摘要：根據(jù)上海地區(qū)的氣候特點,對跨層箱體式和整體式雙層節(jié)能幕墻在上海地區(qū)高層建筑中的經(jīng)濟性進行分析,闡述了雙層幕墻節(jié)能技術(shù)在上海地區(qū)的適用性
關(guān)鍵詞：跨層箱體式和整體式雙層熱通道幕墻；上海地區(qū)；節(jié)能; 經(jīng)濟性 |
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1、 概述：
雙層熱通道幕墻有多種構(gòu)造形式，其節(jié)能性和造價各有不同, 在上海地區(qū)高層建筑中的經(jīng)濟性與單層單元式幕墻相比差別較大。本文選擇適合上海地區(qū)夏熱冬冷的氣候特點且性價比高的整體式雙層熱通道幕墻及跨層箱體式雙層熱通道幕墻，從與單層單元式幕墻對比的角度,詳細說明其主要構(gòu)造特點、節(jié)能性及經(jīng)濟性。
2、 單層單元式幕墻的經(jīng)濟性及主要缺點
以采用法國圣戈班遮陽型LOW-E中空玻璃和熱斷橋鋁型材單元式幕墻為例, 其玻璃的傳熱系數(shù)Ka值可低至1.60W//m2•K, 熱斷橋鋁框等效傳熱系數(shù)Kb為5.68 W//m2•K,按鋁框占面積4%計,該幕墻的綜合傳熱系數(shù)值如下：:
K1=0.04*5.68+0.96*1.60=1.7632 W/m2•K
該單元式幕墻很適合上海地區(qū)夏季防熱要求,但對室內(nèi)空調(diào)功率要求仍較高,同時對冬季太陽輻射隔熱作用不利于室內(nèi)采暖需要,而且直接供應(yīng)室外受污染及含揚塵的空氣對室內(nèi)人群有一定的鍵康影響。該單元式幕墻造價按1320元/ m2計,則產(chǎn)品本身經(jīng)濟熱阻為:E1=1.7632*1320=2327.42元/( m2•m2•K) / W
3、雙層熱通道幕墻在上海地區(qū)高層建筑中的經(jīng)濟性分析
雙層熱通道幕墻是一種新型的節(jié)能幕墻，由內(nèi)、外層圍護結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)氣流途徑的不同，可分為“封閉式內(nèi)循環(huán)體系”和可自然通風(fēng)的“敞開式外循環(huán)體系”兩個類型，而后者在舒適、節(jié)能、自然通風(fēng)等方面有明顯的優(yōu)勢,使前者面臨被淘汰的局面。敞開式雙層熱通道幕墻按氣流進出途徑可分為“箱體式雙層幕墻體系”、“通道式雙層幕墻體系”、“廊道式雙層幕墻體系”、“整體式雙層幕墻體系” 四種基本形式,其中整體式雙層熱通道幕墻和跨層箱體式雙層熱通道幕墻比較適合上海地區(qū)夏熱冬冷的氣候特點且性價比較高。由于跨層箱體式雙層熱通道幕墻的氣口控制機構(gòu)數(shù)量不超過逐層箱體式雙層熱通道幕墻的一半, 整體式雙層熱通道幕墻只有單層鋁龍骨,而節(jié)能性差別不大,故跨層箱體式特別是整體式雙層熱通道幕墻經(jīng)濟性較為為理想,因此本文對跨層箱體式和整體式雙層熱通道幕墻應(yīng)用在高層建筑中的經(jīng)濟性進行對比分析。
3.1 跨層箱體式雙層熱通道幕墻
3.1.1 跨層箱體式雙層熱通道幕墻的主要構(gòu)造特點
以二層或三層為一個氣流單元,每個氣流單元上下端間隔設(shè)置可調(diào)控的進出氣口, 相鄰單元間分隔高差為風(fēng)口高度；有層間水平分隔；豎向以二個柱間或多個柱間為一道豎向分隔，分隔可以采用密封門的形式，以實現(xiàn)層間引走；可以是內(nèi)外層均為單元式(玻璃可點式連接),也可以是內(nèi)外層均為框架式,還可以是外層單元式、內(nèi)層為窗等。不論何種形式, 外層采用單片玻璃和無熱斷橋鋁型材、內(nèi)層采用LOW-E中空玻璃和熱斷橋鋁型材。其中外層采用點式單片透明鋼化玻璃單元式幕墻、內(nèi)層采用LOW-E中空玻璃熱斷橋窗且遮陽百葉設(shè)在室外的跨層箱體式雙層熱通道幕墻的外觀比較現(xiàn)代,體現(xiàn)高科技派建筑風(fēng)格,性價比很高, 很適合上海這樣的夏熱冬冷地區(qū),本文即以該案例為例,其構(gòu)造示意圖如下:
3.1.2 跨層箱體式雙層熱通道幕墻的節(jié)能性分析
跨層箱體式雙層熱通道幕墻采用可轉(zhuǎn)換氣流運動方式，夏季打開全部風(fēng)口，利用氣流的煙囪效果在熱通道內(nèi)形成上升外排的氣流，帶走通道內(nèi)的熱量，節(jié)能效果可達38~60 %；冬季關(guān)閉全部風(fēng)口，在熱通道內(nèi)形成溫室效應(yīng)，節(jié)能效果可達42~52 %；秋季和春季可結(jié)合溫度高低采用以下三種節(jié)能形式：①取暖形式；關(guān)閉全部風(fēng)口；②散熱形式，關(guān)閉進氣口，打開排氣口，熱通道內(nèi)熱空氣上升，從排氣口排出，同時外部冷空氣從排氣口沉入，造成熱通道內(nèi)氣流微循環(huán)；③通氣形式，開啟進氣口，關(guān)閉排氣口，外部冷空氣在一定的風(fēng)壓下進入熱通道，擠出部分熱空氣，利用內(nèi)幕墻的開啟扇向室內(nèi)補入新鮮空氣。后二種形式的節(jié)能效果與關(guān)（開）通氣口的比率有很大關(guān)系，節(jié)能比率介于零和全開風(fēng)口節(jié)能率之間。
箱體式雙層幕墻的氣流組織形式適用于冬冷夏熱地區(qū)，對春秋季也有很好的節(jié)能效果。
利用流體力學(xué)計算軟件, 對本案箱體式雙層幕墻內(nèi)的空氣流動和傳熱情況進行數(shù)值模擬研究，檢驗該幕墻的節(jié)能效果。結(jié)果如下: 冬季傳熱系數(shù)K值為1.082 W/m2•K，在夏季傳熱系數(shù)K值為1.229 W/m2•K 。
3.1.3 跨層箱體式雙層熱通道幕墻單價組成簡要分析
該箱體式雙層幕墻造價組成包括: 外層10mm透明玻璃點接單元式幕墻、內(nèi)層LOW-E中空玻璃熱斷橋窗(按60%鋁塑板40%窗計)、手動遮陽百葉、通風(fēng)小箱體(含氣流閥門及電動驅(qū)動裝置、風(fēng)口百葉、鋼隔柵、分隔門等)。其經(jīng)濟性單價合計約為2700元/m2。
3.1.4 跨層箱體式雙層熱通道幕墻產(chǎn)品本身經(jīng)濟熱阻分析
該箱體式雙層幕墻產(chǎn)品本身經(jīng)濟熱阻為:
冬季: E2=1.082*2700=2921.4元/( m2•m2•K) / W
夏季: E2=1.229*2700=3318.3元/( m2•m2•K) / W
3.2 整體式雙層熱通道幕墻
3.2.1整體式雙層熱通道幕墻的主要構(gòu)造特點
最經(jīng)濟的形式是內(nèi)外層均為同一單元體,明框時采用熱斷橋鋁型材,其余配置及氣流形式基本同箱體式雙層熱通道幕墻.
由于整體式雙層熱通道幕墻較薄,可以比跨層箱體式雙層熱通道幕墻至少節(jié)約300mm寬的空間,經(jīng)濟性更好,且外觀比較現(xiàn)代,體現(xiàn)高科技派建筑風(fēng)格,性價比很高, 更適合上海這樣的夏熱冬冷地區(qū),本文即以該案例為例,其構(gòu)造示意圖如下:
3.1.2整體式雙層熱通道幕墻的節(jié)能性分析
整體式雙層熱通道幕墻氣流運動方式基本同箱體式雙層幕墻,差別僅僅在于前者腔體小后著腔體大。
利用流體力學(xué)計算軟件, 對本案整體式雙層幕墻內(nèi)的空氣流動和傳熱情況進行數(shù)值模 擬研究，檢驗該幕墻的節(jié)能效果。結(jié)果如下:
冬季傳熱系數(shù)K值為1.104 W/m2•K，在夏季傳熱系數(shù)K值為1.253 W/m2•K 。
3.13整體式雙層熱通道幕墻單價組成簡要分析
該整體式雙層幕墻造價組成包括: 外層10mm透明玻璃點接單元式幕墻、內(nèi)層LOW-E中空玻璃、手動遮陽百葉、通風(fēng)小箱體(含氣流閥門及電動驅(qū)動裝置、分隔門等)。其經(jīng)濟性單價合計約為2300元/m2。
3.1.4整體式雙層熱通道幕墻產(chǎn)品本身經(jīng)濟熱阻分析
該整體式雙層幕墻產(chǎn)品本身經(jīng)濟熱阻為:
冬季: E3=1.104*2300=2539.2元/( m2•m2•K) / W
夏季: E3=1.253*2300=2881.9元/( m2•m2•K) / W
4、 跨層箱體式和整體式雙層節(jié)能幕墻在上海地區(qū)高層建筑中的經(jīng)濟性分析
1、根據(jù)第二章分析結(jié)果, 采用法國圣戈班遮陽型LOW-E中空玻璃和熱斷橋鋁型材的單層單元式幕墻產(chǎn)品本身經(jīng)濟熱阻為:
E1=1.7632*1320=2327.42元/( m2•m2•K) / W
2、根據(jù)第3.1.4節(jié)分析結(jié)果, 外層采用點式單片透明鋼化玻璃單元式幕墻、內(nèi)層采用LOW-E中空玻璃熱斷橋窗且遮陽百葉設(shè)在室外的跨層箱體式雙層熱通道幕墻產(chǎn)品本身經(jīng)濟熱阻為:
冬季: E2=1.082*2700=2921.4元/( m2•m2•K) / W
夏季: E2=1.229*2700=3318.3元/( m2•m2•K) / W
3、根據(jù)第3.2.4節(jié)分析結(jié)果, 外層采用點式單片透明鋼化玻璃單元式幕墻、內(nèi)層采用LOW-E中空玻璃的整體式雙層熱通道幕墻產(chǎn)品本身經(jīng)濟熱阻為:
冬季: E3=1.104*2300=2539.2元/( m2•m2•K) / W
夏季: E3=1.253*2300=2881.9元/( m2•m2•K) / W
以上數(shù)值表明,整體式雙層節(jié)能幕墻與單元式幕墻的應(yīng)用在上海地區(qū)高層建筑中的經(jīng)濟性差別在20%以內(nèi), 冬季時經(jīng)濟性差別較小,且節(jié)約空間,有很強的推廣應(yīng)用價值。而跨層箱體式雙層幕墻比單元式幕墻經(jīng)濟性差別略大,在30%左右,主要原因是箱體式雙層幕墻多了內(nèi)層鋁龍骨。雖然,氣流在箱體中的流動比較復(fù)雜, 按流體力學(xué)計算軟件對本案箱體式雙層幕墻和整體式雙層幕墻內(nèi)的空氣流動和傳熱情況進行數(shù)值模擬研究是遵循一種理想的氣體流動狀態(tài),因而其驗證結(jié)果是一個近似值,有待進一步進行學(xué)術(shù)試驗研究,但在能源的戰(zhàn)略意義凸現(xiàn)重要的今天,其揭示的利用自然條件節(jié)約能源的經(jīng)濟意義展示了幕墻的今后發(fā)展方向。而且, 雙層節(jié)能幕墻還有以下六點主要間接經(jīng)濟效益:
1）、自然通風(fēng),可提供經(jīng)過濾的新鮮空氣,有益室內(nèi)人員的身體鍵康。
2）、可創(chuàng)造舒適衛(wèi)生的室內(nèi)環(huán)境,對辦公工作效率有一定的提高作用。
3）、外層點式單片透明鋼化玻璃單元式幕墻是一件現(xiàn)代化的科技外衣,具廣告宣傳效應(yīng),有助提高大樓的出租率和租金。
4）、良好的隔音性。
5）、能夠改造和保護舊建筑。
6）、跨層整體式雙層熱通道幕墻墻厚基本同單層單元式幕墻,經(jīng)濟性較為理想。
參考文獻：
1、 《Intelligent Skins》（英）邁克爾•威金頓 (英)祖德•哈里斯著2003年；
2、 《雙層結(jié)構(gòu)幕墻》 龍文志 主編 2003年；
3、 《雙層通風(fēng)幕墻》 趙西安 主編 2001年；
4、 《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》 GB50176-1993；
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