雙層幕墻遮陽性能模擬計算初探

Doors& 上海建科檢驗有限公摘要本文探討了如何運用WINDOW等軟件進行雙層幕墻遮陽性能的簡化模擬計算，并與實測數(shù)據(jù)進行了對比分析。關(guān)鍵詞雙層幕墻；遮陽；模擬計算Abstract:ThepaperdiscusseshowtosimulatetheshadeperformanceofdoublefacadeusingWINDOWetc.,andcompareswiththeactualmeasurementresults.就我國目前典型的建筑圍護結(jié)構(gòu)部件而言，透明幕墻及門窗的能耗約為屋面的3倍～4倍，約占建筑圍護部件總能耗的40%～50%。因此合理地應(yīng)用遮陽來減少外界對室內(nèi)能耗的影響就越來越受到重視，特別是在夏熱冬冷地區(qū)，建筑遮陽技術(shù)已逐漸成為節(jié)能工作的重點。相關(guān)部門正在開展建筑遮陽技術(shù)的推廣工作，JG/T281—2010《建筑遮陽產(chǎn)品隔熱性能試驗方法》也為普通遮陽系統(tǒng)的遮陽性能檢測提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。而雙層幕墻作為一個較新的幕墻產(chǎn)品，對其傳熱、遮陽、通風(fēng)性能的實驗及評估技術(shù)研究較少，特別是對遮陽系

雙層換氣幕墻在設(shè)計中，其遮陽系統(tǒng)一般均采用可調(diào)節(jié)的活動遮陽，安裝在通風(fēng)道中，兼顧外遮陽和內(nèi)遮陽的優(yōu)點，直接將太陽能阻隔在內(nèi)側(cè)玻璃之外，通過通風(fēng)換氣將通道內(nèi)集聚的熱量帶走，同時又不用承受風(fēng)雨荷載和紫外線損傷。具體產(chǎn)品有百葉、卷簾等。 幕墻的遮陽系數(shù)是指在給定條件下，幕墻的太陽能總透射比與相同條件下相同面積的標(biāo)準(zhǔn)玻璃（3mm厚透明玻璃）的太陽能總透射比的比值。幕墻的遮陽系數(shù)SC應(yīng)采用公式（1）計算：統(tǒng)的性能研究這兩年剛起步，還存在許多需要探討、研究的地方。本文探討了如何進行雙層幕墻建模和邊界條件設(shè)定，然后組合使用LawrenceBerkeleyLaboratory的THERM 式中

SC=

OPTIC、WINDOW軟件來比較準(zhǔn)確地進行雙層幕墻遮陽性能的模擬計算，并與雙層幕墻遮陽性能的實測數(shù)據(jù)進行了對比研

SC—幕墻的遮陽系數(shù)；gt—幕墻的太陽能總透射比。公式（1）中幕墻的太陽能總透射比gt應(yīng)采用公式（2）計算：建筑遮陽在設(shè)計中，由于采用不同的材質(zhì)、不同支撐形式以及不同的層間距和不同的內(nèi)部遮陽系統(tǒng)及構(gòu)造方式，從而造就了品種繁多，適應(yīng)不同建筑類型、不同環(huán)境品質(zhì)要求

式中

gt=∑ggAg+∑gf

的產(chǎn)品體系。不同類型的多層玻璃幕墻在建筑通風(fēng)和節(jié)能能力上有著顯著區(qū)別?；诠δ芘c結(jié)構(gòu)方式的不同、體系和技術(shù)定義的不同，遮陽系統(tǒng)有多種劃分原則。從雙層幕墻的主要功能出發(fā)，可以用以下相互獨立的三個標(biāo)準(zhǔn)來分類：—材質(zhì)—調(diào)節(jié)方式——安裝位置。

gt—幕墻的太陽能總透射比；Ag—玻璃（或者其它鑲嵌板）面積，Af—框面積，gg—玻璃區(qū)域（或者其它鑲嵌板）太陽能總透射比；gf—幕墻太陽能總透射比；At—幕墻面積，m2。幕墻門窗系統(tǒng)的遮陽性能是構(gòu)件的光學(xué)性能、傳熱性Doors&能、幾何形狀和位置的函數(shù)，對于普通門窗幕墻的遮陽系數(shù)，我們可采用awrenceBerkeleyabratry的RM、OPTIC、WINDOW等軟件組合使用來進行模擬計算。但在處理包含遮陽系統(tǒng)的雙層幕墻時還存在以下幾個待解決的難題。由于雙層幕墻板塊的型材節(jié)點是同時與內(nèi)外兩塊玻璃連接的，使用二維的模擬計算軟件，存在節(jié)點如何斷開、從何處斷開的問題；雙層幕墻的內(nèi)幕墻往往不是全玻的構(gòu)造，有時會采用部分非透明保溫措施，這種內(nèi)外兩層玻璃幕墻的非對稱布置，給模擬計算帶來了困難；雙層幕墻板塊中間通道的百葉系統(tǒng)對遮陽性能的影響；由于遮陽系數(shù)與各個表面的反射率等密切相關(guān)，所以簡化問題時要考慮到不能簡化與此相關(guān)的參數(shù)與細(xì)節(jié)。雙層幕墻通道內(nèi)遮陽的熱光交互作用與玻璃和薄膜相似，可認(rèn)為是兩層空腔中的一個夾層，這個夾層既可和別的部件及環(huán)境以對流、傳導(dǎo)及熱輻射的方式進行熱交換，同時也可吸收、反射和傳遞太陽輻射。因此可將雙層幕墻通道內(nèi)遮陽模擬為與玻璃或薄膜相似的一維平面，計算處理時，尤其是計算光學(xué)性能時，可將二維或三維的特性簡化為一維模型。因此針對上述問題a)，可將型材與玻璃邊緣區(qū)域劃分為一個區(qū)域類型，利用THERM進行模擬計算，雙層幕墻可視區(qū)域的中心區(qū)域假想為“超厚中空玻璃”；針對問題b)，利用THERM模擬計算邊框時，將非透明保溫材料插入邊框槽口進行計算；針對問題c)，利用WINDOW的最新功能，在構(gòu)造玻璃時，增加遮陽層；針對問題d)，應(yīng)根據(jù)玻璃和材料的表面輻射特性設(shè)置模擬計算邊界條件。

要解決本文提出的第一個問題首先得仔細(xì)分析實際樣品與節(jié)點圖紙從而找到恰當(dāng)?shù)姆纸恻c。我們以某工程雙層幕墻板塊為例其外側(cè)的雙層中空玻璃具有高性能的太陽反射鍍層和LowE鍍層；內(nèi)側(cè)單層玻璃背板是可開啟式的方便清洗；雙層玻璃和背板之間的空間內(nèi)裝有百葉；空腔利用來自鄰近辦公室空間的排氣來進行內(nèi)部通風(fēng)無開啟扇。其板塊大樣圖見圖1，板塊樣品寬度：1868mm（一個單元板塊），高度4000mm(一個單元板塊)，高度包含一個層高。玻璃最大分割尺寸為1868mm(寬)×4000mm(高)，外側(cè)玻璃構(gòu)造尺寸為6mm1.52夾膠+6mm16A8mm，內(nèi)側(cè)玻璃構(gòu)造尺寸為6mm+1.52夾膠+6mm，玻璃品種及性能指標(biāo)見表1。運用THERM、OPTIC、WINDOW來模擬計算當(dāng)百葉完全放下且關(guān)閉狀態(tài)時，無通風(fēng)模式下雙層幕墻的遮陽系數(shù)。表1玻璃光學(xué)性能參數(shù)太陽得遮陽熱系數(shù)系數(shù)887建模時，雙層幕墻可分為三個不同的節(jié)點：下節(jié)點、側(cè)邊節(jié)點與上節(jié)點。圖2為雙層幕墻下節(jié)點，左側(cè)為外幕墻、右上為內(nèi)幕墻，中間區(qū)域為通風(fēng)區(qū)，可以注意到外幕墻（左側(cè)）的玻璃與內(nèi)幕墻（右側(cè)）的玻璃安裝的高度完全不同，同時在幕墻中間（箭頭所指處）有可動的百頁結(jié)構(gòu)?？紤]到百葉使用后的最簡單情況即百葉完全關(guān)閉（90°）的情形，我們采用WINDOW6模擬計算，見圖3。由于遮陽系數(shù)計算需要將內(nèi)外幕墻整體考慮我們在不考慮傳熱系數(shù)影響的情況下設(shè)計了一塊“超厚中空玻璃”，其中包括遮陽百葉，采用WINDOW計算出其gt為0.134。經(jīng)過分析，我們選擇了將雙層幕墻沿玻璃中心區(qū)域進行水平切割的方式來進行模擬。如圖4，我們以下節(jié)點為例沿圖中粗線分割節(jié)點。對粗線以上部分我們直接使用“對粗線以上部分我們直接使用“超厚中空玻璃”來模擬，而對于粗線以下部分，我們采用直接模擬計算的方式，但是由于粗線下也存在玻璃（圖4粗線矩形區(qū)域），所以我們考慮在此處直接繪制屬性為玻璃的材料來建模進行模擬計算（見圖5）值得注意的是特別標(biāo)注的箭頭指向的邊界處，此處玻璃材料必須和雙層幕墻外側(cè)幕墻的玻璃材料一致，避免產(chǎn)生誤差。同理對其他各節(jié)點進行處理與計算后（見圖6），上部節(jié)點根據(jù)非透明保溫板實際尺寸進行建模計算。最后我們將“超厚中空玻璃”、三個不同節(jié)點的計算結(jié)果代入WINDOW進行綜合計算，得到該雙層幕墻的

Doors&a)當(dāng)對雙層幕墻模型進行合理切割后，組合使用（7），SC=11.9，該雙層幕墻試樣SC的實測值為11.1%a)當(dāng)對雙層幕墻模型進行合理切割后，組合使用6軟件可用于雙層幕墻的遮陽系數(shù)模擬計算，和實測值的偏差在可接受范圍