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摘 要:從不同方面總結了幕墻節(jié)能的建筑構造方法,并通過運用DOE - 2. 1 節(jié)能分析軟件及傳統(tǒng)的熱工學理論詳細地對比分析了幾種玻璃幕墻各項熱工性能的差別,并通過負荷峰值、太陽輻射、冷熱負荷定量地闡述了玻璃幕墻帶來的能耗損失。
關鍵詞:雙層循環(huán)幕墻;中掛百葉幕墻;節(jié)能
在當代建筑設計中,玻璃幕墻得到了廣泛的應用,但隨著綠色建筑概念的提出,幕墻因其在建筑節(jié)能中的瑕疵及光污染等問題而受到較大的質疑,因此近年來對玻璃幕墻應用的探討越來越深入。玻璃幕墻的節(jié)能措施已深入到建筑的第一個細部,但大多數(shù)的建筑師只能定性地了解,因此如何定量地分析和改善玻璃幕墻的節(jié)能方法和效益就顯得非常重要,也只有這樣才能引起建筑師的重視。
1 節(jié)能原理分析
關于改善幕墻的方法有多種,根據(jù)分析有兩種比較有效,第一種是利用雙層幕墻冬夏兩季形成不同循環(huán)環(huán)路,利用溫室原理及煙囪效應達到節(jié)能的目的,當然與單層幕墻相比,雙層幕墻的導熱系數(shù)本身就有相當幅度的降低。
其節(jié)能原理[1] 是,循環(huán)幕墻由雙層玻幕或一層玻幕及一層普通開窗墻體組成,內外兩層均上下設置通風口,夏季時打開外層上下通風口,在陽光的照射下,中間層空氣層溫度升高而自然上浮,形成自下而上的空氣流,由于煙囪效應帶走通道的熱量,降低內層表面溫度,降低室內冷負荷。冬季時,關閉外層通風口,打開內層通過,夾層中的空氣在陽光的照射下,溫度升高,形成一個小溫室有效提高內層玻璃及空氣溫度,氣體自然上浮,與室內形成微量氣體循環(huán),提高室內溫度,減少熱負荷的需求。
另一種方案是對傳統(tǒng)百葉遮陽的綜合改進。由于太陽直射對建筑的冷熱負荷有直接影響,冬季的陽光進入室內,夏季遮陽都能有效地控制負荷總值。但傳統(tǒng)建筑中的百葉或掛于室內,難以高效控制已入室內的熱量;或懸于室外,不能形成循環(huán)通風道,或多或少地對建筑節(jié)能有一定的負面影響。中掛百葉是幕墻改革的一個較好方案,法蘭克福商業(yè)銀行總部大廈[2 ] 是其中一個較好的例子,見圖1。這種百葉幕墻解決了適時調節(jié)百葉的角度,以最佳狀態(tài)達到節(jié)能的目的。
事實上每個幕墻構造的具體做法都涉及當?shù)氐臍夂驐l件。圖2 為筆者實際作品的一個例子,當時稱之為假性幕墻。由于當?shù)貙賴篮貐^(qū),只在內層設置通風口,也就是只有冬季循環(huán),但其全年日照時間很長,夏季日照時數(shù)還是較大,中掛百葉也是解決問題的一種方案。但對于長江中下游夏熱冬冷地區(qū),雙路循環(huán)則是必須的。只有這樣才能兼顧冬夏兩季室內環(huán)境的要求。綜合不同方案的優(yōu)點,可以得出循環(huán)中掛百葉幕墻(簡稱中掛幕墻) 的構造,圖3 為中掛幕墻在不同狀態(tài)下的工作情況示意,仍然是一種定性的理解,下面就應對其做定量的分析。
2 分析方法及軟件
分析采用對比的方法,我們首先設置單層玻璃幕墻作為對比條件,然后將其與雙層循環(huán)幕墻及中掛百葉幕墻兩種狀態(tài)進行對比,定量地探討其節(jié)能的效益。
分析的內容采取兩組數(shù)據(jù),一組是幕墻的變化對建筑整體負荷的影響,因為幕墻本身是不可能單獨存在的,相關的條件對幕墻變化的影響是相互聯(lián)系的,因此該數(shù)據(jù)具有一定的客觀性。另一組數(shù)據(jù)是針對幕墻本身變化的研究,也就是將以目前相關的一部分建筑負荷提出來,這組數(shù)據(jù)具有可比性,其節(jié)能效益具有直觀性。
采用的計算軟件為《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能標準》(J GJ134 —2001) 中推薦的美國能源部發(fā)布的Doe - 2. 1。這種軟件的計算方法具有綜合性、系統(tǒng)性及相當?shù)木_度,它將某一局部的變化置于整體環(huán)境中,測算其對環(huán)境總的影響力。
3 計算條件的假定
為了便于定量分析,假定一種簡化的建筑模型是必要的,假定的各種條件基于各種真實的資料。
3. 1 建筑的地理位置及氣象資料
建筑假定在湖北潛江市江漢油田, 東經112°53′,北緯30°25′,屬夏熱冬冷地區(qū)。
該區(qū)域年平均氣溫為16. 5 ℃,年最高溫度為37 ℃,最低溫度約- 3. 2 ℃。年平均降雨量為1150mm左右,年日照時數(shù)為1855h ,主導風向為NE ,頻率為16 ,總云量為80. 7 成,低云量為25. 1 成。
3. 2 建筑物理模型
建筑假定為一個18m ×18m 的獨立大廳,層高7m ,如圖4 :北、東、西窗戶為3m ×3m 的大窗,南部設18m ×614m 幕墻,計算分單層幕墻、循環(huán)幕墻、中掛幕墻三個模型分別進行。
3. 3 建筑能耗計算的基本條件
(1) 外墻,240 磚墻兩面抹灰,傳熱系數(shù)2103WP(m2·K) ,延遲時間8h。
(2) 外門窗,單層金屬門窗,單層幕墻,傳熱系數(shù)6140WP(m2·K) 。雙層幕墻按兩層玻璃計算。循環(huán)通風口上下均為015m2 (多口總面積) 。
(3) 新風按門窗滲透風量計算。
(4) 普通屋面按當?shù)爻Ｓ猛L屋面計算,傳熱系數(shù)按1. 54WP(m2·K) 計算。
(5) 地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)0. 2WPm2 。
(6) 冷負荷室內計算溫度26 ℃,熱負荷室內計算溫度18 ℃。
4 負荷峰值
冷熱負荷峰值是建筑負荷計算值,涉及安裝設備功率的大小,除了有直接節(jié)能的意義外,對降低選用設備功率,從而減少一次性直接投資,也有相當?shù)囊饬x。因此負峰的降低在建筑節(jié)能方面具有重要的意義,是一個必須討論的問題。單獨分析該幕墻在負荷(或其峰值) 形成中所起的作用,更能直觀反映節(jié)能的效率。
