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双层玻璃幕墙节能研究综述及探讨
RSS 打印 复制链接 发布时间:2018-01-11 16:57:14

  【摘 要】为了提高传统玻璃幕墙的保温隔热性能,更大限度的减少建筑能耗,本篇文章提出了一种新型的玻璃幕墙技术——双层玻璃幕墙。这种玻璃幕墙不仅构造形式美观,而且在提高热工性能,减少建筑能耗方面也有着较大的潜力。针对这一点,本文对其设计理念和设计目的作简要介绍,并着重分析和探讨了双层玻璃幕墙的热工性能,得出相关结论,供同行参考借鉴。 

  【关键词】玻璃幕墙;双层玻璃幕墙;节能;建筑能耗;节能设计;探讨 

  自绿色经济和绿色建筑被提出以来,节能减排问题在建筑行业所受到的重视便更甚。从建筑设计到建筑施工,直至使用,无一不在提倡节能。当前,在我国各大城市的高级商业建筑中,玻璃幕墙几乎已成为其建筑立面设计的统一选择。然而传统的玻璃幕墙在实际使用时,其保温隔热性能并不能达到预期效果,甚至还在一定程度上增加了建筑的供热和降温能耗,与目前所提倡的建筑节能理念不符。为了改善这一状况,本文在原玻璃幕墙的设计基础上提出了一种新型的玻璃幕墙技术,即双层玻璃幕墙技术。 

  下面对该玻璃幕墙的设计、设计特点以及热工性能等相关内容作主要探讨。 

  1.双层玻璃幕墙设计 

  双层玻璃幕墙,英文简称DSF,该设计理念和构造形式的最早出现时间是上世纪70年代,地点是欧洲。作为一种较为新型的玻璃幕墙形式,其设计的主要目的是为了解决建筑物使用了传统的大面积玻璃幕墙后,所出现的夏季过热、冬季过冷、建筑高层通风不良以及难以清洗等多种问题。简单来说,双层玻璃幕墙是在传统的大面积玻璃幕墙的基础之上发展起来的,同时也是解决大面积玻璃幕墙实用问题的一种解救方法。 

  其解决问题的主要方法是:在建筑物原有的玻璃幕墙外面再次增设一层玻璃幕墙,但两层玻璃幕墙之间要注意预留百叶夹层,通过百叶夹层来实现夏季隔热、冬季保温。夏季,关闭百叶,利用百叶的遮挡来隔绝热量,而夹层所具有的通风功能会将幕墙内过多的热辐射排走,起到隔热防辐效果;而冬季,打开百叶的同时关闭夹层通风,一来可接受和吸收外界热量,二来可保证室内热量不向外流失,形成温室效应,并达到冬季保温的目的。这样一来,建筑的室内温度将由双层玻璃幕墙来作合理、适当的调节,不需要再在室内安装空调,从而达到了减少建筑空调能耗的目的,实现了建筑节能。 

  2.双层玻璃幕墙的热工性能研究 

  目前关于DSF热工性能的研究主要见诸国外文献中,归纳起来主要有三个方面:基本传热研究、与建筑运行模式结合的研究以及全寿命周期分析。 

  2.1基本传热过程分析 

  研究表明,DSF的传热过程非常复杂,包括长短波辐射、对流以及导热等,同时受幕墙结构、室外气候条件和室内环境控制的影响。目前有很多数值方法和实验方法用于对DSF中的流动和传热过程的研究,比如:国外某研究人员用代数方程计算分析了DSF内温度场和速度场特点,指出自然对流计算中采用湍流流态下得到的阻力系数可能会产生错误,为设计人员提供了一种简易快捷的分析工具等等。 

  2.2与建筑运行模式结合的研究 

  2.2.1自然通风模式 

  除了良好的隔声效果外,DSF系统最大的优势就是具有自然通风能力。出于隔声、防盗、防风和防雨考虑,普通幕墙建筑不得不常年关闭窗户,不仅增加了建筑能耗,而且使室内空气质量恶化,危害室内人员的身心健康。在1990年以后,全球变暖的现实使得自然通风更加受到重视,有研究表明,如果能采用自然通风,室内舒适温度可以明显提高。因此详细研究DSF的通风问题有实际意义。 

  目前DSF通风研究主要基于两种方法,一种是对已经建成的建筑进行常年监测,分析其自然通风特点,积累设计和运行经验。这些结果不仅有利于指导建立数学模型,而且可以指导工程设计。另一种方法是建立理想建筑模型,采用软件模拟在不同室外气候条件和幕墙结构下的通风特点,据此制定通风策略。荷兰学者的研究结果表明,简单的夜间机械通风能降低40%的装机容量和能耗,如果考虑采用可控窗户以及天气预测系统,节能潜力将达到70%。自然通风是DSF节能潜力的关键,但是考虑室外气候变化的复杂性,DSF的自然通风性能仍然是今后研究的重点和难点。 

  2.2.2空调模式 

  对于大部分的建筑,需要结合幕墙、HVAC和控制三方面综合分析,利用商业能耗模拟软件和根据网络法原理编程计算。相关研究人员对这三个方面在不同组合情况下的综合性能进行了析,对于窗户、阀门和百叶制定不同的控制原则和优先等级,对于各种组合均从空调系统能耗和装机容量两个方面进行分析。模拟表明,虽然DSF初投资高,但是由此带来的低HVAC装机成本以及运行成本可以弥补DSF的高投资。某一研究人员对中国夏热冬冷气候条件下DSF的热工性能作了大量实验研究,提出外循环式更适宜这种气候,而夹层宽度以400 mm为宜,夏季通风应以风压为主而不是热压,遮阳百叶以及内外幕墙比较理想的材料分别是穿孔的铝合金和高透玻璃。 

  2.3全寿命周期分析研究 

  尽管DSF系统初投资比普通幕墙高很多,但是带来的制冷机装机容量减少以及可能的能耗降低却非常显著,同时由此可能带来整体排放量的降低,因此从全寿命周期的角度进行分析是非常必要的。 

  目前从全寿命周期分析(特别是全年建筑能耗分析)角度研究DSF的还很少,主要研究指标包括全寿命经济分析和全寿命温室气体排放量。在双层幕墙系统中,最节能方案比最费能方案节能33.9%;投资最高方案比投资最低方案在全寿命周期内节省费用7.7%。采用遮阳技术有利于减少建筑能耗和投资。从综合经济性和环境影响两方面来看,虽然高性能窗在全寿命周期中给环境造成的影响稍大,但是和它带来的节能效果相比微不足道。 

  现阶段,世界各国还尚未研究出一种实际、可行的,且可以将DSF建筑在一年内所消耗的所有能源作准确、全面计算的计算方法,本文认为,其计算方法无法被研究出来的主要原因如下: 

  (1)在双层玻璃幕墙建筑的使用中,热量的传递方式极为复杂,传导、对流和辐射三种传热方式相互交叉、重叠,甚至耦合,这使得热量的计算工作无法进行。 

  (2)建筑能耗所受到的影响因素比较多,且各种因素间的关联性比较强,比如:设置于双层玻璃幕墙中的遮阳百叶,其角度改变之后,建筑室内的热辐射、双层玻璃幕墙中的对流转换热量等都可能随之作出相应的改变,进而引起一系列连锁反应,导致建筑室内的供热或制冷需求也随之发生改变,影响建筑能耗。 

  (3)如果要对DSF建筑的全年能耗作全面、准确的计算,往往需要借助一些先进的动态能耗虚拟软件。但是在使用动态虚拟软件进行计算时,软件工作中所需要设置的相关参数并不是根据经验便可进行准确设置的,还要借助其他的辅助手法,比如CFD模拟、风洞试验等。而鉴于这一类辅助手法的实际执行难度较大,所以往往不予采取。 

  3.结束语 

  综上所述,双层玻璃幕墙作为一种新兴的幕墙形式,相比于传统的玻璃幕墙,其在减少建筑能耗、提高热工性能等方面的潜力是相对较大的。通过本文所作论述,可以认为:双层玻璃幕墙可在建筑立面设计中得到广泛的应用和推广,其所具有的保温、隔热、通风、隔声、防辐射、防眩光等多种功能均与建筑行业所提倡的节能减排理念相符合。因此在建筑节能设计中,可以适当引进双层玻璃幕墙设计理念,并针对建筑类型的不同,慎重选择双层玻璃幕墙形式,以便其热工性能得到最大限度的发挥,从真正意义上实现建筑节能。 

  【参考文献】 

  [1]王强,黄义龙,曹芹.夏热冬冷地区“双层皮”玻璃幕墙节能技术研究[J].节能技术,2006(01). 

  [2]刘晶晶,林波荣,秦佑国.双层玻璃幕墙节能辅助设计方法探讨[J].华中建筑,2006(05).

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