一种新型幕墙的节能原理及设计经验

来源:中国幕墙网收集整理  作者:*  日期:2008-5-6  页面功能 【字体: 】【打印】【投稿】【评论
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  玻璃幕墙产生新的建筑美学,已成为现代建筑的一个标志。建筑上使用玻璃幕墙不恰当会带来许多问题:能源消耗极大、严重光污染、室内卫生质量下降、视线干扰等,有些地方已开始限制使用高能耗、光污染严重的玻璃幕墙。目前发达国家建筑能耗占国家总能源20~30%,建筑节能已成为人们最关注的问题之一。

一、热通道特性
  建筑节能既要利用太阳能、风能等自然能,也要从结构上减少热损失,以获得最佳经济效益。20世纪80年代以来,严寒地区迫切需要一种新型玻璃幕墙:冬天获取大量的日照,夏天阻挡太阳辐射,提供良好的自然通风和建筑节能。建筑师和相关人员经过多年努力,开发了一种新型玻璃幕墙—智能幕墙。智能幕墙目前处于发展初期,造价昂贵,技术要求高,但在建筑节能上却显示了巨大的能力。根据英国工程师对一个建成的工程进行预算,采用智能幕墙的工程能耗只相当于传统建筑能耗的30%。为了节省建筑成本,目前人们倾向采用智能幕墙的核心技术—通风幕墙
      

  通风幕墙主要由一个单层玻璃幕墙和一个双层玻璃幕墙组成,结构如图1所示。在两个幕墙中间有一个空间,在空间的上下两端有进风和排风设施,这个空间就是热通道,因此也称为热通道幕墙。在热通道内一般还可以根据需要,装有百页、光线、温度探测器等附件进行自动或手动调节遮阳、进风和排风,通风幕墙加上这些自动调节附件就成为了智能幕墙。
  热通道由于阳光的照射温度升高,冬天像一个温室,等于提高了内侧幕墙的外表面温度,减少了建筑物采暖的运行费用;夏天热通道温度很高,打开上下两端的风口,热烟囱效应产生气流,运动气流带走通道内的热量,这样就可以降低内侧幕墙的外表面温度,减少空调负荷。

二、工程实例
  目前,世界范围内已建成的智能幕墙不多,但通风幕墙国外较多,国内开始出现。
  较详细地介绍了几个国外工程实例。1980年建成的美国纽约西方化学中心采用“外侧双层中空玻璃,内侧为单层幕墙,1 500MM宽的热通道”,此通道内安装了活动百页,该百页可以通过感应光线进行自动调节,通道热空气在过热时可以从通道顶端排走。1986年建成的劳埃德大厦采用“外侧双层中空玻璃,内侧为单层幕墙,75MM宽的热通道,通道一层楼高,之间互不连通”,被处理过的空气通过设在架空地板内的风道送人热通道,再从另一端排走,这样可以带走通道内50%的热量。1993年建成的德国杜伊斯堡的商业促进中心是应用智能幕墙的典型例子,外侧为点式单层玻璃幕墙,内侧为单元式幕墙,200MM宽的热通道,通道有控制光线的可调节式百页。1997年在德国埃森建成RWE总部,可能是目前最精密复杂的幕墙系统,通道内有活动百页。每个单元有独立的进、排风口.该风口是一精巧的鱼嘴型装置,进人通道内的空气直接从室外引进,热通道为建筑物提供部分新风。
  2000年6月投人使用国家会计学院教学楼是国内最早的通风幕墙,位于北京市顺义区天竺镇,建筑面积14000平方米,由深圳方大集团股份公司设计施工闭。该教学楼南向幕墙凡要求透明之处,内侧采用低辐射(5+14A十5)MM中空玻璃、外侧采用6MM钢化透明玻璃、热通道宽160MM(内设遮阳百叶,其结构平面见图2;不要求透明的,其内侧采用防火板+防火保温棉+复合铝板,外侧及热通道不变,其结构立面如3图所示。北向幕墙由低辐射中空玻璃(5+ 14A+5)MM与复合保温板(防火板+40MM玻璃棉十铝塑板)构成。幕墙最大标高16 m,分格为2000(宽)x 1050(高)MM。

     

             

  国家建筑工程质量监督检验中心对该幕墙进行了冬季保温性能检验:(1))幕墙透明部分的传热系数为1 .14 W/(M2·K),幕墙不透明部分的传热系数为0.866 W/(M2·K),幕墙平均传热系数为1.0 W/(M2·K),低于《民用建筑节能设计标准(采暖居住部分)北京地区实施细则》(DBJ01一602一97)中的规定值,满足北京地区的节能要求;(2)国家会计学院通风式幕墙的计权(扬声器燥声)隔声量37 db。
    在冬季保温性能的检测中太阳辐射能量最大达500 W/M2.南向房间室内空气白天最高温度达28 .8℃,而北向房间的最高为20.8℃,最高温度相差达8.4℃,平均温度相差达4.8℃。为什么南向房间和北向房间,属同一个空调系统,而室温度相差如此显著?这是由于南向房间采用了通风幕墙,有利于太阳光线透过,而北向房间采用的只是保温幕墙,不利于太阳光线透过,因此南、北向房间得到的太阳辐射能量显著不同。

三、设计经验
    选择合适的热通道宽度、风口、玻璃是设计热通道的三个关键性技术问题。许多文献对某一专项作了研究,工程设计时应借鉴他们的研究成果。
3.1热通道宽度
    热通道宽度是个关键的设计参数,应从建筑节能及隔声性能寻找最株的本气澳厚度(热通道宽度).其宽度至少应超过100 mm。也要考虑安置调节遮阳附件、放置观赏植物、清洁等因素。
3.1.1建筑节能
  寻找最佳空气层厚度,使热通道在冬季隔热性能好、夏季通风量大,是设计热通道的关键问题。文献5提出尽量使一定厚度的空气层分多层布置,可使热阻有较大幅度的增加。理论上应以最佳厚度布置多层热通道,其结构才具有最佳价格性能比。运用计算机完成对墙体和窗户的传热模拟,并分析了不同窗型和双层玻璃间空气层厚度对传热的影响,认为在中国东部最佳节能型窗的空气层厚度为40 MM的单框双层窗。从空气层传热机理出发,求得了空气层热阻的理论解,在理论上证明了空气层存在最大热阻的特性,如严寒地区内外温差24℃时,46MM空气层厚度存在最大热阻。热通道中有缓慢流动气流,其最大热阻的空气层厚度与通道结构、气流流速、气候环境等有关,要通过具体计算才能得到,其解应与封闭空气层的有所不同。研究表明:热通道内的气流量随增加宽度而增加,但宽度超过100MM以后,气流量增加量不大,此时主要受风口尺寸约束。
3.1.2隔声
  空气层具有弹簧作用,衰减声音传递,但是空气层的厚度如果过小,就没有弹簧效果,隔声性能也不会提高。厚度如果太大,由于其情况不同,当在特定周期数范围内时,会引发共振等现象,反而变差,所以设计适当厚度的空气层,是很重要的。
    实验表明:双层玻璃的空气层厚50 mm时,其隔音效果比单玻璃的显然改善,已表现出非常好的隔音效果,但三层比双层的隔声性能却没有明显的改善。
3.1.3附件
  中间设置遮阳百页、布帘,对隔音隔热有帮助。介绍双层玻璃内加布帘时制冷时传热系数降低15%,布帘边缘密封比自然松弛可降低传热量14%左右。分析了一种带有透明绝热材料(TIMs)—透明蜂窝双层窗的传热特性,增设TIMs后室内得热量在冬季明显提高。

       

3.2风口
     当不需要热通道来进行室内自然通风时,理想设计为如图4所示的风口〕。夏天采用空调时,利用室外气比室内气来冷却热通道更节能;冬季采暖时,紧闭室外风口,室内冷气经过热通道可获得一部分太阳能。图4最大特点在于:在夏天,镀膜玻璃设置在外侧,将红外辐射能量向外辐射,降低热通道温度,减少房间得热量;在冬天,镀膜玻璃设置在内侧,将红外辐射能量向内辐射,提高热通道温度,增加房间得热量。实际幕墙工程上,难实现根据季节不同而将镀膜玻璃调换位置。严寒地区,冬季时间长,通风幕墙可采用图4中的冬季模式,建议将风口紧闭;如果冬季太阳辐射能较大,此时通风层问内空气温度可能高过房问温度,将通风口打开,房问空气可与热通道内的空气进行热对流。炎热地区则采用夏季模式较好。北京会计学院教学楼的热通道的风口在外侧。
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·幕墙设计人员流动现状 (86)      2008-5-5
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  玻璃幕墙产生新的建筑美学,已成为现代建筑的一个标志。建筑上使用玻璃幕墙不恰当会带来许多问题:有些地方已开始限制使用高能耗、光污染严重的玻璃幕墙。[正文][评论]
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