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[论文] 内循环双层幕墙节能设计前沿

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发表于 2016-6-22 00:06:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
【作  者】:谢海状

【摘  要】:本文通过介绍两种内循环双层幕墙节能设计原理,阐述建筑幕墙要在建筑节能方面发挥更大作用,幕墙设计就不能仅限于幕墙结构和材料本身,而要把建筑幕墙设计融人到建筑总体设计中,对建筑进行建筑节能综合设计。

【关键词】:内循环;双层幕墙;节能;建筑节能综合设计

       1. 引言
       随着我国建筑幕墙行业的发展,各种新型建筑幕墙形式得到广泛应用。低碳经济、节能政策的相继出台,给建筑幕墙的高效节能设计提出了新的课题。双层幕墙的出现,曾一度给行业带来期待;一些开发商、建筑设计院、幕墙公司追赶潮流,相继建成了一些工程,但节能效果多数不如意。那么到底是什么原因导致这样的结果呢?内循环双层幕墙到底是否真的节能呢?

       2. 内循环双层幕墙不一定节能
       双层幕墙有不同的工作原理,不同种类双层幕墙功能也有很大差别。双层幕墙通常除了具有改善建筑立面、改善室内环境、增加舒适度、遮阳及光线调节、提高隔声效果、辅助通风换气外,是否一定节能不能一概而论。不是所有的双层幕墙都具有节能功能。是否具有节能功能和是否节能是两件事。是否具有节能功能一般通过看双层幕墙的工作原理就可以判断,但具体节能数据指标则要通过热工模拟计算、试验测试或其它方法近似确定。
       内循环双层幕墙分类方法很多,这里不赘述。从是否具有节能功能的专业角度来说,内循环双层幕墙应分为直排式内循环幕墙和交换式内循环幕墙两大类。图一是直排式内循环幕墙工作原理示意图。图二是交换式内循环幕墙工作原理示意图。直排式内循环双层幕墙工作原理是室内气体经图示线路从双层幕墙进气口(下口)进人双层内腔,从幕墙上面出口进人排风管道排出建筑外部。排风动力装置通常采用专用的轴流风机或其它满足设计要求的排风机。内循环双层幕墙靠自然通风往往效果不佳。室内需要的新风通过建筑立面上专门设计的进风口、建筑内管道、风机、室内风口进人室内,实现空气的通风换气。

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       图一

       交换式内循环双层幕墙设计原理是将内循环双层幕墙空气循环系统与全热交换新风换气机组设计在一起。工作原理是:室外新风和空调房间流经双层幕墙内腔、风管道的排风在进、出房间前先进人全热交换新风换气机组,使新风和排风进行全热交换,借助排风的能量对新风进行预先处理,在夏季和冬季可以使新风获得降温减湿或增温加湿处理,从而进行能量回收,既保证了室内空气的清新疏通,改善了我们的室内环境,又使能量得到了有效回收,从而节约了能源。
       上述两类幕墙的原理不同,功能也有本质差异。下面分别以冬季寒冷、夏季炎热的环境为例,介绍直排式和交换式两种内循环双层幕墙在冬季、夏季两个主要耗能季节在节能方面的差别。

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       图二

       1.直排式内循环双层幕墙在夏季室外炎热高温时,室内要达到舒适的温度环境,通常采用空调制冷降温,如图三。按直排式内循环双层幕墙的空气循环路线可以看到,室内被空调降温的空气在排出室外的过程中带走了空调的制冷能量。夏季室外高温空气作为新风进人室内时不得不增加空调的负荷,所以直排式内循环双层幕墙在夏季与其它选用相同玻璃配置的幕墙在传热系数方面相比不但没有优势,它还增加了空调的负荷,所以从传热角度来说没有道理说它节能。但从遮阳的角度考虑,双层幕墙由于设置了遮阳帘系统,所以通过遮阳起到一定的节能作用。

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       图三

       2.直排式内循环双层幕墙在冬季室外寒冷低温时,室内要达到温暖的温度环境,通常采用暖气或空调制热升温。按直排式内循环双层幕墙的空气循环路线可以看到,室内温暖的空气在排出室外的过程中带走了室内的热量。冬季室外太阳射进双层中间腔的部分热量也随空气排出室外。作为低温新风进人室内时不得不增加空调制热或暖气的负荷,所以直排式双层幕墙在冬季通风状态下与其它选用相同玻璃配置的幕墙也节能优势,所以也没有什么道理说它节能。但是在冬季不通风状态下,由于双层幕墙中间的空气腔的存在,对幕墙系统的综合传热系数一定提高。

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       图四

       3.交换式内循环双层幕墙夏季炎热时工作原理是室内气体经图示线路从双层幕墙进气口(下口)进入双层内腔,经内腔后从幕墙上面出口经管道进入热交换机组,此时室内与经外部进气口进入热交换机组的新风进行能量交换后,出去的风经排风管道排出建筑外部,进入室内的新风通过建筑内管道、室内顶棚的风口进入室内。在这个热交换过程中,当夏季室外炎热高温时,室内被排出去的温度较低(与室外比)的空气在经过热交换器的时候,与进风口进来的高温新风进行热交换,把高温新风的热量带走,这样进人室内的新风的温度就降下来了。减少了夏季室内空调制冷的负荷。同时从遮阳的角度考虑,双层幕墙由于设置了遮阳帘系统,所以通过遮阳也能起到一定的节能作用。

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       图五

       4.交换式内循环双层幕墙冬季寒冷时工作原理是室内气体经图示线路从双层幕墙进气口(下口)进人,经双层幕墙中间腔从幕墙上面出口经管道进入热交换机组,此时室内被排出的热空气与经外部进气口进入热交换机组的低温新风进行能量交换。在这个热交换过程中,室内被排出去的室温空气(比室外空气温度高)在经过热交换器的时候,把热量传给进来的低温新风,这样进入室内的新风的温度就升上来了。减少了冬季室内暖气或空调制热的负荷。

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       图六

       从传统建筑幕墙节能角度讲,幕墙节能设计主要通过系统的传热系数和遮阳系数来实现。不同地区、不同的自然环境应选择不同的幕墙结构系统,因地制宜。直排式内循环双层幕墙适合在夏季不需制冷、冬季不需采暖的四季温差不大的地区采用;而在冬季严寒、夏季炎热的地区采用就不节能。相反,交换式内循环双层幕墙在冬季严寒、夏季炎热地区使用时节能效果会更好。
       综上所述,直排式内循环双层幕墙的设计只考虑了幕墙本身。交换式内循环双层幕墙设计构思的突破之处在于除了考虑双层幕墙系统本身的结构设计和材料选配外,还与建筑新风系统的设计融为一体,使幕墙在与建筑深度融合的过程中,不再只是简单的外皮,大大提高了建筑幕墙的使用功能。建筑幕墙要在建筑节能方面发挥更大作用,幕墙设计就不能仅限于幕墙结构和材料本身,而要把建筑幕墙设计融人到建筑总体设计中,对建筑进行建筑节能综合设计。

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