外呼吸双层通风玻璃幕墙热工性能模拟分析
暖通空调ＨＶ＆ＡＣ２００７年第３７卷第１期专题研讨?２ｊ?
ＤｅＳＴ软件对建筑进行了能耗分析，探讨了双层通
风玻璃幕墙的节能与保温隔热性能。
１外呼吸双层通风玻璃幕墙的构造与参数
该建筑位于杭州市，采用的外呼吸通风玻璃幕
墙结构如图１所示，外层幕墙为单片钢化透明玻
、
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一
图１外呼吸通风玻璃幕墙构造简图璃，内层幕墙为Ｌｏｗ—Ｅ中空玻璃，两玻璃幕墙间距为１１００ｍｍ。建筑层高为３．７ｍ。空气层内气流组织方式为对角线式流动。玻璃性能参数见表１。
表１幕墙玻璃的性能参数
模拟计算中对实际幕墙的热工性能分析采用了上述幕墙实际尺寸，在幕墙综合传热系数的探讨中还分析了空气层宽度为８００，５００，２００ｆｉｌｍ三种工况和有遮阳设施（挡板式内遮阳）的情况。在各种工况的讨论中，室内空调温度恒定为２６℃，夏季通风温度为３３℃，室外平均风速为标准风速２．２ｍ／ｓ［２］，太阳辐射分析针对北纬３０。、大气透明度为２的西向墙面。
２外呼吸双层通风玻璃幕墙热工性能分析
２．１空气层内的气体流动
幕墙空气层内气体的流动是通风玻璃幕墙的重要特点，是提高墙体热工性能与建筑节能的关键所在。空气层内速度场分布如图２所示。经过分析可知，空气层内气体流动主要有以下几个特点。
１）在外界风压与双层幕墙内热压的共同作用下，双层通风玻璃幕墙内部可以获得良好的空气流动，在室外平均风速２．２ｍ／ｓ的计算条件下，双层通风玻璃幕墙内的空气流速为０．４～１．０ｍ／ｓ；
２）气流在进风口和出风口的断面具有比中间过渡段面大的速度；
３）气流在风压的作用下由进风口进入且速度增大，诱导幕墙内气体上升并不断混合，幕墙内气体在来流空气推动与热压的作用下不断上升，从出风口排出，带走热量；
图２通风玻碉幂墙空气层内速度场分布
４）幕墙空气层内对角线式的气流路线不仅有效防止了气流短路情况的发生，而且使得外界空气与幕墙内空气能够充分混合，带走更多热量。
由此可见，双层通风玻璃幕墙内的气体流动可以带走幕墙内的热量，使玻璃幕墙具有良好的热工。
性能。
２．２温度场
幕墙的温度分布可以更加直观地反映通风玻璃幕墙的热工性能，内层幕墙内表面温度更是影响室内温度与舒适度及建筑能耗的重要参数。在夏季，内层幕墙内表面温度越低，幕墙壁面与室内空气的温差越小，通过建筑围护结构的热损失就越小，玻璃表面对室内的热辐射也越小，可提高室内热舒适度。
在杭州的气象条件下，室外综合温度为４１．４℃，经过双层通风玻璃幕墙后内层玻璃幕墙温度降低到２７．２℃；由于幕墙内空气的充分混合，空气温度基本一致，在３３～３６℃之间变化。幕墙温度场分布如图３所示。
综上所述，玻璃幕墙内流动的空气带走了大量太阳辐射透过的热量，大大减少了幕墙内太阳得热量的积聚及其对室内的传热量；尽管外层玻璃仍然会在太阳辐射的作用下温度升高并蓄热，但双层通风玻璃幕墙内的空气流动，一方面迅速地带走了外层玻璃蓄积的热量，另一方面也有效阻隔了外层玻璃热量向内层玻璃的传递，使内层玻璃具有相对较低的温度，保证了与室内空气直接接触的幕墙内表面具有较低的温度，减少了向室内的热量传递，减少了建筑热损失，由此降低了建筑能耗。
２．３综合传热系数的比较分析
?挖?专题研讨暖通空调ＨＶ＆ＡＣ２００７年第３７卷第１期
图３通风玻璃幕墙温度场分布
综合传热系数是评价双层玻璃幕墙节能效果的最直接参数，数值越小，围护结构的热损失越少，建筑能耗越低。本文计算了实际工况下通风玻璃幕墙的综合传热系数，同时；为了研究影响幕墙性能的因素，采取了改变幕墙空气层宽度、设置遮阳设施等方法，考察其对综合传热系数的影响。２．３．１改变幕墙空气层宽度
对幕墙空气层宽度为１１００，８００，５００，２００ｍｍ４种工况进行了模拟分析，得到了各工况下的幕墙综合传热系数与综合传热热阻，见表２。
表２不同空气层宽度工况下幕墙综合传热系数
与综合传热热阻的计算结果．壁』婴塑蕉』羔！旦』ｌ堡：旦２２１垡：兰』婴２
１１００２７．２２０．６９１．４５８００２７．４５０．８２１．２２
５００２７．７１０．９７１．０４
２００２８．２６１．２８０．７８
由表２可以看出，随着幕墙空气层宽度的减小，内层幕墙内表面温度逐渐升高，综合传热系数越来越大，综合传热热阻逐渐降低，玻璃幕墙的热工性能降低。幕墙空气层宽度由１１００ｍｍ至５００ｍｍ的变化对幕墙热工性能的影响并不十分明显，当幕墙空气层宽度缩小到２００ｍｍ时，内层幕墙内表面温度与综合传热系数都有大幅度的增加，幕墙的热工性能大大降低。可见，两层幕墙间的宽度越小，内层幕墙内表面温度越高，传热系数越大，不利于改善玻璃幕墙的热工性能。
２．３．２设置遮阳设施
对空气层宽度为１１００ｍｍ时两层玻璃幕墙间设置遮阳设施的情况进行了模拟分析，计算结果见表３。
表３空气层设置遮阳设施工况下幕墙综合传热系数
与综合传热热阻计算结果
星煎婆婆匡』羔ｌ型！堂：羔２２１堂：羔』翌
无遮阳２７．２２０．６９１．４５
壹蕉堕一一垫：垫！：！！！：ｉ！
由表３可以看出，幕墙空气层内有遮阳的情况要优于无遮阳的情况，与无遮阳的情况相比，内层幕墙内表面温度降低１℃，综合传热系数降低３／４，热阻提高３倍。可见，幕墙空气层内设置遮阳设施可以提高玻璃幕墙的热工性能，改善室内热环境，降低建筑能耗。
２．４建筑能耗比较分析
为了考察双层通风玻璃幕墙的节能效果，将实际工程中外呼吸双层通风玻璃幕墙结构建筑的空调供暖能耗与其他４种单层玻璃幕墙建筑的能耗作了比较分析，比较结果如表４所示。由表４可以看出，双层通风玻璃幕墙的供暖和空调能耗都小于其他各种单层玻璃幕墙的能耗。
表４建筑能耗比较结果
方案Ａ：６ｍｍ（ｓｓ一方案Ｂ：６ＴＩⅡＩｌ方案Ｃ：６ｒｒⅡｎ（ｓｓ一方案Ｄ：６ＩＴａ－ＴＩ白＋方案Ｅ：外呼吸双
６０）＋９Ａ＋６（ＫＮ４５）＋９Ａ６０）＋１Ｉ１４撇９Ａ＋６ｒｐ．ｍ自层通风玻璃幕
ＩＴＩＩＴＩ白＋６ｍ白ＰⅥＢ＋６ｒｎｒｎ白墙
全年累计热负荷／（ｋＷｈ）１０４４１７９２５５９１３５７１７７７３８４７５３２８
全年累计冷负荷／（ｋＷｈ）３０９５３８３０２２１９２９７７８３４２３４３５２６７２２７
全年累计热负荷指标／（ｋｗｈ／ｍ２）２４．６２１．８３１．９１８．２１７．７
全年累计冷负荷指标／（ｋｗｈ／ｍ２）７２．９７１．１７０．１９９．７６２．９
供暖季热负荷指标／（ｗ／ｍ２）８．２１７．３０１０．５９６．１４５．９６
空调季冷负荷指标／（ｗ／ｍ２）１１．７９１１．５１１１．４４１７．７５１０．２５
供暖耗电量／（ｋＷｈ）６９６１１６１７０６９０４７８５１５８９５０２１９
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注：ｓｓ一６０指型号为ｓｓ一６０的热反射膜，９Ａ指９ｍｍ．厚空气层，白指普通白玻璃，ＫＮ４５指型号为ＫＮ４５的Ｌｏｗ－Ｅ中空玻璃，ＰＶＢ指ＰｖＢ安全膜。
图４为间歇式供暖、空调作息模式下供暖季和空调季室内一周温度变化图。从图中可以看出，在供暖季，方案Ｃ在非供暖时间室内温度最低，方案
（下转第１１５页）
暖通空调ＨＶ＆ＡＣ２００７年第３７卷第１期技术交流?１１５?
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流量
图２三种控制方式下水泵运行工况
Ｑ，＞Ｑ。＞Ｑｍ，因此Ｂ点对应的流量及扬程最大，Ｃ点其次，Ｄ点最小。由图中可看出‰＞ｎ。＞以。＞ｎ。。由于变频泵的功率随转速的降低而减小，因此采用变频泵后在部分负荷工况时系统减少了能耗，而部分负荷工况时采用不同的控制方式下水泵的工作点和能耗各不相同。采用末端压差控制最节能，但总流量达不到设计流量，房间将过热；采用温差控制的节能率其次，其总流量等于设计流量，但可能出现部分房间过热而部分房间过冷的情况；采用压差控制节能率最小，调节后系统总流量超过系统所需的流量，房间将过冷。以上分析是基于各房间空调器前管路上设置的为一般通断阀得出的，如果设有自动流量调节阀，则自动流量调节阀会根据房间的冷热程度调节其开度，此时各支路流量重新分配，管网特性曲线及泵的工作点都将发生变化，理论上将使各房间温度均达到设定值。
从以上分析可以看出，空调水系统采用变频控制时其控制方式不是随意选用的，应根据空调水系统的规模、负荷的组成和分布、空调精度要求等情况综合分析后选择最合适的控制方式。
参考文献
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（上接第２２页）
图４供暖季和空调季室内一周温度变化情况
Ｅ的温度基本为最高；在空调季，方案Ｄ在非空调时间室内温度最高，方案Ｅ的温度最低。这种房间温度分布现象说明，方案Ｅ在冬季有较好的保温性能，在夏季有较好的隔热性能。因此，使用双层玻璃幕墙的建筑在间歇运行的作息模式下，在供暖季节，建筑未被利用的时段内室内温度较高，有利于建筑被利用时段室内迅速升温，减少能耗；在供冷季节，建筑未被利用的时段内房间温度较低，有利于建筑被利用时段室内迅速降温，节约能源。因此，双层通风玻璃幕墙的保温隔热性能降低了建筑能耗，提高了室内热舒适度。
３结语
利用ＣＦＤ技术对外呼吸双层通风玻璃幕墙模拟的结果表明，双层通风玻璃幕墙内可以获得较持续稳定的流场，这种空气流动不仅带走了热量，降低建筑能耗，而且有利于提高室内空气质量和热舒适度；能耗模拟分析证明了双层通风玻璃幕墙具有优于单层玻璃幕墙的节能潜力。本文以我国南方夏热冬冷地区为例进行分析的结果也可以推广到夏热冬暖地区。由此，外呼吸双层通风玻璃幕墙是广泛适用于我国南方建筑的一种节能、生态的围护结构形式。
参考文献
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外呼吸双层通风玻璃幕墙热工性能模拟分析
作者：高云飞， 赵立华， 李丽， 陈卓伦， Gao Yunfei， Zhao Lihua， Li Li， Chen Zhuolun 作者单位：华南理工大学
刊名：
暖通空调
英文刊名：HEATING VENTILATING & AIR CONDITIONING
年，卷(期)：2007,37(1)
被引用次数：2次
参考文献(3条)
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