建筑环境学论文太阳辐射下双层玻璃幕墙能耗研究

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1、土木工程与力学学院建筑环境与能源应用工程建筑环境学指导老师：亲爱可亲的周叶老师13级建筑环境与能源应用工程二班王智华2013800813建筑环境学论文太阳辐射下双层玻璃幕墙能耗研究学院：土木工程与力学学院班级：建环二班姓名：王智华学号：2013800813摘要：由于双层玻璃幕墙在能耗效率和隔声降噪等方面远优于单层玻璃幕墙，这使得近年來双层玻璃幕墙在我国发展迅速。但是，因为双层玻璃幕墙的传热过程十分复杂，工程设计人员很难准确计算双层玻璃幕墙的能耗。目前，儿乎没有研究直接关注透过双层玻璃幕墙的室内得热量，而室内得热量是与建筑能耗直接相关的。本文屮给出的线性公式只是

2、针对本实验屮所使用的玻璃组合，考虑到实验所消耗的时间成本和人力成本巨大，本文利用实验数据來验证计算流体力学软件的模型设置，对于不同玻璃组合的双层玻璃幕墙可采用软件模拟的手段得到类似的计算双层玻璃幕墙能耗的公式。在验证软件模型的研究屮，以实验测量的初始值为边界条件，利用计算流体力学软件FLUENT12.0对四种不同太阳辐射的实验工况进行了模拟。模拟结果中通过双层玻璃幕墙进入室内的热量结果与实验测量结果非常相近，因此可以证明模拟模型的准确性。同时，实验中也进行了一组双层玻璃幕墙空腔中加入遮阳布的实验，以此来考量遮阳设施的节能效果。最后，总结了本文的主要成果、研究中

3、存在的问题及对下一步工作的展望。关键字：：双层玻璃幕墙；太阳辐射；实验验证；计算流体力学模拟；能耗计算正文：1•研究背景自从上世纪中叶以来，玻璃幕墙以其通透及富有现代力的外观赢得了众多建筑师的喜爱，首先在一批超高层中得以应用。随着世界经济的发展以及工业技术的成熟，现代都市中越来越多的建筑使用玻璃幕墙作为建筑表皮。虽然玻璃的透光性在建筑采光上有很大的优势，使建筑内环境显得明亮，但是人量的太阳辐射通过玻璃进入室内，也极大的增加了空调能耗。而传统的单层玻璃幕墙在使用外遮阳时，也存在着影响建筑立面以及遮阳构件安装困难等问题。因此，虽然内遮阳的效果非常不好，但依然是现在

4、单层玻璃幕墙的主要遮阳形式。双层玻璃幕墙作为单层玻璃幕墙的改进形式，主要有三方面优势：一是双层玻璃幕墙本身是由外侧玻璃及屮空玻璃组成，在选用中空玻璃时使用太阳得热系数低的low-e玻璃吋，双层玻璃幕墙系统本身的太阳得热系数就会低于单层玻璃幕墙；二是在双层玻璃幕墙的上下两侧各有一个开口，由于烟囱效应可以形成热对流，带走一部分玻璃吸收的热量;三是在双层玻璃幕墙的空腔内装置遮阳设备,既安全可靠又不影响建筑的外立面，却可以大幅度的减小建筑能耗。因此，双层玻璃幕墙自从上世纪90年代开始，在全球都得到了广泛的发展。但是由于在双层玻璃幕墙屮同时存在着相互耦合且不稳定的太阳辐

5、射热传递；内外层玻璃表面、中间遮阳与空腔气体的对流换热；内层玻璃与室内的辐射换热等耦合热过程，使得对其动态传热性能的模拟变得相当复杂。由于各地区不同的气象条件，对双层玻璃幕墙的应用分析变得十分具有挑战。国外大多数学者研究的气候条件多集中于欧洲与H本等寒冷地区，这些地区主要的需求是使用双层玻璃幕墙达到更好的保温效果。而中国由于地域宽广，各个不同地域气候对于建筑表皮保温性能的要求也不尽相同，例如在夏热冬冷地区，不仅存在着冬季保温的需求，夏季防热是建筑耗能的主要部分。目前，国内学者对于双层玻璃幕墙能否达到好的节能效果仍然存在争议。其本质原因在于双层玻璃幕墙的传热过程

6、十分复杂，现在对于双层玻璃幕墙仍没有一个准确的能耗计算方法。本课题旨在利用夏热冬冷地区（杭州1）的实验数据来验证数值模拟的准确性，将准确性高的数值模拟方法进行推广，并总结出适用于工程计算的能耗计算方法。2.双层玻璃幕墙的分类双层玻璃幕墙系统是双层结构的新型幕墙，通常由内外两层玻璃幕墙构成，两层幕墙中间形成宽度通常为儿百至儿千毫米不等的通道，在通道的上下部位分别有出气口和进气口，空气可从下部的进气口进入通道，从上部的岀气口排出通道，形成空气在通道内自下而上的流动，同时将通道内的热量带出通道。外层幕墙通常采用点支式玻璃幕墙、明框玻璃幕墙或隐框玻璃幕墙，内层幕墙通常

7、采用明框玻璃幕墙结构、隐框玻璃幕墙或铝合金门窗。双层玻璃幕墙种类繁多，根据不同的依据有不同的分类。根据通风方式的不同，可以划分为外循环式自然通风、外循环式机械通风和内循环式机械通风，如图1・2所示。对于外循环式双层玻璃幕墙，根据热通道内气布的不同，可以分为整体式、廊道式、箱体式和井箱式四种基本形式。2.研究目的由于双层玻璃幕墙的传热过程十分复杂，工程设计人员很难准确计算双层玻璃幕墙的能耗。目前，儿乎没有研究关注透过双层玻璃幕墙的直接室内得热量，而室内得热量是与建筑能耗直接相关的。本文旨在通过研究在太阳辐射下双层玻璃幕墙建筑的室内得热量，来探寻关于双层玻璃幕墙能

8、耗的计算方法，总结出双层玻璃幕墙室内得