雙層動態幕墻熱阻計算

　　一、序言
　　建筑節能與環保是目前人類面臨的重大課題。建筑幕墻作為建筑的外圍護結構，其熱工性能直接影響到建筑能耗。普通玻璃幕墻雖然在熱工性能方面比過去的門窗有較大改善，但是仍然存在能耗較大的問題。隨著國民經濟的發展，雙層動態節能幕墻以其科學的結構、完善的功能和環保節能的設計理念受到人們的青睞，具有極大的市場前景。然而，面對這樣的市場需求，國家相關規范和標準相對滯后，尤其是國家現行標準《民用建筑熱工設計規范》中對厚度在60mm以上的空氣層熱阻值沒有準確的規定和計算方法，給設計帶來不便，使設計師無法準確定量描述雙層動態幕墻熱工性能指標，在一定程度上影響了這種節能產品的推廣使用。針對這種情況，本文重點研究了密閉空氣層熱阻的計算方法，解決了雙層動態幕墻冬季熱阻計算的準確性問題，從而起到指導設計的作用，讓人們更方便的了解雙層動態幕墻在環保節能方面的優勢，達到推動這種環保節能型產品快速應用的目的。

　　二、雙層動態節能幕墻幕墻結構及功能
　　2.1系統分類及構成
　　雙層動態節能幕墻按通風原理可分為自然通風系統和強制通風系統兩大體系。按通風路徑可分為整面式、廊道式、通道式和箱體式四種結構。從節能環保角度來說，自然通風系統更具發展前景。

　　雙層動態節能幕墻構造由外層幕墻、內層幕墻、遮陽裝置、進風裝置、出風裝置組成，內外層幕墻之間形成空氣緩沖區。

　　2.2雙層動態節能幕墻主要功能
　　雙層動態節能幕墻主要功能可概括為防塵通風功能、保溫隔熱功能、合理采光功能、隔聲降噪功能。

　　三、雙層動態幕墻熱阻計算
　　雙層動態節能幕墻空氣緩沖區的厚度范圍可在60mm～1500mm以上，常見厚度尺寸為200～600mm，為此對這種以空氣熱壓原理和煙囪效應為工作原理的雙層幕墻的空氣層熱阻值應予以正確的考慮，否則就不能真實的反映雙層動態幕墻的熱工特性。目前，國家現行標準《民用建筑熱工設計規范》GB50176-93上附表2.4—空氣間層熱阻值表中，對厚度在60mm以上的密閉空氣層冬季熱阻值統一規定為0.18 m2·K/W。大量實驗測試結果證明，這種給值不夠準確。密閉空氣間層的熱阻值在不同的條件下，與空氣層厚度δ有密切關系，可以通過熱力學理論和流體力學理論模擬計算，并用實驗數據確定調整系數，從而推導出不同厚度的空氣層熱阻值計算公式，方便使用。

　　雙層動態節能幕墻的熱阻具有特殊性，它可隨進、出風口的開關狀態不同而有明顯變化，實現冬季保溫和夏季隔熱雙重功能。這也是雙層動態幕墻與傳統幕墻的根本區別之一。

　　3.1雙層動態節能幕墻熱阻計算模型建立
　　3.1.1模型建立
　　節點圖　溫度－熱阻曲線BR>3.1.2主參數及材料選擇
　　外層幕墻玻璃采用12mm浮法鋼化玻璃，內層幕墻采用6+12A+6浮法中空玻璃，鋼化處理，鋁質遮陽百葉。假定緩沖區厚度500mm。

　　3.2熱阻計算
　　3.2.1單一材料層的熱阻應按下式計算：

　　R=δ/λ0 （3.1）
　　式中：R——材料層的熱阻，m2·K/W；

　　δ——材料層的厚度，m；

　　λ0——材料的計算導熱系統，W/（m·K）。

　　3.2.2密閉空氣層傳熱計算
　　傳熱有三種方式：導熱、對流、輻射。密閉空氣層傳熱過程是由一個熱表面向另一個表面以對流和輻射方式進行的，是一個復雜的綜合傳熱過程，所以，不能直接用計算其它材料導熱阻的方法來計算。在正常情況下，空氣層從一個壁面向另一壁面的熱流量應按下式計算：

　　q＝qd+qf （3.2）
　　式中：q——熱流量
　　qd——對流分量，含對流放熱和導熱
　　qf——輻射分量
　　3.2.2.1對流分量qd計算：

　　qd=αd·△t=αd（t1-t2） （3.3）
　　式中：αd——對流放熱系數
　　t　1——空氣層熱壁溫度
　　t2——空氣層冷壁溫度
　　△t——t1-t2
　　實驗證明，當密閉空氣層中流態保持層流方式的臨界厚度δj：

　　δj=20·（△t）1/3 （3.4）
　　① 當空氣層厚度δ＜δj時，空氣層對流放熱系數應按下式計算：

　　αd=λ/δ （3.5）
　　式中：αd——對流放熱系數
　　λ——空氣計算導熱系數
　　δ——實際空氣層厚度
　　結論：當空氣層δ＜δj時，密閉空氣層傳熱以導熱方式為主。

　　② 當空氣層厚度δ＞δj時，空氣層對流放熱系數應按下式計算：

　　αd=2.8 ·（△t/δ）1/4 （3.6）
　　式中：αd——對流放熱系數
　　△t——空氣層兩表面溫度差
　　δ——實際空氣層厚度
　　3.2.2.2密封閉空氣層中通過空氣層傳熱的輻射分量應按下式計算：

　　qf=αf·△t=αf（t1-t2） （3.7）
　　式中：qf——輻射分量
　　αf——輻射放熱系數
　　t1、t2——空氣層兩壁面溫度
　　αf=ξzC0·b·φ （3.8）
　　式中：ξz——折算輻射系數
　　C0——絕對黑體的輻射系數（C0=5.77W/ m2·K 4）
　　b——溫度系數
　　φ——輻射角度系數φ=1.0
　　溫度系數與空氣層表面溫度關系曲線
　　結論：輻射與空氣層厚度δ無關，與空氣層溫度及空氣層兩界面的材料有關。

　　3.2.2.3當空氣層厚度δ＞δj時，空氣層傳熱系數計算公式
　　q＝qd+qf （3.2）
　　= αd△t+ αf△t=（αd+αf）△t
　　令：αk= αd+αf （3.9）
　　αk——空氣層傳熱系數，
　　△t——空氣層兩界面溫差。

　　所以 空氣層傳熱量公式（3.2）可寫成下式：

　　q＝αk△t （3.10）
　　把公式（3.6）、（3.8）代入公式（3.9）中得
　　αk= αd+αf
　　=2.8·（△t/δ）1/4+ ξzC0·b·φ
　　=2.8·（△t/δ）1/4+3.8 W/m2·K
　　3.2.3密閉空氣層熱阻計算
　　通過上述計算，可得空氣層熱阻計算公式：

　　Rk=ζ·1/αk
　　式中：Rk—密封閉空氣層熱阻值，m2·K/W
　　αk——空氣層傳熱系數
　　ζ——溫差調整系數
　　溫差調整系數ζ
　　△t(℃) 12 10 8 7 6 5 4 2
　　ζ 0.9 1 1.05 1.08 1.10 12 1.25 1.4
　　3.2.4圍護結構總熱阻應按下式計算
　　R＝Ri＋ΣRx＋Ro
　　式中：R——圍護結構總熱阻，m2·K/W；

　　Ri——內表面換熱阻，m2·K/W；按表1.2采用；

　　Ro——外表面換熱阻，m2·K/W；按表1.3采用；

　　Rx——圍護結構熱阻，m2·K/W；


　　內表面換熱系數αi及內表面換熱阻Ri值
　　表 面 特 性 αi[W/ (m2·K)] RI(m2·K/W)
　　墻、地面；表面平整的頂棚、屋蓋或樓板以及帶肋的頂柵h/s≤0.3 8.72 0.11
　　有井形突出物的頂棚、屋蓋或樓板h/s＞0.3 7.56 0.13
　　注：表中h為肋高，s為肋間凈距。

　　外表面換熱系數αo及外表面換熱阻Ro值
　　外表面狀況 αo[W/ (m2·K)] Ro(m2·K/W)
　　與室外空氣直接接觸的表面 23.26 0.04
　　不與室外空氣直接接觸的表面；閣樓樓板上表面不采暖地下室頂棚下表面8.145.820.120.17
　　3.2.5圍護結構總傳熱系數K
　　K=1/R =1/（R0+ΣR+Ri）

　　四、冬季節能情況分析
　　利用上面的計算方法，可以相對準確的求出雙層動態節能幕墻的熱阻和總傳熱系數。以3.1.2條中假定的參數為例進行計算，結論證明：在使用同種玻璃時，雙層動態節能幕墻的總傳熱系數比普通幕墻的傳熱系數大約小30%。由此可見，單從傳熱角度講，在同一地區，采用同種玻璃，雙層幕墻比普通幕墻的熱傳量損失減少30%，也就是可節能約30%。為此，在有條件的地區和項目，大力推廣雙層幕墻是解決建筑節能行之有效的方法之一。