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双层热通道幕墙设计程序实例分析（二）

发布时间：2010-03-24

    2.5分析方法
　　2.5.1热模拟分析
　　利用动态热模拟方法分析不同时做双层箱体幕墙及建筑的得热是很重要的，本工程中标后必须做热动态模型试验，此模型利用显式迭代法计算非稳态热平衡方程，从而得出箱体内所需位置的单位时间的温度变化。箱体内表面的辐射热交换利用光波传播定律，其中长波(由玻璃内外表面温度引起)传播和短波(太阳)传播辐射分开计算，并假定所有的壁面反射均为漫反射。因此，箱体二层玻璃表面的辐射得热为此表面的短波得热加上所有其它方向的长波辐射热的总和，中标后由热动态平衡试验给出具体数据。　
　　2.5.2计算流体动力学分析
　　我们对本工程进行分析，它是一个温度场模拟。它将整个研究区域(主要是流体部分)分割成数十万个细小单元，以外界环境，如温度作为边界条件，求解基本质量，动量及能量的守衡方程，从而得出计算区域内的温度、速度等在整个区域内的详细分布。

                   图3  幕墙标高位置空气流速曲线

    室内日照的光线来源主要有三个部分组成:太阳直射光线，由室外表面反射而来的光线，由大气折射而形成的漫射光线。故日照的模拟分析与室外的天气状况息息相关。
    晴天:天空中无云的情况
　　局部多云:在部分天空中有云
　　连续阴天:整个天空中都有云层分布
　　在上述三种天气状况下，晴天及局部多云天气可以提高室内的照度水平。但是人射光的强度取决于以下各方面的因素，如太阳的位置、天气因素，建筑物的位置(如建筑物的方位，朝向及经纬度等)。
　　本设计采光方案，由遮阳系统来实现人们所需要的采光，上述三种情况在武汉环境都存在，我们将通过百叶转角变化、百叶宽度和百叶间隙大小来优化设计，由于外呼吸式幕墙采用玻璃基本透明白玻，因此在下雨天也会有较好的采光。
　　2.5.4外呼吸式双层幕墙墙热舒适标准
　　呼吸式幕墙对人体的热舒适度是一个感观参数，取决于周边一系列的环境参数，如箱体内部环境温度、湿度，空气流速，物体表面辐射温度等。如玻璃表面温度由于受太阳辐射的影响，会高于环境温度。此表面温度会影响到坐在窗附近的人员的舒适感觉。
　　范格(Fangex)热舒适度指数是目前建筑空调界最常用的热舒适度评价准则。它指出特定环境中人所受到的热负荷来量度不舒适的程度。热负荷定义为假定人在实际的活动量条件下能保持其平均皮肤温度与排汗率于舒适值时，其体内产热量与向实际环境散热量之差值。他计算了此热负荷值，分为七个等级，并将它简化为在一1和+1级之间的全部评价都定为“满意的”。高于或低于此限值的全部评价应为“不满意的”。PMV的评价等为：
　　　　+3 酷热
　　　　+2   热
　　　　+1 微热
　　　　 0 中等
　　　　-2 　冷
　　　　-3 酷冷
　　我定义用表示PMV缩写来与预期感到不满意的人数百分率，标定人对热舒适性满意程序。PP13指数预测在同一环境下感到热度不适的人数，可由不同的参数加相对湿度，风速及气温等计算出PMV及PPD。
　　在此研究中，选用IS07730标准中，PMV介于是一I至+1之间的热舒适度作为评判标准。如下表1所示：
                       表1  热舒适度准则

    3.太阳辐射得热分析
　　3.1外呼吸式幕墙系统的节能性能分析
幕墙的外部得热包括太阳辐射热和由于内外环境温差所引起的外部传导热。其中太阳辐射热占据主要部分，需要进行深人的研究。我们决定中标后，在清华大学热动态分析试验室做试验。
　　3.2外呼吸式幕墙A、S楼不同角度下受太阳辐射的影响
　　根据太阳辐射对幕墙维护体系影响的许多试验数据分析，各幕墙朝向的围护结构在夏季特征日所受热百分比如下图所示，维护结构太阳辐射最高为东南偏东方，占总体43%，主要是由于早上的低太阳高度角及高太阳辐射率便得其维护结构得热比其它两个方向高。其次则为西南朝向，因受到下午相对较高的太阳辐射率影响。但因其朝向偏向南方，因而减低了正西方高太阳辐射的直接影响，所以维护结构太阳辐射比东南偏东方略低。
　　相对其它两个幕墙朝向，西北偏北方的维护结构太阳辐射为最低，是由于其偏北方朝向大大减低太阳辐射，只占总体24%(纬度影响)。 由此维护结构太阳辐射分析可见，三方所占的维护结构太阳辐射最大值百分比并不相同，因此每个立面可针对性的采用不同的设计来减低直接太阳辐射。
　　3.3外呼吸幕墙维护结构得热
　　不同幕墙设计的维护结构得热分析结果如下图5所示。
　　注:此曲线将以实测试验数据为准。
　　由于太阳角度和方位的变化，不同幕墙在不同时刻的外部得热也不尽相同，例如，在夏天它比单层中空幕墙得热在同一个方位上要少得多，这样看出双层幕墙的节能效果高于常规单层中空玻璃幕墙达到节能目的．　

                      图4  维护结构得热太阳辐射

                        图5  幕墙得热曲线图

    内幕墙玻璃表面温度:
　　在没有百叶等遮阳系统的情况下，太阳光会直射并加热内层表面玻璃。受热的内表面玻璃会影响靠近窗口位置的人员的热舒适度。本报告亦以东南偏东方向的幕墙为例，分析不同幕墙设计下的内层玻璃表面温度变，如果如下表所示:

表2  不同幕墙设计的内表面玻璃最高温度（设定A、B、C三种不同类型幕墙）

    结果显示，在夏季Ａ型和Ｃ型幕墙玻璃的内表温度相似，均为35度左右，Ｂ型的情况室温较近，可为办公室靠窗位置的人员提供较高的热舒适度。

                    图6  幕墙内表面温度变化曲线

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