通风式幕墙的试验

通风式幕墙的试验研究摘要：本文针对通风式幕墙，首先给出了玻璃系统的有效吸收系数，并在光学性能的基础上对通风式幕墙在炎热地区强烈日照下的得热过程进行了分析，给出了最内层玻璃内壁面温度的表达式。本文作者还对通风式幕墙和另外两种常用玻璃幕墙在夏季气象条件下进行了自然通风状态的对比实验。通过对比实验确定了通风式幕墙隔热性能优于其它两种幕墙的结构特点，并结合理论分析的结果提出了进一步改进的建议。关键字：通风式幕墙光学性能隔热性能1.前言现代建筑中玻璃幕墙大量应用，不仅是在公用建筑中，在高档居住建筑中也有广泛的应用。玻璃幕墙不仅美化建筑外观，居住其中的人也会有开阔的视野。然而，对于建筑节能来说玻璃幕墙却并非完美。在幕墙的应用中存在两种问题：1在应用玻璃幕墙后难于和建筑外遮阳配合。适当的外遮阳能有效经济的减少空调负荷。2难于自然通风。特别是隐框玻璃幕墙无法开窗，即使是在室外焓值低于室内焓值时也要通过空调系统才能使用室外的新鲜空气。通风式幕墙针对这两个缺点进行了改进，如图1所示，通风式玻璃幕墙的最外层是10mm白玻璃，内层是6＋12＋5mm中空白玻璃，幕墙中间是可加装遮阳的通风道。通风道的设计使幕墙可以和各种形式的遮阳结合，并且使自然通风成为可能，即使是在雨天依然可以开窗通风。2.玻璃系统的光学性能光线在通风式玻璃幕墙的玻璃系统中行程简图如图2（忽略四阶以后通过窗帘的透射）：图2光线行程简图通风式玻璃幕墙的玻璃系统的有效透过率：通风式玻璃幕墙的玻璃系统的有效反射率：第一层玻璃的有效吸收率：窗帘的有效吸收率：投射到双层玻璃上的辐射量：双层玻璃第一层的有效吸收率：双层玻璃第二层的有效吸收率：通风式玻璃幕墙的玻璃系统的有效吸收系数：——分别为第一，二，三，四层的透过率。——分别为第一，二，三，四层的有效吸收率。——分别为第一，二，三，四层的反射率。3.幕墙内表面温度的计算各层的热平衡方程式：第一层玻璃：第二层窗帘：第三四层双层玻璃：解上述得方程组可得到最内层玻璃的温度：teti——分别为室外和室内的空气温度。t1t2t3t4——分别为第一，二，三，四层的壁面温度。ReRi——分别为室外到第一层玻璃中心的热阻和第四层玻璃中心到室内的热阻。Rjk——第j层玻璃中心到第k层玻璃中心的热阻。4.通过幕墙的能量流动透过幕墙的太阳辐射得热：式中:Qg—通过单位玻璃面积的太阳辐射得热量，它等于太阳辐射强度乘以玻璃的透光率，即：IDi—射到玻璃表面上的太阳直射辐射强度，i为入射角；Id—投射到玻璃上的太阳散射辐射强度；τDi—玻璃对入射角为i的太阳直射辐射的透过率；τd—玻璃对太阳散射辐射的透过率；Qr—由于玻璃吸收太阳辐射热造成的房间得热：5.隔热性能的试验研究5.1隔热性能评价指标的选定现在在西方国家中普遍采用U-value（U因子）和SHGC（太阳得热系数）来综合评定窗的性能。我国的还没有完善的玻璃窗隔热性能评价分级标准，常用的评价指标为K（传热系数）和SC（遮阳系数）。但SC计算中作为标准的无遮阳3mm玻璃在幕墙中没有应用，因此在实测中决定用传热系数，玻璃内壁面温度和室内温度作为评价指标。从玻璃内壁面温度的计算式中可看出它可以反映出玻璃的光学性能和导热性；室内温度则是传导得热和辐射得热共同作用的结果。内壁面温度和室内温度的差值更可反映传导得热量的大小。传热系数采用夜间无太阳辐射气温相对稳定时的实测值。5.2实测数据及分析同时试验的还有双层中空热反射玻璃（6mm透明白玻璃+12mm空气层+5mm绿色镀膜中空玻璃）和普通白玻璃（6＋12＋5mm透明白玻璃）。所有试验幕墙均处在同一面西墙上，而且均处在相同的自然通风和室外条件下。取2003年7月26～27日和8月2～3日6：00～18：00作为计算分析时段；传热系数的计算取20：00到次日8：00时段。表1通风式幕墙实测数据时间遮阳情况传热系数K内壁面平均温度度t4室内平均温度ttit4-ti7月26日有外遮阳1.59334.8533.291.567月27日有外遮阳1.58435.7034.681.028月2日无遮阳1.57138.3838.76-0.388月3日无遮阳1.79940.2140.83-0.62表2热反射玻璃幕墙实测数据时间遮阳情况传热系数K内壁面平均温度度室内平均温度t4-ti7月26日有内遮阳3.54936.8939.29-2.407月27日有内遮阳3.47837.6339.39-1.768月2日无遮阳3.48637.7138.14-0.438月3日无遮阳3.45638.8839.44-0.16表3白玻璃幕墙实测数据时间遮阳情况传热系数K内壁面平均温度度室内平均温度t4-ti7月26日有内遮阳6.11137.9338.95-1.027月27日有内遮阳6.31437.8539.30-1.458月2日无遮阳6.30337.7140.08-2.378月3日无遮阳6.21038.9241.99-3.07比较三种幕墙的在有遮阳措施情况下的数据，通风式幕墙有良好的隔热效果，内壁面温度比热反射玻璃幕墙和白玻璃幕墙分别低了2.04℃，3.08℃（7月26日）和1.93℃，2.15℃（7月27日）；室内温度也比其他两种幕墙有显著降低。白天逐时温度曲线更能看出这种效果。由于三种幕墙皆设置在西墙，投射在幕墙上的太阳辐射在16：00左右达到最大值，房间的瞬时得热也同时达到峰值，通风式幕墙有效的阻隔了大部分的太阳辐射得热，有效地降低了室内温度和内壁面温度，室内温度在峰值时比热反射玻璃幕墙和白玻璃幕墙分别低了13.3℃和13.0℃，壁面温度分别低了5.7℃和7.5℃。这表明采用通风式幕墙可以有效地削减房间的瞬时得热，降低空调设备的设计负荷，节约初投资。在投射在幕墙上的太阳辐射不是很强列的6：00～13：00时段，通风式幕墙的室内温度和内壁面温度比其他两种幕墙降低的并不显著。这表明在夏热冬暖地区热阻对隔热和降低得热量的作用并不大，削减得热量的关键是采用有效的遮阳措施，降低辐射得热。图17月27日日内壁面温温度从表1中可看出通风式幕墙在有遮阳和无遮阳情况下的差别甚大，内壁面温度平均相差4.02℃，室内温度平均相差5.81℃。实际上如不加遮阳，通风道起不到节能的作用，隔热作用只是稍好于白玻璃幕墙，比热反射玻璃幕墙的效果差。图3为通风式幕墙在有遮阳和无遮阳情况下的幕墙内温度分布。图4通风式幕墙能量量流动图从图中可看出在有遮阳的情况下，最外层的玻璃温度（2，3两点温度）明显大于无遮阳的情况，而内层玻璃温度（5，6两点温度）则小于无遮阳情况。窗帘通过反射和吸收太阳辐射使大部分的热量被隔绝在窗帘外侧，增大了最外层的玻璃温度；在窗帘之后，透过的辐射热量减少，内层玻璃温度显著降低。外层玻璃温度的越高，传向外界环境的热量越大，在相同室外环境下，传向室内的热流就越小，相应的隔热性能也就好。窗帘和外层的玻璃温度的增高也提高了通风道中的空气温度，使其中的热压增大，增强了‘烟囱’效应。总之，有效的遮阳是通风式幕墙隔热节能的关键。6.通风幕墙的改进建议将通风幕墙作为控制体，能量流动如图4所示。在投射到幕墙上的太阳辐射一定的情况下，要减少流向室内的能量，就要增大流向室外的能量和通风道的除热量。流向室内的能量可近似表达为：流向室外的能量可近似表达为：通风道内的换热属于自然对流换热，由自然对流换热关联式定性分析可知:通风道的除热量正比于玻璃壁面，窗帘的温度和通风道的高度。最外层玻璃温度的表达式为：窗帘温度的表达式为：综合考虑QnQwt1t2因素的影响可知增大P1,P2,ρ1,ρ2可提高隔热效果。即增大最外层玻璃和窗帘的反射率和吸收率，降低其透过率可有效的增大流向室外环境的热量。而减小内层玻璃的吸收率可减小流向室内的热量。因此幕墙的外层玻璃应使用反射率和吸收率高的玻璃，如吸热玻璃，热反射玻璃等；窗帘宜使用反射率高的材料。在实际工程中还可考虑将各层的通风道连通，使热压增大，增强通风道的通风除热效果。参考文献（1）董子忠.建