中间有遮阳的封闭式双层幕墙的热工分析

姜宗杰

摘    要：科技的进步，促进工程建设事业得到快速发展。建筑节能是当今热门的话题，各种节能技术备受关注。双层玻璃幕墙。因为能够满足建筑师对建筑通透、空灵的追求，同时又具有通风、保温、隔声等效果。本文就中间有遮阳的封闭式双层幕墙的热工展开探讨。

关键词：双层玻璃幕墙;遮阳;能量守恒

1  引言

工程案例：封闭式双层幕墙腔体宽度W=1500mm，腔体高度H=2800mm，内外层幕墙面材间净距离δ=180mm。外层幕墙采用8mm+1.52mmPVB+8mm透明夹胶玻璃，内层采用8mm+12mmA+8mm的Low-E中空玻璃，Low-E膜位于从室外数第二面，腔体内置活动金属遮阳帘。

2  双层通风幕墙

双层通风幕墙又叫DoubleSkinFacade。双层通风幕墙的笼本特征是双层幕墙间的空气能够流动、交换，所以这种幕墙又称为双层通风幕墙。双层通风幕墙对提高幕墙的保温、隔热、隔声功能起到很大的作用，它分为封闭式内通风幕墙和开敞式外通风幕墙。双层通风幕墙的实际应用工程有：法兰克福商业银行、华沙FocusFiltrowa大厦、德国海德堡印刷公司办公楼、柏林东火车站等一些建筑。双层通风幕墙由内、外两层幕墙组成。内层幕墙与外层幕墙之间形成一个相对封闭的空間，空气通过下部的进风口进人此空间，又从上部排风口离开此空间，这个空间称为热通道，热通道内的空气一直处于流动状态，并与内层幕墙的外表面不断地进行热量交换，因此双层通风幕墙又称为热通道幕墙。双层通风幕墙具有很多优点：它改变了传统幕墙的结构形式，采用不打胶工艺，避免硅酮胶的二次污染;外层幕墙无需镀膜玻璃，当直射日光照射到玻璃表面上时，玻璃不会因镜面反射而产生反射眩光，没有光污染;双层幕墙独特的内外双层构造、其中的一层幕墙采用中空玻璃，均使其隔声性能比传统幕墙提高20%-40%，隔声量达SOdb，隔声性能达到国际I级，大大改善了办公或居住的环境;其防尘通风的功能使其在恶劣天气（特别是沙尘暴发生的地区）也不影响开窗换气，提高了室内空气质量，它同时提供了高层及超高层建筑幕墙自然通风的可能。在节能方面，比传统的幕墙节能达50%，保温性能达国际II级;采用无镀膜玻璃，实现自然光照明，节省电力;具有冬季保温和夏季隔热的双重功能，有效地减少空调的使用，达到节能效果。

3  热工计算

按照能量守恒原理计算，即在热稳态时各受热面的能量吸收等于能量释放。为了精确计算各表面的温度和热流密度，腔体内采用导热、对流和辐射三个基本理论计算;室内外的表面按工程中常用的包含对流和辐射的等效换热系数计算。透明处按玻璃复合产品的热物理性能采用相关参数，考虑到幕墙框构件在计算单元的面积内比例较小并以简化计算，忽略框构件的热效应。为了充分表明有中间活动遮阳的封闭式双层幕墙的热工性能，分为遮阳晴天（工况1）、无遮阳晴天（工况2）、无遮阳阴天（工况3）和与双层幕墙同等玻璃配置的单层幕墙的晴天（工况4）与阴天（工况5）5种情况分析。计算条件假定：（1）室外夏季极端温度Te以杭州市为例，按GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》选取，值为39.9℃;室内温度Ti按GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》选取，值为26℃。（2）太阳水平辐射强度Ts按杭州市为例，按GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中15时西向大气透明度等级4级选取，值为669W/m2。

遮阳晴天（工况1）双层幕墙热工分析：根据民用建筑节能设计的相关规范给出的以太阳时为时间跨度的太阳辐射强度值和相邻太阳时太阳辐射强度的变化梯度，可以认为单位时间内双层幕墙的传热处于一维稳态状态，由能量守恒定律知，各界面的吸热与放热相等。

4  双层节能幕墙采光功能

自然通风双层节能幕墙具有优越的采光性能和光线控制功能，其外层采用单层超白玻璃，内层采用透明中空玻璃。这样的组合透光率较高，室内可以得到较好的采光效果。双层幕墙具有节能降耗、动态通风、隔音降噪、调节光照等突出特点，并同时具有其他方面优越的物理性能，对于室内的热环境、光环境、声音环境、空气卫生环境等，均能起到有效的调节和控制作用，能提高室内物理环境的舒适度。双层幕墙对建筑节能和提高人们的生活质量有着重大意义.将对幕墙产品的进一步发展带来巨大的推动，为人们提供更舒适的生活环境。

5  工程应用实例

据国外大量文献介绍，双层玻璃幕墙系统具有较大的节能潜力，它采用可循环使用的材料，建造速度快，对运输和施工场地要求不高，同时又可创造出极具时代感的建筑风格，被公认具有“生态”意义的建造方式。20 世纪 90 年代，在欧洲发达国家得以广泛应用。从 20 世纪末引入我国以来，有成功案例，但令人满意的工程不多，究其原因在于盲目设计、简单照搬寒带、温带国家的技术，施工质量不高，没有抓住双层幕墙是“气候适应性”外围护结构的本质，结合我国气候特点研究和自主创新很不够，双层幕墙的发展不能照搬国外或者国外某公司的结构，而要学习、消化国外的技术，结合我国地理、气候、环境特点，开发适应“严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖”4 个地区的节能、舒适、性价比优异的双层幕墙，这是双层幕墙发展的当务之急。

该成果技术主要包括：（1）采用通用软件模拟通道内空气的流动，得到准确的速度场、压力场及粒子流动轨迹，为幕墙通风系统的设计提供可靠的支持;（2）计算双层幕墙的夏季除热效率，与单层中空玻璃对比，同时计算冬季时双层玻璃幕墙单位面积的增热量，建立一套适用于华南地区条件下的模型，并应用于幕墙结构设计、确定加工安装方案;（3）通过支座安装调整和单元板块的运输、吊装、调整、密封及加固收尾等工序，尤其是连接方式和连接件的优化，形成一套完整的安装工艺。

6  结语

在极端高温和太阳辐射强度下，双层幕墙的腔体内各表面的温度明显高于室外环境温度，并且由内向外递减。当双层幕墙内设置遮阳时，腔内的温度将会更高，温度由遮阳百叶向两侧外递减，封闭式双层幕墙设置遮阳百叶使流向室内的热流量密度大大减小，有利于幕墙的节能，且与内层相同配置的单层幕墙相比更节能。从介质传热和太阳辐射透射的综合传热来看，封闭式双层透明幕墙无遮阳百叶时在极端室外温度和太阳辐射作用下并不比与内层相同配置的单层幕墙节能。在应用时应该综合考虑室外温度变化、太阳辐射强度变化和遮阳设施的使用率等因素，测算其节能效果。

参考文献：

[1] JGJ 113―2015.建筑玻璃应用技术规程[S].

[2] GB 50176―2016民用建筑热工设计规范[S].