一、概述
內(nèi)循環(huán)主動式雙層
熱通道幕墻,具有良好的節(jié)能、環(huán)保和熱舒適性能,是從西歐引進(jìn)到中國的。研究和應(yīng)用實(shí)踐表明這種
節(jié)能幕墻是比較適合中國地域分布和中國國情的。這種幕墻早在2002年以來在國內(nèi)開始應(yīng)用.許多大型幕墻公司,設(shè)計(jì)并安裝出數(shù)十座這種幕墻,其總數(shù)超過世界其他地區(qū)的總產(chǎn)量(當(dāng)然同時發(fā)展的外循環(huán)式即被動式
雙層幕墻其數(shù)量比內(nèi)循環(huán)高出數(shù)倍),可以說這兩種幕墻在我國產(chǎn)量是世界第一,經(jīng)過我們研究、調(diào)查這項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)尚沒有一家能達(dá)到國外研發(fā)的內(nèi)外循環(huán)雙層幕墻所公布的性能;國外資料報道,外循環(huán)式雙層幕墻冬季節(jié)能為45%左右,夏天為42%,內(nèi)循環(huán)式冬季、夏季平均為44%左右,在
遮陽性能,自動自然通鳳性能,也可自動、半自動控制,總熱舒適性很好,我國幾家大型幕墻公司生產(chǎn)的同樣產(chǎn)品熱動態(tài)性能和節(jié)能率約在20-29.5%,與國際同類產(chǎn)品有較大差距。
二、內(nèi)循環(huán)雙層節(jié)能幕墻工作原理及參數(shù)測試
在
供暖和制冷時,傳統(tǒng)高性能
玻璃幕墻無法滿足室內(nèi)舒適度和節(jié)能的大部分要求,因此更高效的玻璃幕墻便得到了發(fā)展=這種
新型玻璃幕墻的節(jié)能目標(biāo)在于降低夏天的制冷壓力和減少冬天的熱損耗來改善節(jié)能效果,改善熱舒適度和改善
隔音效果,并且使日光效果達(dá)到最佳狀態(tài)。
在世界上,特別是在我國主動式內(nèi)循環(huán)幕墻受到了很大的關(guān)注。在幕墻的兩層玻璃之間有一個自然或機(jī)械通風(fēng)的單元空氣
腔體,為幕墻提供一個熱動力特性及
熱交換空間,在單元箱體內(nèi)通過改變通風(fēng)方式和調(diào)整安裝在通風(fēng)層內(nèi)
遮陽裝置的位置,適應(yīng)室內(nèi)外的
荷載,滿足不同使用者的要求,特別人性化要求的良好熱舒適性。
這項(xiàng)技術(shù)據(jù)稱可以持續(xù)發(fā)展,提高室內(nèi)舒適狀況,減少能量損耗,但是這些問題卻沒有經(jīng)過明確的認(rèn)定為內(nèi)循環(huán)稱為主動式工作原理,是采用熱動力
空氣循環(huán)受電控系統(tǒng),陽光控制的組成,形成自動、半自動調(diào)節(jié)
節(jié)能環(huán)保參數(shù)的概念,這個控制總系統(tǒng)稱做“動態(tài)抽送熱風(fēng)控制系統(tǒng)”因此內(nèi)循環(huán)主動式雙層幕墻具有復(fù)雜的特性,且其內(nèi)部熱流動力現(xiàn)象也十分復(fù)雜。它的流動熱交換變化是非定場非線型運(yùn)動,無法用解析式描述它的運(yùn)動工作規(guī)律,只能在熱功態(tài)、靜態(tài)模擬進(jìn)行試驗(yàn)。
本文經(jīng)過半年的努力在已建成的內(nèi)循環(huán)幕墻實(shí)例中,用M⒈ 1比例進(jìn)行了冬季條件下試驗(yàn),詳見下面的實(shí)驗(yàn)示意圖:
目前,不僅缺少可用于設(shè)計(jì)、分析
熱工特性資料,也缺少雙層幕墻與通風(fēng)排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工藝技術(shù),甚至找國外先進(jìn)國家的主動式幕墻的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也十分匱乏,而且不完整。
我們做了簡單的
熱通道雙層幕墻熱動態(tài)試驗(yàn),得到了有限監(jiān)測的結(jié)果,證明了這些解決方案的技術(shù)難度非常大,并初步確定了最優(yōu)化的參數(shù)試驗(yàn)方法,要得到全面動態(tài)模擬設(shè)計(jì)參數(shù),還要靠風(fēng)洞及熱動態(tài)試驗(yàn)來驗(yàn)證。
監(jiān)控幕墻要根據(jù)實(shí)際情況,根據(jù)國外稱監(jiān)控幕墻可以被劃到“氣候幕墻”范疇。這種幕墻在歐洲很常見,幕墻生產(chǎn)商認(rèn)為它是一種很有前景的節(jié)能環(huán)保幕墻,監(jiān)控幕墻是一種特定優(yōu)化單元式系統(tǒng),包括:箱體外側(cè)透明雙層玻璃、內(nèi)側(cè)鑲嵌軟
鋁百葉窗的通風(fēng)氣孔、內(nèi)側(cè)單層透明玻璃、軟鋁百葉
窗可以通過室外照明
傳感器來自動控制或者進(jìn)行人工操控。
外部玻璃
固定后,出于維修和清潔的目的,內(nèi)層玻璃可以打開。幕墻
單元板塊幾何尺寸一般寬1.2-1.8m,高2.7-3.9為宜,從一個熱流動動力觀察點(diǎn)來看,與鄰近板塊是完全分開的。帶有抽風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)的幕墻及其操作方法,空氣槽被用作排氣道,室內(nèi)空氣由氣孔底部進(jìn)人,沿幕墻由下向頂部排出,幕墻可根據(jù)不同特定要求進(jìn)行操控。在制冷期,流進(jìn)氣孔的空氣會帶走部分熱荷載,減少室內(nèi)環(huán)境的吸熱量,在夏天工作期間,室內(nèi)溫度要維持在24℃-26℃ ,而排氣溫度常常會高于這一溫度,因此幕墻的空氣所載熱量會直接被排到室外。在冬天單元箱體將接受太陽
熱輻射獲得熱量,以蓄熱的形式形成了熱空氣場,通過循環(huán)將獲得的太陽熱能向室內(nèi)輸送約3-4℃ 的熱空氣,使房問的溫度提高到20℃-22℃,達(dá)到了利用
太陽能的效果。
三、研發(fā)雙層幕墻電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和動態(tài)試驗(yàn)的考量
天津華泰幕墻設(shè)計(jì)有限公司與中南幕墻公司聯(lián)合開發(fā)和解決了內(nèi)循環(huán)式雙層
幕墻動態(tài)運(yùn)行的程序和電控參數(shù)軟件編制,并開發(fā)技術(shù)應(yīng)用到
內(nèi)循環(huán)雙層幕墻實(shí)際設(shè)計(jì)k試驗(yàn)方面上去,這樣填補(bǔ)了我國在動態(tài)試驗(yàn)技術(shù)的空白。根據(jù)我們在仝國進(jìn)行專利查新搜索中尚未發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)的成果和專利,雖然我國設(shè)計(jì)和生產(chǎn)引進(jìn)雙層幕墻已有十年的歷史,在國外技術(shù)封鎖的情況下,我國至今仍沒有系統(tǒng)丌發(fā)的主要原因是:
l、電控系統(tǒng)、管路自動跟蹤的伺服系統(tǒng)、自然
通風(fēng)系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)自動跟蹤太陽行跡,遮陽百葉自動變位系統(tǒng),以及隨機(jī)按各地當(dāng)?shù)貧庀髼l件設(shè)計(jì),都沒有認(rèn)真設(shè)計(jì),工藝技術(shù)水平極落后。
2、目前沒有國家、行業(yè)
設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,更缺少科學(xué)試驗(yàn)的數(shù)據(jù),對多維變化熱動力通風(fēng)參數(shù)計(jì)算,無任何依據(jù),少量幕墻公司也做了一些試驗(yàn)和熱動態(tài)電子計(jì)算機(jī)數(shù)字模擬計(jì)算,由于自相保密和科研力量不足,未能由專人主控研發(fā)機(jī)構(gòu),從我們獲得到他們試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)方法都存在嚴(yán)重問題,主要是對熱空氣進(jìn)出口邊界條件,動態(tài)進(jìn)排風(fēng)口熱空氣流動特性,未按動相似準(zhǔn)則進(jìn)行模擬,室內(nèi)外空氣流動的流場、流譜紊流渦旋、熱空氣在雙層幕墻箱體上外流動的各種損失系數(shù)、流速、流量、溫度、動壓分量、靜壓分量、溫度分布在外層、內(nèi)層玻璃上變化規(guī)律等,均沒有認(rèn)真計(jì)算和研究公開發(fā)布資料極少,目前國內(nèi)雙層幕墻市場在
招標(biāo)時將這方面設(shè)計(jì)一律建議“電空調(diào)系統(tǒng)來配套”由空調(diào)專業(yè)解決實(shí)踐證明是極不成功的。中科研院物理所進(jìn)行了對某一個內(nèi)循環(huán)幕墻進(jìn)行很好模擬數(shù)計(jì)算和分析,取得很好成績,但幕墻公司在設(shè)計(jì)中給它們計(jì)算參數(shù)有欠缺,因此我國設(shè)計(jì)的內(nèi)循環(huán)式雙層幕墻最好計(jì)算結(jié)果達(dá)到節(jié)能27%,與世界水平相關(guān)甚遠(yuǎn)。
最近我們完成了研發(fā)初期的資料和控制盒以及模擬控制動態(tài)線路圖、管路、閥
門冬季工作動態(tài)式進(jìn)行演示,我們正在安排進(jìn)行夏季內(nèi)循環(huán)幕墻M1:1的試驗(yàn)。通過試驗(yàn)找到了別最優(yōu)化的設(shè)計(jì)參數(shù),我們用半年的時間完成了動態(tài)M1:1比例動態(tài)試驗(yàn),取得了良好的效果,得到了寶貴的數(shù)據(jù)資料。
四、國內(nèi)研發(fā)現(xiàn)狀
在國內(nèi)研發(fā)自動、半自動內(nèi)循環(huán)雙層幕墻控制系統(tǒng),由天津市華泰幕墻公司和浙江中南幕墻公司聯(lián)手合作生產(chǎn)研發(fā)自動、半自動電控系統(tǒng),解決了自動空氣循環(huán),熱交換、自動跟蹤太陽運(yùn)動軌跡,以及自動控制遮陽葉片的角度,更好的控制了不同季節(jié)的自動通風(fēng)系統(tǒng)的正常工作。智能性的在冬季、夏季按照設(shè)計(jì)程序控制內(nèi)循環(huán)雙層幕墻的熱氣流的運(yùn)動和熱交換。進(jìn)而掌握了對冬季、夏季的節(jié)能良好工作狀態(tài)、試驗(yàn)方法和試驗(yàn)體系。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、設(shè)計(jì)合理、使用安全、試驗(yàn)成本低廉是推動我國內(nèi)循環(huán)雙層幕墻節(jié)能的動態(tài)試驗(yàn)向前推進(jìn)一步,取得了較大的發(fā)展,并為廣泛的應(yīng)用做出了一些貢獻(xiàn)。當(dāng)然我們第二代、第三代更為先進(jìn)的電控系統(tǒng)也正在計(jì)劃研制階段。
五、未來研發(fā)計(jì)劃和服務(wù)
天津市華泰幕墻設(shè)計(jì)有限公司會同浙江中南幕墻股份公司將用兩年時間,研發(fā)下一代內(nèi)循環(huán)雙層幕墻的控制系統(tǒng)方向如下:
1、研發(fā)節(jié)能高效的微型化電控多元自動、半自動對熱空氣,進(jìn)、排系統(tǒng)設(shè)計(jì),并研發(fā)控制配套系統(tǒng)成本下降25%的新產(chǎn)品,供給既有幕墻節(jié)能改造專用型的主動式雙層內(nèi)循環(huán)幕墻的電控、熱空氣循環(huán)系統(tǒng)。
2、我們將在國內(nèi)同中國建科院物理所合作,在北京、杭州建立既有幕墻內(nèi)、外循環(huán)雙層幕墻熱工特性檢測中心
3、大量使用節(jié)能環(huán)保
新材料和新技術(shù),力爭使新式第三代雙層內(nèi)循環(huán)幕墻在全國分批逐步推廣,并改造現(xiàn)有幕墻幾千座的既有不節(jié)能的幕墻改造任務(wù)。
試驗(yàn)曲線圖:
六、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)將應(yīng)用到內(nèi)循環(huán)動態(tài)熱交換系統(tǒng)中具體做法 我們電動風(fēng)機(jī)的電動容量為10W×4即40W,平均用電時間為6小時,這樣我們用
遮陽簾做載體,采用
光伏發(fā)電組件進(jìn)行發(fā)電,對一個大型建筑物幾百扇窗發(fā)電總能儲存起來,同時部分來自屋面
太陽能發(fā)電建筑一體化系統(tǒng)當(dāng)中,發(fā)出來的電進(jìn)行補(bǔ)償,這樣遮陽簾升降、轉(zhuǎn)動以及電動風(fēng)機(jī)自動控制的動作所需要的電源,完全可以不用從常規(guī)網(wǎng)中用電,達(dá)到了節(jié)省電能,經(jīng)初步估計(jì),這一項(xiàng)技術(shù)就可以提高節(jié)能效率3%左右,平時發(fā)電多余電能部分可以進(jìn)行應(yīng)急用燈用。
內(nèi)循環(huán)中的雙通道幕墻所有的傳感器(一般10-14個)都可以得到太陽能發(fā)電的補(bǔ)償,但通過變換裝置與常規(guī)電網(wǎng)中的電源進(jìn)行兼容。
我們沒有做夏季的試驗(yàn),但我們準(zhǔn)各用2年時間實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電與現(xiàn)有電網(wǎng)兼容的辦法,可以有信心的使用主動式內(nèi)循環(huán)雙層幕墻節(jié)能效率達(dá)到42-45%,達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。
七、結(jié)論
試驗(yàn)?zāi)康?就是要使內(nèi)循環(huán)箱體室內(nèi)側(cè)的單層玻璃的第一面溫度與室內(nèi)面第二面玻璃溫度差△t=5-4℃ 效果可以接受。
根據(jù)中國的具體情況以下的數(shù)據(jù)為最佳設(shè)計(jì)值:
1.冬季室內(nèi)單層玻璃外表面與它室內(nèi)面玻璃溫差不小于7℃
2 夏季室內(nèi)單層玻璃外表面與它室內(nèi)面玻璃溫差不小于5℃
3 從圖C看出內(nèi)循環(huán)室內(nèi)部玻璃在夏季平均中午在12-16時平均10-12℃ ,那么室內(nèi)單層玻璃內(nèi)
表面溫度應(yīng)控制在5℃-6℃ ,因此試驗(yàn)過程中不斷調(diào)節(jié)循環(huán)熱空氣流速速壓和電風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)便之達(dá)到這個平衡點(diǎn)c
4 從圖D中可看出元月份中午玻璃內(nèi)表面溫度平均在14℃ 左右,因此要求室內(nèi)玻璃表面溫度可調(diào)到6-7℃
5 我們在杭州中南幕墻公司的新建內(nèi)循環(huán)冬季做的試驗(yàn)平均達(dá)到室內(nèi)玻璃溫度為3.8-4℃ ,折合節(jié)能率為33%左右,低于國際42%,高于國內(nèi)的29.5%的效果。
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