422排风隔热窗的热工性能参数分析

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1、排风隔热窗的热工性能参数分析*华中科技大学张冲，王劲柏，曾中平，严清摘要：排风隔热窗由三层普通白玻璃、内置的遮阳百叶及玻璃之间的气流空腔组成，通过将室内空调排风通过玻璃间的气流空腔排到室外，从而利用排风的冷量/热量减少外窗在供冷/供热季时形成的空调负荷，实现建筑节能，同时它可以根据供冷/供热季的不同切换其排风通道。通过建立排风隔热窗的区域模型，对该结构和内置百叶中空玻璃窗在典型夏热气候条件下的热工特性进行分析比较。本文还进一步研究了排风速度对该结构外窗传热特性的影响。关键词：排风隔热窗，内置百叶中空玻璃，热工特性，建筑节能0引言外窗是建筑围护结构中保温隔热性能最薄弱

2、的环节，透明的玻璃结构在夏季还会产生大[1]量的太阳辐射得热，大面积外窗会导致空调负荷增加，耗能增大。在多数建筑中，外窗[2]形成的热损失约占外围护结构总热损失的60%左右。提高建筑外窗的热工性能是实现建筑节能的重要途径。近年来，外窗的动态隔热技术备受学者关注，它是通过直接降低外窗室内侧玻璃表面与室内空气的温度差，从而减少外窗形成的负荷。例如，陈清焰提出的双向通风[3][4]窗技术，它可以有效的减少建筑能耗和提高室内空气品质。水流窗,内嵌管式围护结构技[5][6]术和机械排风的玻璃幕墙也属于这一类，都可以利用低品位能来直接降低围护结构与室内的换热。排风隔热窗是一种新

3、型的外窗动态隔热技术，其由三层普通白玻璃、可调节的遮阳百叶及玻璃之间的气流空腔构成。该结构可以充分利用空调排风的冷/热量减少外窗形成的空调负荷，达到排风热回收的效果，同时可以有效提高室内的热舒适性。本文建立排风隔热窗的传热数学模型，利用数值计算的方法研究其在夏季工况的热工性能，分析不同排风速度对该结构外窗性能的影响，并与内置遮阳中空玻璃窗进行比较。1排风隔热窗的隔热机理新型内置遮阳的排风隔热窗的构造如图1所示，它是由3层6mm透明白玻璃，两个15mm的气流空腔和可调节的遮阳百叶构成，根据冬夏季其可以切换运行模式，以达到最佳的隔热效果。这种结构外窗的保温隔热机制为：利

4、用空调新风机提供的室内正压，让空调排风进入玻璃夹层之间的气流空腔后最终排向室外，此时排风气流可以将以导热形式传向室内的热量（冬季为冷量）反向带出至室外，从而使得室内侧玻璃表面的温度极为接近室内的空气温度。冬季模式时（见图1a）：排风气流和遮阳百叶切换至室内侧的玻璃夹层之间，此时室外侧的玻璃夹层处于封闭状态（即双层中空玻璃）起到隔热的作用，此时排风气流直接作用于室内侧玻璃，使室内侧玻璃表面温度极为接近室内空气温度，减少温差造成的热散失。冬季时，遮阳百叶一般处于开启状态，让太阳辐射热尽可能进入室内。当太阳直射辐射较大时，由于冬季的太阳高度角较低，太阳直射辐射不做任何遮挡

5、直接进入室内（特别是南向），会[7]对室内人员造成严重的眩晕，此时则调整遮阳百叶的角度防止眩晕的发生，遮阳百叶吸收的太阳辐射热，使排风气流的温度升高，因此可以进一步的提高室内侧玻璃表面温度。夏季模式时（见图1b）：排风气流和遮阳百叶位于室外侧的玻璃夹层之间，此时室内侧[基金项目]国家自然科学基金(51378231,51178201)；中央高校基本科研业务费资助HUST(0118261034)；华中科技大学博士学位论文创新基金(0118261030)[作者简介]张冲（1988-），男，博士研究生，E-mail:zhangchong@hust.edu.cn的玻璃夹层处于

6、封闭状态（即双层中空玻璃），利用排风的冷量，一定程度上阻止室内外导热形式的热量传递，同时内置的遮阳百叶可以阻止太阳辐射进入室内，减少室内太阳辐射得热。遮阳百叶吸收大量的太阳辐射热后，会造成严重热堆积现象，此时室内侧的双层中空玻璃可以阻止太阳辐射得热传递进入室内，同时利用温度较低的排风气流将堆积的热带出到室外。排风空腔密闭空腔Section1T11Te1T21Te1T31Tc1T41室外室内室外室内Section2T12Te2T22Te2T32Tc2T42SectionjT1jTejT2jTejT3jTcjT4j透明白玻透明白玻T49排风气流排风气流遮阳百叶遮阳百叶S

7、ectionn-1T1n-1Ten-1T2n-1Ten-1T3n-1Tcn-1T4n-1ySectionnT1nTenT2nTenT3nTcnT4na冬季模式b夏季模式x玻璃遮阳百叶玻璃玻璃图1排风隔热窗的结构示意图图2排风隔热窗的区域模型示意图2传热数学模型采用区域模型法对排风隔热窗进行离散，根据能量守恒原理，分别建立各离散子区域的能量平衡方程。很多学者采用区域模型法研究外窗的热工性能，并用实验结果验证其可靠[8-9]性。忽略沿玻璃长度方向的传热,将排风隔热窗的三维问题简化为二维传热问题。以夏季模式为例，将该外窗结构划分为三层玻璃、遮阳百叶、排风空腔和封闭空腔