玻璃中庭室内热环境改造案例分析

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1、玻璃中庭室内热环境改造案例分析深圳市建筑科学研究院股份有限公司【摘要】针对密闭玻璃中庭建筑室内热环境差的状况，文中结合实测诊断，提出改造方案，并进行改造效果验证，结果表明对玻璃中庭进行幕墙顶部合理开窗改造可形成良好的“烟囱效应”，改造前后中庭通风换气次数由1.23次增加到6.62次，改造后人员主要活动区域室内温度在28°C以内。【关键词】中庭改造烟囱效应热舒适性节能0引言近年来，研究既有建筑绿色改造逐渐成为新的课题，室内环境质量是绿色建筑评价的一项重要指标，也是实际改造工程中人们所关注的重要内容之一。木文结合实际工程案例，就如

2、何合理地改善建筑封闭中庭的室内热环境进行分析探讨。1改造项目基木概况深圳市某办公楼4-7层有一圆柱形封闭中庭，中庭空腔直径约为17m,高约为26.5m，总体积约为6012m3。中庭空腔顶部为玻璃幕墙，各楼层四周为封闭型办公区域(如图1和图2),仅有的通风U为各楼层新风系统的送风U和顶层玻璃幕墙周壁的4个百叶窗(lm*lm)o由于玻璃大空腔受太阳直射辐射和玻璃屋顶长波二次辐射得热量大，但室内通风条件差无法及时排出热量，造成大量得热聚集，有如密闭汽车在烈H下曝蚋，室内温度高、热环境状况恶劣。为改善室内热舒适性，业主于2009年在玻

3、璃空腔内侧设置了布帘内遮阳，并在中庭顶层增设了4台空调风柜用于制冷降温，但实际降温效果不佳。2011年业主委托我们进行诊断评估，希望提供良好的解决方案以达到改善室内热环境效果的目的。2项目改造技术路线为科学合理地分析问题并提出解决方案，本项B制定了基于测试、诊断和效果评估的全过程技术路线。测试诊断主要包括资料收集、现场勘查、现场检测三大步骤，根据调研资料对中庭围护结构和通风空调系统的布置、使用合理性及综合使用效果进行分析，评估改造潜力；改造实施阶段包括确定改造对象，制定改造方案，绘制图纸，现场施工等•，最后对改造效果进行测评和

4、效果体验调研。3.2实测数据分析3.2.1室温测试分析实测数据表明（图4,图5）,不管是空调工况还是非空调工况，室内热环境均较差。空调工况下，中庭全天室内温度基本都高于30°C，顶层最高温度达38.5°C；非空调工况下，中庭全天室内温度均高于33°C,顶层最高温度达47.9°C，热环境条件恶劣。中庭竖向温度梯度明显，以建筑实际运行工况（空调工况）为例，4〜6楼之间的平均温差较小，为0.5〜1°C;7楼平均温度比4〜6楼高3〜4°C;顶层温度比4楼高9°C。由各区域通风换气次数估算结果可知，4〜6楼通风换气次数严重偏低，整个玻璃

5、空腔通风换气次数也仅为1.23次，显然无法满足玻璃空腔排热量需求。4项S改造实施方案4.1改造对象确定鉴于业主不希望改造过多影响建筑外观，工程中提出两种改造思路。苏一，玻璃幕墙屋顶增设自然排风与机械排风风U,采用以自然通风为主、必要吋机械通风为辅的改造方式，加强室内外空气交换带走室内热空气；其二，全面排查检修空调送风系统，使空调送风系统正常运行，增大新风送风量，利用正压将顶部热空气排出。根据实际情况，对两种方式进行比较，详见表3。出于减少对办公人员影响、缩短施工工期和节能B的考虑，本工程优先对中庭顶部进行幕墙通风改造并停止运行

6、顶层空调机组。空调系统改造可在幕墙改造结束后根据实际效果另行决策。4.2改造技术方案采用自然通风和机械排风结合的方式。在玻璃顶部开孔增设防雨百叶天窗和机械排风口，利用热压作用形成烟囱效应进行自然排风，当室内热环境无法满足要求吋启动机械排风。4.2.1白然通风当由于建筑构造因素的影响而导致穿越式通风难以实现时，热压通风成为自然通风的主导因素［1】，建筑主要依靠烟囱效砬［2】［3】进行通风排气。通过对建筑热压自然通风效能的分析，文献［4］［5］指出为增人换气量，可以加大天窗开窗面积并提高天窗的高度，减少天窗的排气阻力，因此自然排风

7、U设置在中庭顶部玻璃幕墙凹槽中部为宜。实际工程中，在凹槽中部开天窗的施工活动和后期维护活动难度太大，施工和后期维护的成本很高。本项0考虑工程实际，在玻璃幕墙屋顶凹槽两侧开百叶天窗，受凹槽及施工条件限制，百叶天窗最大为2m×2m，两侧各7T•两个，排风口截面共16m2。根据文献［6］［7］，换气量可用下面公式求得：(1)(2)其中：ρ为空气密度，近似取室内外空气密度均值，kg/m3；g为重力加速度，9.8m/s2;β为空气膨胀系数，取1/273;Δt为室内外温差，°C;μ为窗框的流

8、量系数；F为窗孔的面积，m2;IP为窗孔两侧的压力差，Pa;L为空气体积流量，m3/s。由式(1)(2)估算测试日百叶天窗自然通风最大换气量约14.3m3/s,即51480m3/h,可使全楼理论平均通风换气量增大到8.56次/h，是改造前的约7倍。自然通风UI采用自动防雨百叶