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双层热通道幕墙设计程序实例分析（一）

发布时间：2010-03-24

【作 者】:莫英光

    1.前言
　　目前，国内外双层幕墙市场，随着节能环保、热舒适性的优点;越采越引起各国建筑师高度重视，例如:在国外尤其欧洲如德国、意大利、西班牙一等国已发展应用了15年之久。
　　在中国从2005年以后，全国设计院在各地据不完全统计，已有200余项重大建筑物采用双层幕墙方案设计，按目前的发展的递增率推算，今后十年在我国将会出现以8%增长率(或更大)发展，体现了国家出台的建筑节能的产业政策的贯彻。
　　一个达标的设计，双层幕墙的节能率应在35－42%，尤其内循环式(即主动式)双层幕墙，设计十多项这种幕墙经验中已确认个别的已达到35%一38%，前途非常看好，目前已建成的外循环式节能率最高为30%左右，国内市场已建成的外循环的节能率偏低。我们经过十余年的研究发展认识到，双层幕墙设计难度非常大的，它涉及的学科很多，尤其它的热气流动态热交换理论，和实体设计中应用缺之试验数据和国外这方面技术的封锁，使的实体设计遇到困难，因为它的理论计算、热空气流量在通道内的流动轨迹的流谱特性十分复杂，几乎全是非定场状态，它涉及到的学科有:空气动力学、热空气烙嫡动态特性计算与试验技术、热传导、热辐射规律与计算，需要特定的边界参数;特别是外循环内循环双层幕墙工作原理不完全一样，但达到结果一节能环保、安全、热舒适性是一样的。它必须随地区而独立设计，一个地方的双层幕墙必须用当地的气象条件和当地的边界条件来专门设计和计算，不可以用通用办法，或照抄德国设计的双层幕墙的参数来设计，因为地理、气象条件、地质情况，贯彻标准，有关规范不同，对热舒适性要求也不同，例如:德国这个国家通常是没有地震，;国家冬季温度平均在零上几度，它们在人性化、热舒适性要求高、对休闲性要求也高;这些地区与人们的生活习惯有关，而中国辽阔土地南北相差2500－2800公里，跨越了几个气象地带，从热带、亚热带(冬冷夏热、冬热夏热带)寒冷带、严寒带等;不可能忽视中国的边界条件和地理位置与国外完全不同，尤其中国西高东低的标高相差较大。
　　我们必须科学的按照中国国情来设计，本文将以实例为准介绍一下，双层幕墙设计要考虑的一些同题，介绍双层幕墙内、外循环式双层幕墙设计程序和具体设计方法。

　　2.实例介绍内、外热通道双层幕墙方案设计几个程序总体要求
　　2.1双层外循环幕墙系统设计分析及总要求
    本工程为外循环式双层通道式幕墙在设计总要求必须满足和考虑以下方面的因索和要求:
　　2.1.1设计宗旨
    满足本工程所处的地理位置和当地特殊夏热冬冷的地区气象影响，双层外循环幕墙必须符合中国和当地的实际情况而设计。
　　2.1.2设计师的建筑设计要求
　　满足建筑师设计的外立面风格和优秀的建筑外观
　　ａ)要求几个立面上幕墙设为双层外循环式被动热交换功能的节能、舒适、环保、自然通风功能的要求。
　　b)要求较高的清澈高透明度
　　c)幕墙立面形成的各立面平整度必须光滑，不能存在玻璃应力花和玻璃影像失真的功能，因此，外立面玻璃采用半钢化夹胶安全玻璃。
　　d)与裙楼外观统一协调，特别是对裙楼的框架式幕墙要整体协调，形成美观具有建筑艺术美。
　　e)最大限度的布局内部空间的使用率。
　　2.1.3环保安求
　　努力减少建筑耗能，以及二氧化碳的排放量
　　a)尽量减少通道内存积风沙灰尘的现象
　　b)本幕墙必须具备自然通风，并具有春夏秋冬不同季节便用空气流动的程序和动态特性，以便达到不同功效的要求。
　　c)本方案业主规定是外循环被动式双层通道幕墙，设计中要求在外界流速几乎V=0时，具有应急通风和热空气交换功能或成倍增系统。
　　2. 1. 4建筑效能要求
    a)要求双热通道外循环式幕墙必须达到实际功能，节能率不低于30%，并有良好维护互换清洗方便的功能，具有良好的使用维护方便的设计。
    b)必须满足建造速度，保证合理被批准的制造安装周期。
    c)必须达到使用方便，相邻周边方向的隐私和防火要求。
    d)要求高性能情况下，达到性价比要求，特别要求具有良好科学的回收成本期尽量短。
    e)要求玻璃不能存在自爆达到安全可靠设计。

    2.2外立面幕墙设计的结构型式
　　2.2.1外循环双层幕墙结构
　　这种体系工作原理是直接利用空气受热产生热浮力的作用(烟管效应)，将外部空气从幕墙底部进气口引人箱体通道，并经过双层通道时空气被加热而向上流动中带走了，由于太阳热辐射热加温了通道内空气，并热交换带走了热量从箱体顶部排气口排出，使箱体内空气温度降低，使作用在内层玻璃表面上温度降低，辐射进入室内的热量减少达到保温节能的目地。
　　2.2.2贯彻节能标准GB50189一2005要求
　　针对当地的空气环境，选用这种高科技含量较高的双层呼吸幕墙设计，均满足节能、舒适、环保、自然通风的现代化功能的要求，特别是要严格贯彻《公共建筑节能设计标准》GB50189一2005
　　2.2.3幕墙设计参数及配置
　　该工程外立面主要设计是呼吸式外循环幕墙单元箱体:
　　a)被动式双层幕墙尺寸:长x宽x高=2333 x 600 x 3830
　　b)结构参数是箱体式大单元体系，采用横锁式结构吊挂方式。
　　c)配置电控光控遮阳百叶自动转动叶片系统，安装距离外层夹胶单玻璃中心线150一160mm。
　　d)配置进气、出气口的电控变进气量可调节的开关百叶系统。
　　配置icr18Ni防尘、防虫网及光滑阻力低的icr18Ni不锈钢整体弧形导板，最大限度降低空气阻力系数Cx值。
　　e)设计专用自然通风系统，并在内侧玻璃上部配置电控手动两用的自然通风器系统。
　　f)必要时，当外界v空气速度v。一0m/s时安装应急增补主动进气通风循环系统，加大箱体内空气流动速度和增加空气流量。
　　g)设置金属能站立体100kg人的下部格栅，并可拍手拆卸，便于清洁的系统。
　　h)内侧是带有隔热条的铝合金型材的中空Law一E幕墙，8+12A+6Low一E中空玻璃，使K值达I. 75 W/hm3
　　2.3双层幕墙外立面功能具体要求
　　2.3. 1外呼吸式幕墙外立面设计要求及考虑
　　①建筑形态因素
　　a)整体建筑外观
　　b)要求光滑的幕墙立面
　　c)要求高透明度
　　d)统一的建筑外观
　　e)呼吸式双层幕墙及整体外型
　　f)最大程度的争取办公室间
　　②机电系统因素
　　a)最大程度的利用直接日照
　　b)尽量减少箱体设备空间，便于维护
　　@基本因素
　　a)建筑整体的清洁和维护方便
　　b)建造成本:要求科技含量高、性价比高、但成本尽量合理
　　为满足上述设计要求，设计师建筑使用外循环呼吸式幕墙设计，直接利用空气的热浮力作用，将外部空气从幕墙底部引人，带走内外层幕墙间的热量，并从顶部直接排出。
　　针对当地的空气素质，我们建议使用外呼吸式幕墙设计，尽量减少空气对幕墙间的污染。
　　2.3.2设计节能热舒适度要求
　　幕墙间的空隙可以保持为整体外部幕墙的高度其每层高度3830mm，其具体设计可随建筑物的高度和系统的选取而确定。太旧辐射可由设置于幕墙间隙间的百叶来控制。对于被动式外呼吸幕墙，在应用于该工程设计中，它不但可以增加幕墙的隔热性能和减少空调的能耗，更可以通过以下途径增加使用者的热舒适度:
　　a)确保内部环境的温湿度处于舒适水平
　　b)减少夏季窗口位置过热及日光反射影响
　　c)减少制冷能耗
　　d)减少眩光的同时，增加内部自然采光
　　e)增加热舒适度
　　f)其它诸如隔绝噪音等好处
　　2.3.3外循环式双层幕墙的优点
　　a)可自主式自然通风，满足新风换气要求，达到30rn3/h人，
　　b)热舒适度很好，通过阀门百叶及遮阳系统调节我们需要的热舒适度
　　c)箱体温度上升的热梯度比内循环要下降快一些(补能源)降低自身的电能的消耗。
　　e)自然采光和防眩光干挠性能好。
　　2.4气象参数及设计取值参数
　　2.4.1当地气象参数
　　a)地理位置北纬29。52，东径121。34‘海拔4.2
　　b)年平均温度16.2。C
　　c)冬季室外计算温度平均值-4.3
　　d)冬季室外平均风速2. 6m/s
　　e)夏季室外计算温度平均值28.1℃
　　f)夏季室外计算温度最高值34.5℃
　　g)夏季室外计算温度波幅值7.99。C
　　h)S向日照总量1950w/m2应平均90 w/m2
　　i)E、w向日总量3852w/m2，应平均175 w/m ²

     j)N向日总量1620w/m2，应平均65 w/m²
    2.4.2  设计参数                   

    为准确评估整个建筑的幕墙节能性能，本工程中标后对于幕墙在全年每个月办公时间的外部得热及节能的性能作准确的计算评估。
    2.4.3当地年平均最高、最低及平均温度分布图（见下图1）
    空气随高度温度变化率0.0065摄氏度，本工程变化曲线详见图1,箱体空气流动热模（得热、矢热）分析空气温度及风速会因高度而变化，在本报告所作的分析考虑到此因素而对外部环境作出修正，其中风速变化曲线是根据中标后气象站累年各风向所录得数据而得出。空气温度及风速的修正如下图2及图3所示。
从曲线上看本工程温度变化在1摄氏度以内，影响不大。
    注：空气温度随高度上升下降，下降率＝0.0065ｏC/m，7-9月份（夏天）
    注：V-H曲线， =0.089风速变化梯度

               图1  当地一年中的温度变化曲线

              图2  夏天当地空气温度—高度变化曲线

                          【下一页】
 

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