摘  要:從不同方面總結(jié)了幕墻節(jié)能的建筑構(gòu)造方法,并通過(guò)運(yùn)用DOE - 2. 1 節(jié)能分析軟件及傳統(tǒng)的熱工學(xué)理論詳細(xì)地對(duì)比分析了幾種玻璃幕墻各項(xiàng)熱工性能的差別,并通過(guò)負(fù)荷峰值、太陽(yáng)輻射、冷熱負(fù)荷定量地闡述了玻璃幕墻帶來(lái)的能耗損失。

關(guān)鍵詞:雙層循環(huán)幕墻;中掛百葉幕墻;節(jié)能

    在當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)中,玻璃幕墻得到了廣泛的應(yīng)用,但隨著綠色建筑概念的提出,幕墻因其在建筑節(jié)能中的瑕疵及光污染等問(wèn)題而受到較大的質(zhì)疑,因此近年來(lái)對(duì)玻璃幕墻應(yīng)用的探討越來(lái)越深入。玻璃幕墻的節(jié)能措施已深入到建筑的第一個(gè)細(xì)部,但大多數(shù)的建筑師只能定性地了解,因此如何定量地分析和改善玻璃幕墻的節(jié)能方法和效益就顯得非常重要,也只有這樣才能引起建筑師的重視。

    1 節(jié)能原理分析

    關(guān)于改善幕墻的方法有多種,根據(jù)分析有兩種比較有效,第一種是利用雙層幕墻冬夏兩季形成不同循環(huán)環(huán)路,利用溫室原理及煙囪效應(yīng)達(dá)到節(jié)能的目的,當(dāng)然與單層幕墻相比,雙層幕墻的導(dǎo)熱系數(shù)本身就有相當(dāng)幅度的降低。

    其節(jié)能原理[1] 是,循環(huán)幕墻由雙層玻幕或一層玻幕及一層普通開(kāi)窗墻體組成,內(nèi)外兩層均上下設(shè)置通風(fēng)口,夏季時(shí)打開(kāi)外層上下通風(fēng)口,在陽(yáng)光的照射下,中間層空氣層溫度升高而自然上浮,形成自下而上的空氣流,由于煙囪效應(yīng)帶走通道的熱量,降低內(nèi)層表面溫度,降低室內(nèi)冷負(fù)荷。冬季時(shí),關(guān)閉外層通風(fēng)口,打開(kāi)內(nèi)層通過(guò),夾層中的空氣在陽(yáng)光的照射下,溫度升高,形成一個(gè)小溫室有效提高內(nèi)層玻璃及空氣溫度,氣體自然上浮,與室內(nèi)形成微量氣體循環(huán),提高室內(nèi)溫度,減少熱負(fù)荷的需求。

    另一種方案是對(duì)傳統(tǒng)百葉遮陽(yáng)的綜合改進(jìn)。由于太陽(yáng)直射對(duì)建筑的冷熱負(fù)荷有直接影響,冬季的陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi),夏季遮陽(yáng)都能有效地控制負(fù)荷總值。但傳統(tǒng)建筑中的百葉或掛于室內(nèi),難以高效控制已入室內(nèi)的熱量;或懸于室外,不能形成循環(huán)通風(fēng)道,或多或少地對(duì)建筑節(jié)能有一定的負(fù)面影響。中掛百葉是幕墻改革的一個(gè)較好方案,法蘭克福商業(yè)銀行總部大廈[2 ] 是其中一個(gè)較好的例子,見(jiàn)圖1。這種百葉幕墻解決了適時(shí)調(diào)節(jié)百葉的角度,以最佳狀態(tài)達(dá)到節(jié)能的目的。

    事實(shí)上每個(gè)幕墻構(gòu)造的具體做法都涉及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件。圖2 為筆者實(shí)際作品的一個(gè)例子,當(dāng)時(shí)稱之為假性幕墻。由于當(dāng)?shù)貙賴?yán)寒地區(qū),只在內(nèi)層設(shè)置通風(fēng)口,也就是只有冬季循環(huán),但其全年日照時(shí)間很長(zhǎng),夏季日照時(shí)數(shù)還是較大,中掛百葉也是解決問(wèn)題的一種方案。但對(duì)于長(zhǎng)江中下游夏熱冬冷地區(qū),雙路循環(huán)則是必須的。只有這樣才能兼顧冬夏兩季室內(nèi)環(huán)境的要求。綜合不同方案的優(yōu)點(diǎn),可以得出循環(huán)中掛百葉幕墻(簡(jiǎn)稱中掛幕墻) 的構(gòu)造,圖3 為中掛幕墻在不同狀態(tài)下的工作情況示意,仍然是一種定性的理解,下面就應(yīng)對(duì)其做定量的分析。

2 分析方法及軟件

    分析采用對(duì)比的方法,我們首先設(shè)置單層玻璃幕墻作為對(duì)比條件,然后將其與雙層循環(huán)幕墻及中掛百葉幕墻兩種狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比,定量地探討其節(jié)能的效益。

    分析的內(nèi)容采取兩組數(shù)據(jù),一組是幕墻的變化對(duì)建筑整體負(fù)荷的影響,因?yàn)槟粔Ρ旧硎遣豢赡軉为?dú)存在的,相關(guān)的條件對(duì)幕墻變化的影響是相互聯(lián)系的,因此該數(shù)據(jù)具有一定的客觀性。另一組數(shù)據(jù)是針對(duì)幕墻本身變化的研究,也就是將以目前相關(guān)的一部分建筑負(fù)荷提出來(lái),這組數(shù)據(jù)具有可比性,其節(jié)能效益具有直觀性。

    采用的計(jì)算軟件為《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)》(J GJ134 —2001) 中推薦的美國(guó)能源部發(fā)布的Doe - 2. 1。這種軟件的計(jì)算方法具有綜合性、系統(tǒng)性及相當(dāng)?shù)木_度,它將某一局部的變化置于整體環(huán)境中,測(cè)算其對(duì)環(huán)境總的影響力。

    3 計(jì)算條件的假定

    為了便于定量分析,假定一種簡(jiǎn)化的建筑模型是必要的,假定的各種條件基于各種真實(shí)的資料。

    3. 1 建筑的地理位置及氣象資料

   建筑假定在湖北潛江市江漢油田, 東經(jīng)112°53′,北緯30°25′,屬夏熱冬冷地區(qū)。

    該區(qū)域年平均氣溫為16. 5 ℃,年最高溫度為37 ℃,最低溫度約- 3. 2 ℃。年平均降雨量為1150mm左右,年日照時(shí)數(shù)為1855h ,主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镹E ,頻率為16 ,總云量為80. 7 成,低云量為25. 1 成。
 
    3. 2 建筑物理模型
    建筑假定為一個(gè)18m ×18m 的獨(dú)立大廳,層高7m ,如圖4 :北、東、西窗戶為3m ×3m 的大窗,南部設(shè)18m ×614m 幕墻,計(jì)算分單層幕墻、循環(huán)幕墻、中掛幕墻三個(gè)模型分別進(jìn)行。

    3. 3 建筑能耗計(jì)算的基本條件
    (1) 外墻,240 磚墻兩面抹灰,傳熱系數(shù)2103WP(m2·K) ,延遲時(shí)間8h。
    (2) 外門窗,單層金屬門窗,單層幕墻,傳熱系數(shù)6140WP(m2·K) 。雙層幕墻按兩層玻璃計(jì)算。循環(huán)通風(fēng)口上下均為015m2 (多口總面積) 。
    (3) 新風(fēng)按門窗滲透風(fēng)量計(jì)算。
    (4) 普通屋面按當(dāng)?shù)爻Ｓ猛L(fēng)屋面計(jì)算,傳熱系數(shù)按1. 54WP(m2·K) 計(jì)算。
    (5) 地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)0. 2WPm2 。
    (6) 冷負(fù)荷室內(nèi)計(jì)算溫度26 ℃,熱負(fù)荷室內(nèi)計(jì)算溫度18 ℃。

4 負(fù)荷峰值

    冷熱負(fù)荷峰值是建筑負(fù)荷計(jì)算值,涉及安裝設(shè)備功率的大小,除了有直接節(jié)能的意義外,對(duì)降低選用設(shè)備功率,從而減少一次性直接投資,也有相當(dāng)?shù)囊饬x。因此負(fù)峰的降低在建筑節(jié)能方面具有重要的意義,是一個(gè)必須討論的問(wèn)題。單獨(dú)分析該幕墻在負(fù)荷(或其峰值) 形成中所起的作用,更能直觀反映節(jié)能的效率。