雙層幕墻遮陽(yáng)性能模擬計(jì)算初探

Doors& 上海建科檢驗(yàn)有限公摘要本文探討了如何運(yùn)用WINDOW等軟件進(jìn)行雙層幕墻遮陽(yáng)性能的簡(jiǎn)化模擬計(jì)算，并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。關(guān)鍵詞雙層幕墻；遮陽(yáng)；模擬計(jì)算Abstract:ThepaperdiscusseshowtosimulatetheshadeperformanceofdoublefacadeusingWINDOWetc.,andcompareswiththeactualmeasurementresults.就我國(guó)目前典型的建筑圍護(hù)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(hù)部件總能耗的40%～50%。因此合理地應(yīng)用遮陽(yáng)來(lái)減少外界對(duì)室內(nèi)能耗的影響就越來(lái)越受到重視，特別是在夏熱冬冷地區(qū)，建筑遮陽(yáng)技術(shù)已逐漸成為節(jié)能工作的重點(diǎn)。相關(guān)部門正在開展建筑遮陽(yáng)技術(shù)的推廣工作，JG/T281—2010《建筑遮陽(yáng)產(chǎn)品隔熱性能試驗(yàn)方法》也為普通遮陽(yáng)系統(tǒng)的遮陽(yáng)性能檢測(cè)提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。而雙層幕墻作為一個(gè)較新的幕墻產(chǎn)品，對(duì)其傳熱、遮陽(yáng)、通風(fēng)性能的實(shí)驗(yàn)及評(píng)估技術(shù)研究較少，特別是對(duì)遮陽(yáng)系

雙層換氣幕墻在設(shè)計(jì)中，其遮陽(yáng)系統(tǒng)一般均采用可調(diào)節(jié)的活動(dòng)遮陽(yáng)，安裝在通風(fēng)道中，兼顧外遮陽(yáng)和內(nèi)遮陽(yáng)的優(yōu)點(diǎn)，直接將太陽(yáng)能阻隔在內(nèi)側(cè)玻璃之外，通過(guò)通風(fēng)換氣將通道內(nèi)集聚的熱量帶走，同時(shí)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(yáng)系數(shù)是指在給定條件下，幕墻的太陽(yáng)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(yáng)能總透射比的比值。幕墻的遮陽(yáng)系數(shù)SC應(yīng)采用公式（1）計(jì)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(jìn)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(lái)比較準(zhǔn)確地進(jìn)行雙層幕墻遮陽(yáng)性能的模擬計(jì)算，并與雙層幕墻遮陽(yáng)性能的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比研

SC—幕墻的遮陽(yáng)系數(shù)；gt—幕墻的太陽(yáng)能總透射比。公式（1）中幕墻的太陽(yáng)能總透射比gt應(yīng)采用公式（2）計(jì)算：建筑遮陽(yáng)在設(shè)計(jì)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(yáng)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(yáng)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(dú)立的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分類：—材質(zhì)—調(diào)節(jié)方式——安裝位置。

gt—幕墻的太陽(yáng)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(yáng)能總透射比；gf—幕墻太陽(yáng)能總透射比；At—幕墻面積，m2。幕墻門窗系統(tǒng)的遮陽(yáng)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(duì)于普通門窗幕墻的遮陽(yáng)系數(shù)，我們可采用awrenceBerkeleyabratry的RM、OPTIC、WINDOW等軟件組合使用來(lái)進(jìn)行模擬計(jì)算。但在處理包含遮陽(yáng)系統(tǒng)的雙層幕墻時(shí)還存在以下幾個(gè)待解決的難題。由于雙層幕墻板塊的型材節(jié)點(diǎn)是同時(shí)與內(nèi)外兩塊玻璃連接的，使用二維的模擬計(jì)算軟件，存在節(jié)點(diǎn)如何斷開、從何處斷開的問(wèn)題；雙層幕墻的內(nèi)幕墻往往不是全玻的構(gòu)造，有時(shí)會(huì)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(duì)稱布置，給模擬計(jì)算帶來(lái)了困難；雙層幕墻板塊中間通道的百葉系統(tǒng)對(duì)遮陽(yáng)性能的影響；由于遮陽(yáng)系數(shù)與各個(gè)表面的反射率等密切相關(guān)，所以簡(jiǎn)化問(wèn)題時(shí)要考慮到不能簡(jiǎn)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(yáng)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(gè)夾層，這個(gè)夾層既可和別的部件及環(huán)境以對(duì)流、傳導(dǎo)及熱輻射的方式進(jìn)行熱交換，同時(shí)也可吸收、反射和傳遞太陽(yáng)輻射。因此可將雙層幕墻通道內(nèi)遮陽(yáng)模擬為與玻璃或薄膜相似的一維平面，計(jì)算處理時(shí)，尤其是計(jì)算光學(xué)性能時(shí)，可將二維或三維的特性簡(jiǎn)化為一維模型。因此針對(duì)上述問(wèn)題a)，可將型材與玻璃邊緣區(qū)域劃分為一個(gè)區(qū)域類型，利用THERM進(jìn)行模擬計(jì)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(duì)問(wèn)題b)，利用THERM模擬計(jì)算邊框時(shí)，將非透明保溫材料插入邊框槽口進(jìn)行計(jì)算；針對(duì)問(wèn)題c)，利用WINDOW的最新功能，在構(gòu)造玻璃時(shí)，增加遮陽(yáng)層；針對(duì)問(wèn)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(jì)算邊界條件。

要解決本文提出的第一個(gè)問(wèn)題首先得仔細(xì)分析實(shí)際樣品與節(jié)點(diǎn)圖紙從而找到恰當(dāng)?shù)姆纸恻c(diǎn)。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(yáng)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(lái)自鄰近辦公室空間的排氣來(lái)進(jìn)行內(nèi)部通風(fēng)無(wú)開啟扇。其板塊大樣圖見(jiàn)圖1，板塊樣品寬度：1868mm（一個(gè)單元板塊），高度4000mm(一個(gè)單元板塊)，高度包含一個(gè)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(jiàn)表1。運(yùn)用THERM、OPTIC、WINDOW來(lái)模擬計(jì)算當(dāng)百葉完全放下且關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，無(wú)通風(fēng)模式下雙層幕墻的遮陽(yáng)系數(shù)。表1玻璃光學(xué)性能參數(shù)太陽(yáng)得遮陽(yáng)熱系數(shù)系數(shù)887建模時(shí)，雙層幕墻可分為三個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)：下節(jié)點(diǎn)、側(cè)邊節(jié)點(diǎn)與上節(jié)點(diǎn)。圖2為雙層幕墻下節(jié)點(diǎn)，左側(cè)為外幕墻、右上為內(nèi)幕墻，中間區(qū)域?yàn)橥L(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(shí)在幕墻中間（箭頭所指處）有可動(dòng)的百頁(yè)結(jié)構(gòu)?？紤]到百葉使用后的最簡(jiǎn)單情況即百葉完全關(guān)閉（90°）的情形，我們采用WINDOW6模擬計(jì)算，見(jiàn)圖3。由于遮陽(yáng)系數(shù)計(jì)算需要將內(nèi)外幕墻整體考慮我們?cè)诓豢紤]傳熱系數(shù)影響的情況下設(shè)計(jì)了一塊“超厚中空玻璃”，其中包括遮陽(yáng)百葉，采用WINDOW計(jì)算出其gt為0.134。經(jīng)過(guò)分析，我們選擇了將雙層幕墻沿玻璃中心區(qū)域進(jìn)行水平切割的方式來(lái)進(jìn)行模擬。如圖4，我們以下節(jié)點(diǎn)為例沿圖中粗線分割節(jié)點(diǎn)。對(duì)粗線以上部分我們直接使用“對(duì)粗線以上部分我們直接使用“超厚中空玻璃”來(lái)模擬，而對(duì)于粗線以下部分，我們采用直接模擬計(jì)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(lái)建模進(jìn)行模擬計(jì)算（見(jiàn)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(duì)其他各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理與計(jì)算后（見(jiàn)圖6），上部節(jié)點(diǎn)根據(jù)非透明保溫板實(shí)際尺寸進(jìn)行建模計(jì)算。最后我們將“超厚中空玻璃”、三個(gè)不同節(jié)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果代入WINDOW進(jìn)行綜合計(jì)算，得到該雙層幕墻的

Doors&a)當(dāng)對(duì)雙層幕墻模型進(jìn)行合理切割后，組合使用（7），SC=11.9，該雙層幕墻試樣SC的實(shí)測(cè)值為11.1%a)當(dāng)對(duì)雙層幕墻模型進(jìn)行合理切割后，組合使用6軟件可用于雙層幕墻的遮陽(yáng)系數(shù)模擬計(jì)算，和實(shí)測(cè)值的偏差在可接受范圍