雙層熱通道幕墻設計程序實例分析

　　　
　　1.前言

　　目前，國內外雙層幕墻市場，隨著節(jié)能環(huán)保、熱舒適性的優(yōu)點;越采越引起各國建筑師高度重視，例如:在國外尤其歐洲如德國、意大利、西班牙一等國已發(fā)展應用了15年之久。

　　在中國從2005年以后，全國設計院在各地據不完全統計，已有200余項重大建筑物采用雙層幕墻方案設計，按目前的發(fā)展的遞增率推算，今后十年在我國將會出現以8%增長率(或更大)發(fā)展，體現了國家出臺的建筑節(jié)能的產業(yè)政策的貫徹。

　　一個達標的設計，雙層幕墻的節(jié)能率應在35－42%，尤其內循環(huán)式(即主動式)雙層幕墻，設計十多項這種幕墻經驗中已確認個別的已達到35%一38%，前途非常看好，目前已建成的外循環(huán)式節(jié)能率最高為30%左右，國內市場已建成的外循環(huán)的節(jié)能率偏低。我們經過十余年的研究發(fā)展認識到，雙層幕墻設計難度非常大的，它涉及的學科很多，尤其它的熱氣流動態(tài)熱交換理論，和實體設計中應用缺之試驗數據和國外這方面技術的封鎖，使的實體設計遇到困難，因為它的理論計算、熱空氣流量在通道內的流動軌跡的流譜特性十分復雜，幾乎全是非定場狀態(tài)，它涉及到的學科有:空氣動力學、熱空氣烙嫡動態(tài)特性計算與試驗技術、熱傳導、熱輻射規(guī)律與計算，需要特定的邊界參數;特別是外循環(huán)內循環(huán)雙層幕墻工作原理不完全一樣，但達到結果一節(jié)能環(huán)保、安全、熱舒適性是一樣的。它必須隨地區(qū)而獨立設計，一個地方的雙層幕墻必須用當地的氣象條件和當地的邊界條件來專門設計和計算，不可以用通用辦法，或照抄德國設計的雙層幕墻的參數來設計，因為地理、氣象條件、地質情況，貫徹標準，有關規(guī)范不同，對熱舒適性要求也不同，例如:德國這個國家通常是沒有地震，;國家冬季溫度平均在零上幾度，它們在人性化、熱舒適性要求高、對休閑性要求也高;這些地區(qū)與人們的生活習慣有關，而中國遼闊土地南北相差2500－2800公里，跨越了幾個氣象地帶，從熱帶、亞熱帶(冬冷夏熱、冬熱夏熱帶)寒冷帶、嚴寒帶等;不可能忽視中國的邊界條件和地理位置與國外完全不同，尤其中國西高東低的標高相差較大。

　　我們必須科學的按照中國國情來設計，本文將以實例為準介紹一下，雙層幕墻設計要考慮的一些同題，介紹雙層幕墻內、外循環(huán)式雙層幕墻設計程序和具體設計方法。

　　本文題目:雙層幕墻設計總體程序的實例分析
　　　　　　第二講:雙層幕墻總體參數選擇與方案設計實例一外循環(huán)幕墻設計
　　　　　　第三講:內循環(huán)總體參數選擇與方案設計實例
　　　　　　第四講:外循環(huán)雙層幕墻的熱工計算(靜態(tài)部分、動態(tài)熱交換計算)
　　　　　　第五講:內循環(huán)雙層幕墻的熱工計算(靜態(tài)部分、動態(tài)熱交換計算)
　　　　　　第六講:內、外循環(huán)幕墻的管路設計，電控系統設計實例
　　　　　　第七講:內循環(huán)自動控制原理、電控系統參數選擇以及參數計算方法
　　　　　　第八講:介紹我國代表性外循環(huán)式、主動式內循環(huán)式幕墻實例方案圖普說明
　　　　　　第九講:介紹雙層通道的幾種設計型式及性能比較
　　　　　　第十講:外循環(huán)、內循環(huán)式雙層幕墻的性能計算與確定，以及材料、電器元件選擇原則設計方法
　　　　　　第十一講:內、外循環(huán)式雙層熱通道幕墻的靜態(tài)、熱動態(tài)試驗方法、試驗大綱以及判讀數據處理方法
　　　　　　第十二講:雙層幕墻的節(jié)能效應，性價比、熱舒適性、回收率計算與評價(與常規(guī)大單元單板或框架幕墻的比較說明)
　　　　　　第十三講:介紹本人主持的二種雙層幕墻動畫工作原理
　　　　　　第十四講:介紹國外德國雙層幕墻設計師盧茨·霍伊斯特“雙層幕墻”一書各章內容與解讀

　　2.實例介紹內、外熱通道雙層幕墻方案設計幾個程序總體要求

　　2.1雙層外循環(huán)幕墻系統設計分析及總要求
    本工程為外循環(huán)式雙層通道式幕墻在設計總要求必須滿足和考慮以下方面的因索和要求:

　　2.1.1設計宗旨
    滿足本工程所處的地理位置和當地特殊夏熱冬冷的地區(qū)氣象影響，雙層外循環(huán)幕墻必須符合中國和當地的實際情況而設計。

　　2.1.2設計師的建筑設計要求
　　滿足建筑師設計的外立面風格和優(yōu)秀的建筑外觀
　　ａ)要求幾個立面上幕墻設為雙層外循環(huán)式被動熱交換功能的節(jié)能、舒適、環(huán)保、自然通風功能的要求。

　　b)要求較高的清澈高透明度
　　c)幕墻立面形成的各立面平整度必須光滑，不能存在玻璃應力花和玻璃影像失真的功能，因此，外立面玻璃采用半鋼化夾膠安全玻璃。

　　d)與裙樓外觀統一協調，特別是對裙樓的框架式幕墻要整體協調，形成美觀具有建筑藝術美。

　　e)最大限度的布局內部空間的使用率。

　　2.1.3環(huán)保安求
　　努力減少建筑耗能，以及二氧化碳的排放量
　　a)盡量減少通道內存積風沙灰塵的現象
　　b)本幕墻必須具備自然通風，并具有春夏秋冬不同季節(jié)便用空氣流動的程序和動態(tài)特性，以便達到不同功效的要求。

　　c)本方案業(yè)主規(guī)定是外循環(huán)被動式雙層通道幕墻，設計中要求在外界流速幾乎V=0時，具有應急通風和熱空氣交換功能或成倍增系統。

　　2. 1. 4建筑效能要求
    a)要求雙熱通道外循環(huán)式幕墻必須達到實際功能，節(jié)能率不低于30%，并有良好維護互換清洗方便的功能，具有良好的使用維護方便的設計。

    b)必須滿足建造速度，保證合理被批準的制造安裝周期。

    c)必須達到使用方便，相鄰周邊方向的隱私和防火要求。

    d)要求高性能情況下，達到性價比要求，特別要求具有良好科學的回收成本期盡量短。

    e)要求玻璃不能存在自爆達到安全可靠設計
　　2.2外立面幕墻設計的結構型式
　　2.2.1外循環(huán)雙層幕墻結構
　　這種體系工作原理是直接利用空氣受熱產生熱浮力的作用(煙管效應)，將外部空氣從幕墻底部進氣口引人箱體通道，并經過雙層通道時空氣被加熱而向上流動中帶走了，由于太陽熱輻射熱加溫了通道內空氣，并熱交換帶走了熱量從箱體頂部排氣口排出，使箱體內空氣溫度降低，使作用在內層玻璃表面上溫度降低，輻射進入室內的熱量減少達到保溫節(jié)能的目地。

　　2.2.2貫徹節(jié)能標準GB50189一2005要求
　　針對當地的空氣環(huán)境，選用這種高科技含量較高的雙層呼吸幕墻設計，均滿足節(jié)能、舒適、環(huán)保、自然通風的現代化功能的要求，特別是要嚴格貫徹《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189一2005
　　2.2.3幕墻設計參數及配置
　　該工程外立面主要設計是呼吸式外循環(huán)幕墻單元箱體:

　　a)被動式雙層幕墻尺寸:長x寬x高=2333 x 600 x 3830
　　b)結構參數是箱體式大單元體系，采用橫鎖式結構吊掛方式。

　　c)配置電控光控遮陽百葉自動轉動葉片系統，安裝距離外層夾膠單玻璃中心線150一160mm。

　　d)配置進氣、出氣口的電控變進氣量可調節(jié)的開關百葉系統。

　　配置icr18Ni防塵、防蟲網及光滑阻力低的icr18Ni不銹鋼整體弧形導板，最大限度降低空氣阻力系數Cx值。

　　e)設計專用自然通風系統，并在內側玻璃上部配置電控手動兩用的自然通風器系統。

　　f)必要時，當外界v空氣速度v。一0m/s時安裝應急增補主動進氣通風循環(huán)系統，加大箱體內空氣流動速度和增加空氣流量。

　　g)設置金屬能站立體100kg人的下部格柵，并可拍手拆卸，便于清潔的系統。

　　h)內側是帶有隔熱條的鋁合金型材的中空Law一E幕墻，8+12A+6Low一E中空玻璃，使K值達I. 75 W/hm3
　　2.3雙層幕墻外立面功能具體要求
　　2.3. 1外呼吸式幕墻外立面設計要求及考慮
　　①建筑形態(tài)因素
　　a)整體建筑外觀
　　b)要求光滑的幕墻立面
　　c)要求高透明度
　　d)統一的建筑外觀
　　e)呼吸式雙層幕墻及整體外型
　　f)最大程度的爭取辦公室間
　　②機電系統因素
　　a)最大程度的利用直接日照
　　b)盡量減少箱體設備空間，便于維護
　　@基本因素
　　a)建筑整體的清潔和維護方便
　　b)建造成本:要求科技含量高、性價比高、但成本盡量合理
　　為滿足上述設計要求，設計師建筑使用外循環(huán)呼吸式幕墻設計，直接利用空氣的熱浮力作用，將外部空氣從幕墻底部引人，帶走內外層幕墻間的熱量，并從頂部直接排出。

　　針對當地的空氣素質，我們建議使用外呼吸式幕墻設計，盡量減少空氣對幕墻間的污染。

　　2.3.2設計節(jié)能熱舒適度要求
　　幕墻間的空隙可以保持為整體外部幕墻的高度其每層高度3830mm，其具體設計可隨建筑物的高度和系統的選取而確定。太舊輻射可由設置于幕墻間隙間的百葉來控制。對于被動式外呼吸幕墻，在應用于該工程設計中，它不但可以增加幕墻的隔熱性能和減少空調的能耗，更可以通過以下途徑增加使用者的熱舒適度:

　　a)確保內部環(huán)境的溫濕度處于舒適水平
　　b)減少夏季窗口位置過熱及日光反射影響
　　c)減少制冷能耗
　　d)減少眩光的同時，增加內部自然采光
　　e)增加熱舒適度
　　f)其它諸如隔絕噪音等好處
　　2.3.3外循環(huán)式雙層幕墻的優(yōu)點
　　a)可自主式自然通風，滿足新風換氣要求，達到30rn3/h人，
　　b)熱舒適度很好，通過閥門百葉及遮陽系統調節(jié)我們需要的熱舒適度
　　c)箱體溫度上升的熱梯度比內循環(huán)要下降快一些(補能源)降低自身的電能的消耗。

　　e)自然采光和防眩光干撓性能好。

　　2.4氣象參數及設計取值參數
　　2.4.1當地氣象參數
　　a)地理位置北緯29^。52，東徑121^。34‘海拔4.2
　　b)年平均溫度16.2^。C
　　c)冬季室外計算溫度平均值-4.3
　　d)冬季室外平均風速2. 6m/s
　　e)夏季室外計算溫度平均值28.1℃
　　f)夏季室外計算溫度最高值34.5℃
　　g)夏季室外計算溫度波幅值7.99^。C
　　h)S向日照總量1950w/m²應平均90 w/m²
　　i)E、w向日總量3852w/m²，應平均175 w/m ²
　　j)N向日總量1620w/m²，應平均65 w/m²

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