸收率：,2.传热模型,为了使计算过程更简单，计算速度更快，基于区域方法，充分考虑太阳辐射的影响以及纵向和横向气流对系统传热的影响。,传热方程,(1)中空外层玻璃(eg层),(2)中空玻璃空气夹层(gap层),(3)中空内层玻璃(ig层),传热方程,(4)外空腔(ca1层),(5)百叶(bl层),传热方程,(6)内空腔(ca2层),(7)内侧玻璃(ing层),3.气流计算,a.外空腔，内空腔,b.外空腔，内空腔,c.外空腔，内空腔,d.外空腔，内空腔,(1)气流方向,热压的计算,整个空腔产生的热压：,外空腔产生的热压：,内空腔产生的热压：,o:室外空气密度。,ca,mean:空腔平均空气密度。,ca1,mean:外空腔平均空气密度。,ca2,mean:内空腔平均空气密度。,气流流量的计算,幕墙入口质量气流质量：,底部或顶部流入外空腔的气流流量：,v，ca1分别是空腔入口和外空腔入口流量系数。,气流流量的计算,底部或顶部流入内空腔的气流流量：,穿过百叶的横向气流流量：,ca2，bl分别是内空腔入口和百叶叶片间流量系数。,区域质量守恒,三、实验验证,1.实验装置,测点,散射辐射仪,总辐射仪,测点布置,室外太阳辐射值及室内外温度值,结果比较,eg层温度实测值和模拟值,tmax=2.1,结果比较,ig层温度实测值和模拟值,tmax=1.8,结果比较,bl层温度实测值和模拟值,tmax=2.2,结果比较,ing层温度实测值和模拟值,tmax=1.6,结果比较,ca1层温度实测值和模拟值,tmax=2.4,结果比较,ca2层温度实测值和模拟值,tmax=2.6,四、实验比较,空腔间距对双层皮玻璃幕墙内侧玻璃温度、进出口空气温度、通风量的影响。百叶位置对双层皮玻璃幕墙内侧玻璃温度、内外空腔温度值的影响。百叶角度对内侧玻璃温度值的影响。,空腔间距对内侧玻璃温度的影响,空腔间距分别为10cm和20cm的内侧玻璃温度比较。,空腔间距对内侧玻璃温度的影响,空腔间距分别为30cm和40cm的内侧玻璃温度比较,空腔间距对进、出口空气温度的影响,空腔间距对进、出口空气温度的影响,空腔间距对通风量的影响较小,百叶位置对内侧玻璃温度的影响,百叶分别距离外侧玻璃20cm和30cm的比较。,百叶位置对内侧玻璃温度的影响,百叶分别距离外侧玻璃20cm和10cm的比较。,外空腔温度,内空腔温度,百叶位置对内、外空腔温度的影响,百叶位置对内、外空腔温度的影响,外空腔温度,内空腔温度,百叶角度对内侧玻璃温度的影响,百叶角度对进入室内太阳辐射的影响,百叶角度从0调节至30后，最大辐射值qmax=36.4W/m2,减少约78%。