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                 新聞資訊 >> 建筑科技、施工技術
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              打造技術制高點 實現可持續發展

              來源:不詳   2010-10-8  

              一、 前    言
              作為現代社會中的重要資源,能源已經日益顯現出它的珍貴性。在發達的工業化國家,建筑物消耗了近40%的能源,經過粗略的估算,其中的2/3 – 3/4本可通過正確的建筑措施節省下來。我國能源結構不合理,能耗消費總量已達世界第二,能源生產與供應將會成為突出矛盾,極大地制約了我國經濟的發展。長期以來,夏熱冬冷地區的建筑在保溫、隔熱、通風條件方面較差,人們為了解決夏季降溫和冬季取暖的問題,不得不采用空調設施。當空調與暖氣逐漸走入家庭為我們帶來室內局部舒適的同時,能耗問題、污染問題、城市熱島問題出現并迅速加劇。
              北京氣候屬于暖溫帶半濕潤半干旱季風氣候。冬季寒冷,夏季較為炎熱,月平均最高溫度超過30°C,平均晝夜溫差較大,平均達15°C,(年極端最高氣溫—般在35~40°C之間,而年極端最低氣溫一般在-14~—20°C之間);降水豐沛,明顯集中于夏季3個月,偶有暴雨發生,冬春季比較干燥,夏秋季較為濕潤,夏季多云;春季及深秋有大風,春季偶有沙塵暴發生。因而北京在一定程度上具有中國夏熱冬冷地區的氣候特點:夏季更熱,冬季更冷,同時具有兩種極端氣候的特征。另外,北京具有干熱氣候特點以及春季防沙塵暴的要求。
              建筑幕墻在當前越來越受到關注,但一般只是作為設計手法的重要對象,忽視了建筑幕墻是影響室內熱舒適度和建筑能耗的重要因素和關鍵部位。夏熱冬冷地區建筑同時面對冬、夏兩種極端氣候,單一的材料無法同時滿足對冬季保溫和夏季防熱、隔熱的要求。在極端氣候共存的北京,玻璃幕墻更加需要適應性、復合性。
              北京新源大廈一期工程­(現改稱北京公館),是一幢集居家、商務、休閑于一體的高檔住宅樓,由德國GMP建筑設計有限責任公司設計,北京千禧房地產開發有限公司承建。該項目建筑面積6.6339萬平方米,樓高82.3米,共26層。針對北京的氣候特點,以及節能、環保等多方面的需求,本工程的幕墻形式選用先進的雙層外循環呼吸式幕墻(也稱為雙層皮外循環呼吸式幕墻)。該雙層幕墻及其中間的水平遮陽系統,作為一個立面構圖元素,豐富了整個立面。平面每隔三層退近,形成周圍的室外平臺,強調了建筑水平線條并構成了極強的韻律感,建筑的東西兩塔頂部樓層以三層為單位,逐步跌落,形成退臺,使原本龐大的建筑體顯得錯落有致。
               
              二、當前國內雙層玻璃幕墻存在的問題
              雙層幕墻在當前生態建筑技術領域成為重要的關注話題,并且在大多數歐洲國家得到了廣泛的推廣和運用。但針對性地從“雙層玻璃幕墻的表皮氣候適應性”角度進行研究或是節能設計在中國尚處在萌芽階段。僅有的幾座在國內建成的雙層幕墻建筑只是走“雙層皮”時髦概念的路線,缺乏對雙層皮的生態層次的理解和掌握。如北京某會計學院:空腔間層間距和通風口面積過小,造成通風不利,且缺乏有利的防熱措施,易引發室內過熱(見照片1)。北京某大型公寓:風口進、出風不暢和通風模式選擇不當,不利于室內外空氣對流(見照片2)。上海某大廈:幕墻開啟方式和室內外氣流環流模式不當引發夏季室內過熱(見照片3)。
                        照片2  北京某大型公寓雙層皮通風口構造                      照片3  上海某大廈雙層皮內層表皮
               
              三、“雙層皮”玻璃幕墻試驗技術成果總結
              2002年夏冬兩季和2003年夏天,華中科技大學建規學院李保峰教授及其研究生與武漢凌云建筑裝飾工程有限公司合作,進行了雙層玻璃幕墻相關系列實驗(見照片4)。實驗系統深入研究了不同遮陽狀況、通風狀況、朝向狀況、淋水使用狀況、空調使用狀況對玻璃幕墻實驗體室內熱環境和能耗的影響。實驗證明,通過設計合理的通風口,加上有效的遮陽以及正確的使用方式,可以明顯降低夏天室內空氣氣溫和玻璃表               照片4  “雙層皮”玻璃幕墻生態實驗站
              面溫度。具體如下:
              ◆朝向系列:
              朝向系列檢驗雙層皮玻璃幕墻面向環境的熱適應性。
              實驗表明:雙層皮玻璃幕墻在四個朝向均有較好的熱工性能(雙層間遮陽的雙層皮相對于采取內遮陽的單層皮),尤其是西向。但前提條件是保證雙層皮玻璃幕墻的空腔間層有較好的通風狀況。值得考慮的是:“單雙層皮”構造為何在不同的朝向會有如此大的溫差?南向實驗室內溫差有6度,北向實驗室內溫差也有4~5度,而西向實驗竟達17度之多。傳統的“單層皮”玻璃幕墻的維護結構為一層玻璃,由于玻璃的通透性,夏季陽光直射到室內,直接產生溫室效應,造成室內過熱。而“雙層皮”玻璃幕墻不同于傳統的單層幕墻,它由內外兩道幕墻組成。雙層皮空腔間層若是處于空氣流動的可控制狀態,室內外熱量在此空間內流動、交換,實現室外氣候和室內小環境的過濾器和緩沖層作用。不難理解,在高溫的夏季,持續烘烤的西向比其它方向更能體現這種過濾緩沖效應帶來的差異。
              因而,具有合適遮陽位置和通風模式的“雙層皮”玻璃幕墻比傳統的“單層皮”玻璃幕墻具有更佳的熱工性能。在夏熱冬冷地區,“雙層皮”玻璃幕墻會直接降低空調的使用時間,不僅節約了能源,又有利于生態環境。
              ◆遮陽系列:
              其一,測試改變基本遮陽位置對玻璃幕墻防熱條件的影響。
              實驗表明:遮陽狀況的有無和好壞,是影響“雙層皮”玻璃幕墻室內熱環境的關鍵因素。而其中遮陽的位置是“雙層皮”玻璃幕墻的設計重點之一,不同的位置將對其功效產生不同影響。在有通風的前提條件下,雙層皮雙層間遮陽的效果要比其它遮陽方式的效果好,不僅降低了室內空氣溫度,而且減少了遮陽構件所占用的建筑室內使用面積,實現了在節能的前提下保持了光潔建筑物表面的設計初衷,沒有做任何熱防護的“單層皮”玻璃幕墻的隔熱效能則最差。值得注意的是在沒有通風的情況下,雙層間遮陽的雙層皮的綜合相對U值要高于外遮陽的單層皮,也就是說前者不能保證較好的通風時,其空腔間層的煙囪效應無法發揮作用,隔熱效能相反不行。
              因而,對“雙層皮”玻璃幕墻而言,除了正確設計以外,正確使用也是十分重要的。采用雙層間遮陽并配合恰當的通風方式是“雙層皮”玻璃幕墻在夏季不可或缺的條件。
              其二,測試相同遮陽裝置在空腔中位置變化導致的防熱效果。
              實驗表明:雙層皮空腔間層遮陽位置的微調是“雙層皮”玻璃幕墻的遮陽防熱設計的再延續。遮陽裝置越是靠近內層玻璃,內層玻璃外表面升溫越快,直接向室內傳熱的傳熱量也就越大。同時遮陽裝置和玻璃之間的空間間距越小,其容納空氣的攜熱能力越低,空氣升溫越快,也直接影響到室內的熱環境。
              因而,在遮陽裝置后面的通風換氣層對于保證室內不出現過熱現象尤為重要,特別是采用封閉式內循環空氣環流的雙層皮玻璃幕墻。雙層間遮陽位置選擇靠近外層玻璃內皮,且處于空腔1/3處較為有利,并且要求遮陽位置距內皮最少15cm。
              其三,通過測試不同遮陽裝置的防熱效果。
              實驗表明:不同的遮陽構造材料,因為對太陽輻射吸收率、透過率、反射率的不同而表現出不同的隔熱效能。遮陽布由于反射率較高(表面有特制的防輻射層),透過率最小,其隔熱效能最好,但是遮陽布以犧牲室內照度及視線為代價。木活動百葉遮陽較薄金屬活動百葉遮陽簾、塑料活動百葉遮陽具有一定的蓄熱能力,透過率也較低,隔熱效能相對要好,但要注意木活動百葉遮陽自重較大,提升不便的特點。薄金屬活動百葉遮陽簾較輕,方便操作,但易受風壓的影響而產生噪聲,在高層辦公環境中不利。塑料活動百葉遮陽由于各方面性能都相對較差,隔熱效能則差一些。
              因而,遮陽應結合實際情況采取相應的遮陽材料。甚至根據材料某些特點以修正、改變其太陽輻射吸收率、透過率、反射率,從而達到理想的隔熱效能。另外,采用活動遮陽,可以根據需要控制太陽輻射量和進光量,具有較好的靈活性和適應性。
               
              ◆通風系列:
              其一,通過測試通風和空腔內溫度、玻璃表面溫度和室內熱環境的關系。
              實驗表明:通風狀況的好壞,是影響“雙層皮”玻璃幕墻空腔間層和室內熱環境的基本因素。由于通風的原因(A房風速峰值達0.37m/s),A房空腔內二次輻射熱較快地從出風口導出,B房卻因為風口關閉無法帶走熱量。可以看到A房空腔內溫度明顯比B房低6度左右。由此影響到內層玻璃外表面和內表面溫度,A房與B房內層玻璃外表面溫度差大約4~5度,而A房內表面的溫度也始終是比B房低,只是絕對數值差沒有外表面的大。這又直接影響到室內溫度。顯然有通風的“雙層皮”比無通風的在夏季具有更佳的防熱能力。
              在夏天強烈的陽光輻射下,“雙層皮”玻璃幕墻空腔換氣層往往溫度較高。若是進出風口的自然通風無法實現,反而急劇增加了制冷的負荷,這對于夏季炎熱地區是致命的缺點。所以,在夏季保證“雙層皮”玻璃幕墻空腔間層良好的通風條件,是發揮“雙層皮”玻璃幕墻優越性的關鍵所在。
              其二,通過測試通風模式與室內熱環境的關系。
              實驗表明:在箱體式“雙層皮”玻璃幕墻中,夏季外立面通風的面積直接影響空腔和室內的熱環境。對于箱體式“雙層皮”玻璃幕墻,高度有限,若不加大進出風口的開啟面積,那么熱壓作用產生的通風效應則會更小。在四種通風模式當中,上下風口開啟通風模式的通風面積最大,氣流環流最為便捷,其空腔間層的通風效果最好,影響室內的防熱效果也是最好。所以,在不影響幕墻的光潔外立面和空腔熱壓作用的情況下,應加大風口開啟面積,提高外立面整體通風面積,并且在通風線路上力求短捷,減少氣流短路的可能性。
              不過,因為不同通風模式對室內熱環境的影響相對于對空腔換氣層的影響來說要小的多,因而在考慮整體幕墻風口的氣流短路和樓層之間聲音干擾問題時,錯位通風模式仍不失為一個好的選擇。在幕墻外部風壓較大和室內對隔音要求不高的時段里,開啟所有通風百葉加強空腔內氣流環流,提高空氣換氣量;在室外靜風和太陽輻射較強的時段里,利用對角線模式(即錯位通風模式)避免進出氣流短路,充分發揮熱壓作用,實現空腔與室外的換熱過程。
              ◆淋水系列:
              通風系列實驗的目的是測試淋水立面對防熱的影響。
              實驗表明:淋水立面直接影響玻璃幕墻外表皮的表面溫度,并對降低室內溫度產生積極的影響。雙層間有遮陽 “雙層皮”玻璃幕墻在有淋水和無淋水狀況下的外表皮溫度差有13度之多,影響到室內其溫度差也有4~5度。所以在夏季考慮淋水清洗立面的作用的同時,充分發揮淋水對“雙層皮”玻璃幕墻夏季降溫的作用。
              ◆能耗系列:
              能耗系列實驗的目的是測試雙層皮玻璃幕墻節能效應。
              實驗表明:“雙層皮”玻璃幕墻在夏季具有良好的節能效應。在有通風條件下,雙層間有遮陽的雙層皮和內遮陽的單層皮的能耗比較實驗當中,雙層皮室內溫度在空調設定的工作溫度27℃上下波動,空調正常間歇時間為30~45分鐘。然而,單層皮室內溫度從上午9:30~下午17:00一直在空調工作溫度以上,并于中午13:30出現峰值32度,空調持續工作。單層皮其它時段內空調的間歇時間也比雙層皮要短一些。24小時能耗比較,無論雙層皮空腔間層有無通風,雙層皮比單層皮都要節能14%。即便單層皮采取外遮陽的情況下,“雙層皮”玻璃幕墻也要節能5.9%。
              能耗對比試驗所采用的“單層皮”玻璃幕墻是把其中一個“雙層皮”玻璃幕墻實驗房外層的玻璃拿掉后形成,其內層由一半復合鋁板和一半8mm白玻組合成外皮。而真正意義上的傳統“單層皮”玻璃幕墻是整片大玻璃覆蓋立面,比實驗站使用的“單層皮”玻璃幕墻多出一半的直接接受熱輻射的面積,室內外換熱量多出一倍,因此能耗也要增加將近一半。這樣理解的話,實際上雙層皮比單層皮要節能(7.97×2-6.85)/ (7.97×2)=57%。
               
               
               
              四、“雙層皮”玻璃幕墻的經濟性能、空氣動力及熱工性能計算
              4.1 “雙層皮”玻璃幕墻的經濟性能計算
              據有關專家估計,世界上30%-45%的能耗是建筑能耗,而從普通窗戶中散失的能量則達到一般實體墻的5-6倍,傳統單層玻璃幕墻雖然在熱工性能上比普通窗戶有很大的提高,但它仍然是建筑能耗的一個薄弱環節。“雙層皮”玻璃幕墻的優點就充分體現于它的雙層幕墻結構,在陽光照射、熱輻射以及熱傳導等性能方面都優于傳統的單層玻璃幕墻。
              中國夏熱冬冷地區節能性能估算:根據前文實驗數據,在夏季一定遮陽和通風條件下,“雙層皮”玻璃幕墻比普通玻璃幕墻節約制冷能耗約57%。再根據國外“雙層皮”玻璃幕墻采暖與制冷節能情況(德國有關資料表明:“雙層皮”玻璃幕墻與傳統單層玻璃幕墻的能源消耗相比,采暖時可節約能源42%-52%,制冷時可節約能源38%-60%),假定按最低節約采暖能耗42%計算。如果冬、夏兩季各開空調三個月(每月20天,每天間歇式空調采暖或制冷),開機24h,在夏季三個月,每1000㎡南向“雙層皮”玻璃幕墻比普通玻璃幕墻節電4.54萬度;在冬季三個月,每1 000㎡南向“雙層皮”玻璃幕墻比普通玻璃幕墻節電3.35萬度。
              可見,“雙層皮”玻璃幕墻具有非常優異的節能性能。“雙層皮”玻璃幕墻和普通單層幕墻相比,增加了一道屏障,一次性制造成本提高了,但從 “雙層皮”玻璃幕墻節電效果來看,“雙層皮”玻璃幕墻使用10年左右而節約的電費就相當于單層幕墻的成本,而建筑幕墻的使用壽命至少可達20-30年,節約的電費將會更加可觀。
               
              4.2 “雙層皮”玻璃幕墻空氣動力模擬
              房間的空氣流動情況對于建筑物能耗、室內空氣品質和人體健康至關重要。眾所周知,建筑通風設計的目的就是通過人工的方法,盡量減少或避免使用不可再生型能源,在室內空間創造一種健康、舒適、安全的空氣環境。
              基于流體力學的模擬計算軟件Comis,進行通風計算時可以涉及一些細微但很重要的因素,如開啟的窗口兩側空氣的雙向流動;特定溫度、濕度對縫隙兩側溫度的影響。因此,可以根據給出的即時計算使模型如實地反映不同的天氣條件對室內空氣流動的影響,為改進設計提供良好的參考。
              模擬過程:根據“雙層皮”玻璃幕墻實驗站實際情況,取高度為四米的一個幕墻單元為模擬對象,分別模擬了幕墻單元高度、開窗形式、窗口大小及組合方式對空氣交換量的影響。
              (1)窗口不同的幾何形式、數量對空氣交換量的影響
               
              窗口尺寸(寬*長m)
              窗戶個數
              壓力(Pa)
              流出空氣量(Kg/h)
              流入空氣量(Kg/h)
              0.6/2.4*2
              2
              1.03
              1417
              1226
              2.4/0.6*2
              2
              0.26
              748.7
              551.8
              2.4/1.2
              1
              0.493
              1936
              1740
              2.1/1.2
              1
              0.496
              1705
              1509
              2.1/0.9
              1
              0.377
              1133
              937
              2.1/0.6
              1
              0.264
              668.4
              471.6
              2.1/0.3
              1
              0.157
              307.4
              110
              2.1/0.1
              1
              0.154
              197.4
              0
               
              由上表可知:
              (1)窗戶開口面積越大,通過這扇窗的空氣交換量越大。隨著窗口高度的減小,空氣流出和流入量都逐漸減小,當高度減小到0.1米時,程序即只考慮這個窗戶的單方向空氣流動。
              (2)當窗口面積相等時,橫長窗沒有縱長窗的通風效果好。同樣2.4*0.6米的窗口,2.4米高0.6米寬的窗戶,通風換氣量是0.6米高2.4米寬的窗戶的兩倍。
              (3)窗口總面積相等,一扇開窗比分成兩扇的通風換氣量大。兩扇2.4*0.6米的窗戶開口面積等于一扇2.4*1.2米的窗戶,但前者通風換氣量僅為后者的2/5。
               
              (2)不同的開窗形式對空氣交換量的影響
               
              窗口尺寸(長*寬m)
              開窗形式
              壓力(Pa)
              流出空氣量(Kg/h)
              流入空氣量(Kg/h)
              2.1/1.2
              1平開窗
              0.496
              1705
              1509
               
              2懸窗
              0.858
              3536
              3342
              0.6/2.4*2
              1平開窗
              1.02
              1684
              1494
               
              2懸窗
              1.67
              17480
              17290
               
               
               
               
               
              Comis模擬兩種開窗形式:平開窗和懸窗,不管外立面是一扇窗還是兩扇窗,懸窗的通風效果都優于平開窗。當有一扇開窗時懸窗通風換氣量是平開窗的2倍,當雙層皮外墻玻璃上有上下兩個開口時,由于煙囪效應和懸窗的導風效果,通過懸窗的空氣流通量是平開窗的10倍。
               
              (3)懸窗不同的開啟角度對空氣交換量的影響
              窗口尺寸(長*寬m)
              懸窗開啟角度
              壓力(Pa)
              流出空氣量(Kg/h)
              流入空氣量(Kg/h)
              0.6/2.4*2
              54
              1.67
              17480
              17290
              0.6/2.4*2
              72
              1.67
              23270
              23090
              0.6/2.4*2
              90
              1.67
              29070
              28880
              0.6/2.4*2
              45
              1.73
              14800
              14610
              0.6/2.4*2
              18
              1.74
              5975
              5792
               
              懸窗不同的開啟角度對通風換氣量也有很大的影響,根據模擬數據統計,開啟角度越大空氣流通量越大。流通量隨著開啟角度成正比增長。
               
              (4)幕墻單元高度對空氣交換量的影響
               
              空間尺寸(長*寬*高m)
              開窗形式
              壓力(Pa)
              流出空氣量(Kg/h)
              流入空氣量(Kg/h)
              3/0.4/10
              1平開窗
              0.261
              1419
              1224
               
              2懸窗
              4.44
              120500
              120300
              3/0.4/4
              1平開窗
              0.253
              1396
              1201
               
              2懸窗
              1.67
              29070
              28880
               
              隨著幕墻空間高度的增加,空氣交換量也增加。空間高度由4 米增加到10米,平開窗的情況下,流通量增加5%;懸窗的情況下,流通量增加3倍。這說明井箱式幕墻通過將上下層幕墻單元連通形成通風豎井,利用煙囪效應,在窗戶采用懸窗的情況下,有利于雙層皮幕墻空腔內的空氣流通,可以起到較好的降溫效果。
               
              4.3.“雙層皮”玻璃幕墻的熱工計算
              (1)計算模型

              根據能量守恒定律,對內、外側玻璃和熱通道空氣層3個獨立對象建立熱平衡方程:
              外側單層玻璃的熱平衡方程:
                              (1)
              內側雙層玻璃的熱平衡方程:
                               (2)
              熱通道空氣層的熱平衡方程:
                                        (3)
              式(3)的邊界條件為:z=0,tf=to.式(1)~(3)是關于tf,t2和t3的3個獨立方程,如果式(1)~3)中所有系數已知,則可以求出tf,t2和t3.
              式(1)~(3)構成了熱通道玻璃幕墻的熱工計算模型.
              若太陽輻射透過熱通道玻璃幕墻進入室內的傳熱率為qa,則室內得熱速率:
                               (4)
              (2)方程系數的確定
              a.太陽能系數

              根據圖2所示的射線跟蹤法可求出系統的太陽能吸收率和透過率.τ和θ分別為玻璃的太陽能透過率和反射率。
               
              玻璃幕墻的透過率
              外側單層玻璃的吸收率
              內側雙層玻璃的吸收率
              外側單層玻璃吸收太陽能的速率
              qao=αsoId+αSoID                               
              內側雙層玻璃吸收太陽能的速率
              b.傳熱系數
              從室外(溫度為to)到玻璃內表面(溫度為t2)之間的熱阻1/ko為對流熱阻1/ho與玻璃傳導熱阻δo/λo之和:
              將內側雙層玻璃作為一個整體,同樣,從玻璃內表面(溫度為t3)到室內(溫度為ti)之間的熱阻1/ki為
                                                        
              此處δi/λi為將內側雙層玻璃作為一個整體的傳導熱阻,其值由生產廠家提供或實測得出.
              內外兩側玻璃之間的輻射傳熱系數
              hi,ho和hf可根據玻璃表面對流換熱系數的經驗公式(式(13))確定:
               式中,Δt為相界面溫差.
              c.熱通道空氣流速vf
              流通空氣形成穩定氣流,必然滿足熱壓Δph與氣流阻力損失壓力頭Δpl相等,即
              式中,tfm為熱通道空氣平均溫度,
              由于熱通道氣流速度遠低于音速,所以流體壓力損失與空氣流速vf有關,可按水力學原理計算.我們發現,熱通道中空氣流速低時,流體壓降主要在進出口,這與Trombe通道壓降情況吻合.故有
              i=1式中,ξi為氣流阻力損失系數,其計算公式如下:
              氣流進口損失系數
              進氣孔至熱通道突然擴大時的氣流損失系數
              熱通道至出氣孔突然縮小時的氣流損失系數
                 
              1ζ0可通過工程手冊查到.
              氣流出口損失系數
              式中,ω為熱通道空氣水平截面積,ω1為進氣或出氣孔累計垂直截面積;
              由前面各式便可求出熱通道空氣流速vf.
              (3)計算步驟
              計算時首先輸入玻璃和空氣的物理參數、室內外空氣溫度、太陽能輻射強度,以及幕墻幾何尺寸.初步設定vf,根據經驗可初設為0.3m/s.求出方程(1)~(3)中各系數的值;求解式(1)~(3),得出tf,t2和t3.再求出Δph和Δpl,判定Δph-ΔplΔph≤ε是否成立.判定不成立,則繼續設定vf,修改物理參數;判定成立則認為vf設定合理,根據式(4),求出室內得熱速率q.
              采用方程(1)~(3)作為計算模型,可以較好地進行熱通道玻璃幕墻的熱工計算,只要確定了式(1)~(3)中的各個系數,就可以求出方程的解.我們采取了以下簡化措施來確定方程的各個系數:
              (1)由于散射系統的散射強度不容易得到,為了簡化太陽輻射能的計算,故認為散射系統的效果近似于直射系統,如對于內側玻璃有qai=αsiId+αSiID=αsiI,其它按此同樣處理;
              (2)空氣的初始物理參數可按室內外平均溫度查表得到;
              (3)vf可初設為0.3m/s,計算步長Δvf取為0.001m/s,允許誤差ε可取10-3,以保證較快收斂和較好精度;
              (4)在冬季,關閉了進出風口,取流速vf為零,同樣可以利用該模型進行熱工計算.
               
              符號說明:
              B—空氣厚度,m
              Cb—輻射系數
              h—對流或輻射傳熱系數,W/(m²·K)
              H—熱通道高度,m
              I—太陽輻射強度,W/m²
              k—傳熱系數,W/(m²·K)
              Δp—空氣流程壓降,Pa
              q—單位面積傳熱速率,W/m²
              t—溫度,℃
              T—絕對溫度,K
              v—空氣流速,m/s上下標:
              a—照射(直射、散射)系統
              d—直射
              z—高度,m
              α—輻射吸收率
              δ—玻璃厚度,m
              λ—導熱系數,W/(m·K)
              θ—反射率
              ρ—空氣密度,kg/m³
              τ—透過率
              ω—流通面積, m²
              ε—允許誤差
              ξ—阻力系數
              o—外側
              r—輻射
              D—散射
              f—對流
              i—內側
              s—直射系統
              S—散射系統
              5.  北京新源大廈雙層幕墻
              該工程雙層幕墻采用自然通風和強制通風的混合通風方式,有效組織進出氣流,帶走空腔內余熱,在室內與室外通風處理上,以每三層為單元進行強制通風換氣,保證室內換氣量至少1.0次每小時。針對北京沙塵暴氣候特點,特別設計了固定開啟角度的通風百葉(通風換氣用)和電動開啟窗(防沙塵暴和控制進出氣流量),兩道控制系統,大大提高了通風換氣和抵抗沙塵暴的能力,并且在層間布置有防塵網,有效地起到了防塵的效果。雙層幕墻的外層采用10mm單層透明鋼化玻璃,內層采用冷熱“斷橋”型材和6mm+12A+6mm中空玻璃(外片為Low-E玻璃),內外層幕墻間距為500mm(凈寬)的空腔,保證了緩沖區換氣層夏季通風換熱作用和冬季囤熱保溫作用的兼顧。
              加之雙層幕墻的出氣口可控制其開閉狀態,顯著地阻止了夏季熱量的進入和冬季室內熱量的散失,從而真正使雙層幕墻起到了冬季保溫,夏季隔熱的功效。雙層幕墻中的旋轉側收可調節遮陽百葉,可按照住戶的需要,隨意改變葉片的角度或位置,讓光線均勻進入室內,大大地改善了室內的光環境。
              與傳統的單層幕墻相比,本工程的雙層幕墻有如下突出的優點:
              (1)從原理上,雙層幕墻利用“煙囪效應”與“溫室效應”的原理,從幕墻的功能上解決節能問題;單層幕墻則只是從材料的選用上,通過材料本身的特性來達到一定的節能效果。
              雙層幕墻的保溫隔熱原理如下:
              冬季保溫工作原理:進入冬季,關閉外層幕墻的出氣口,使熱通道內形成溫室。白天太陽照射使溫室內空氣蓄熱,溫度升高,使內層幕墻的外片玻璃溫度升高,從而降低內層幕墻內外的溫差,有效阻止室內熱量向外擴散。夜間室外溫度降低,由熱通道內蓄熱空氣向外層幕墻補償熱量,而室內熱量得到相應保持,因而無論白天和夜間,均可實現保溫功能。
              夏季隔熱工作原理:進入夏季,打開出氣口,利用空氣流動熱壓原理和煙囪效應,使雙層幕墻由進氣口吸入空氣進入熱通道,在熱通道內氣體受熱,產生由下向上的熱運動,由出氣口把雙層幕墻內的熱氣體排到外面,從而降低內層幕墻溫度,起到隔熱作用。
              (2)從環保上,雙層幕墻由于其功能解決節能,外層玻璃選用無色透明玻璃,可最大限度地減少玻璃反射帶來的不良影響(“光污染”);單層玻璃幕墻為保證室內外效果與節能的考慮,玻璃一般選用有一定反射功能的鍍膜玻璃。
              (3)從節能上,雙層幕墻由于熱通道的作用,比單層幕墻節能約50%,是解決建筑節能的一個新的方向。

              (4)從使用上,熱通道的出現,使雙層幕墻夏季節省制冷費用,冬季可節省取暖費用。同時遮陽百葉置于熱通道,能有效地防止日曬,又不影響立面效果。
               
              圖34:旋轉側收遮陽百葉效果
               
              (5)從舒適度方面,雙層幕墻特制的內外雙層構造、熱通道和內層全密封方式,使其隔聲性能比傳統幕墻高一倍以上(內層玻璃幕墻開窗時45Db,關窗時67Db),讓室內生活與工作的人們有一個清靜的環境;另一方面,無論天氣好壞,勿須開窗,熱通道都可直接將自然空氣傳至室內,為室內提供新鮮空氣,
              從而提高室內的舒適度,并有效地降低高層建筑單純依賴暖通設備機械通風帶來的弊病。

              圖35:出風部位電動開啟扇效果
              圖36:自然進風層剖面效果
               
              (6)從安全方面,雙層幕墻對此給予了充分考慮,比如:下雨時可通風,雨不會進入室內,可保持物品安全;通風時風速柔和, 物品不會被風卷走,也不易墜落;兩道幕墻防護,有利于防盜。
              通過該項目的實施,我公司獲取了寶貴的施工經驗,培養了一大批高素質的人才。由于其環保、節能性能突出,在建筑領域也取得了較大影響。正是憑借其具有的知名度和廣泛的影響力,該工程有力地支持了我公司的市場營銷工作。項目實施以來,先后有西安、天津、南京、廣州、科威特等國內外眾多客戶到北京新源大廈進行實地考察,該工程采用的雙層外循環呼吸式幕墻給大家留下了深刻的印象,其中大部分客戶最終選擇了凌云為承包單位。北京新源大廈雙層外循環呼吸式幕墻為公司開拓市場作出了重要貢獻,樹立了光輝的典范。
              北京新源大廈的雙層外循環呼吸式幕墻作為一種新型的幕墻形式,有著其它幕墻不可比擬的優勢,已為越來越多的用戶所接受,它打造了幕墻高新技術的制高點,為凌云實現可持續發展創造奠定了堅實的基礎,為打造“凌云18”著名品牌作出了重要貢獻!
               
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