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自然通风工况下双层皮玻璃幕墙的热工性能分析和结构优化

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自然通风工况下双层皮玻璃幕墙的热工性能分析和结构优化

作者：代孟玮重庆大学

学位级别：硕士

双层皮玻璃幕墙是降低建筑能耗的一种有效技术措施,可以达到夏季通风散热,冬季保温隔热的效果,并具有美观、通透和隔声等特点。合理的结构设计是双层皮玻璃幕墙节能优势体现的基础。实际的双层皮玻璃幕墙受到室外气象参数、结构型式等... 详细信息

双层皮玻璃幕墙是降低建筑能耗的一种有效技术措施,可以达到夏季通风散热,冬季保温隔热的效果,并具有美观、通透和隔声等特点。合理的结构设计是双层皮玻璃幕墙节能优势体现的基础。实际的双层皮玻璃幕墙受到室外气象参数、结构型式等多参数的影响,并进一步影响其热性能和运行能耗。因此,对双层皮玻璃幕墙进行系统性能的研究,有助于为实际工程设计提供参考。本文首先针对重庆某双层皮玻璃幕墙实际工程,对夏季自然通风工况下外循环整体式双层皮玻璃幕墙热通道内参数和室外环境气象参数进行测试,获得了其在夏季气象参数下热通道内速度场和温度场的分布以及内外层幕墙的温度分布。分析了双层皮玻璃幕墙热通道内空气温度分布、内外层玻璃幕墙壁面温度大小和差值以及热通道内速度的分布情况和变化规律。验证了夏季双层皮玻璃幕墙的烟囱效应和隔热缓冲的作用,提出该实际工程设计的不合理之处。然后以该实际工程为基础,利用Fluent软件建立了CFD数值模型。对双层皮玻璃幕墙系统的温度和速度分布进行模拟计算,并与实际测试数据进行对比,其误差在±5%左右,确定了CFD模拟方法可以运用于自然通风工况下双层皮玻璃幕墙热工性能的研究。以该建筑构造模型为基础,改变模型中双层皮玻璃幕墙的热通道宽度、底部进风口尺寸高度和采用不同通风路径的幕墙类型,分析其参数变化对双层皮玻璃幕墙热工性能的影响,获得了该模型条件下结构优化方案。夏季工况下热通道宽度在200mm～900mm时,内层幕墙的温度随热通道宽度增大而明显升高。热通道宽度在900mm～2400mm时,内层幕墙的温度与热通道宽度的相关性不明显。热通道内的平均速度(通风量)与温度变化规律高度耦合,与热压通风原理吻合。从内层幕墙温度以及热通道中通风流量综合判断,该建筑结构的双层皮玻璃幕墙宽度为200mm时,运行性能最优;进风口尺寸高度在100mm～700mm范围时,适当增加进风口高度有利于热通道内气流组织分布,降低内层幕墙温度;在整体式、竖井式、廊道式和箱体式四种类型的双层皮玻璃幕墙中,箱体式热工性能最好。最后利用EnergyPlus能耗模拟软件模拟了分别采用普通单层幕墙、当前该工程采用的整体式双层皮玻璃幕墙、结构优化后的整体式双层皮玻璃幕墙和结构优化后的箱体式双层皮玻璃幕墙的建筑空调能耗。对比四者的空调能耗情况,研究双层皮玻璃幕墙的结构优化效果。通过能耗模拟结果可以看出双层皮玻璃幕墙相比于普通单层幕墙的能耗有显著的降低。当前工程项目使用的双层皮玻璃幕墙相对于普通单层幕墙节能率为21%;结构优化后的整体式双层皮玻璃幕墙节能率为24%;最优结构方案的箱体式双层皮玻璃幕墙节能率达到31%。项目成果可为双层皮玻璃幕墙的结构选择以及结构优化提供和参考。

关键词：双层皮玻璃幕墙热性能结构优化节能率

夏季工况双层皮玻璃幕墙综合传热系数计算模型

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同济大学学报(自然科学版) 2009年第10期37卷 1403-1408页

作者：刘猛龙惟定同济大学暖通空调及燃气研究所同济大学中德工程学院

选取适用于夏热冬冷地区的箱体式双层皮玻璃幕墙作为研究对象,建立物理模型.分析该形式幕墙的传热机理,建立能量平衡方程,并给出方程中玻璃和遮阳装置总吸收率以及等效辐射换热系数的计算公式.采用CFD(computational fluid dynamics)方... 详细信息

选取适用于夏热冬冷地区的箱体式双层皮玻璃幕墙作为研究对象,建立物理模型.分析该形式幕墙的传热机理,建立能量平衡方程,并给出方程中玻璃和遮阳装置总吸收率以及等效辐射换热系数的计算公式.采用CFD(computational fluid dynamics)方法确定了通风腔中的平均气流速度.结合传热机理,分析了其热阻的构成,给出了总热阻的计算方法,最后求得综合传热系数.

关键词：双层皮玻璃幕墙综合传热系数通风腔能量平衡方程

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双层皮玻璃幕墙建筑的能耗分析和优化设计

暖通空调 2006年第11期36卷 58-63页

作者：蒋骞龙惟定上海建筑设计研究院有限公司同济大学

介绍了双层皮玻璃幕墙的研究背景及构造。从理论上分析了气流排热、壁面对流及太阳辐射等因素对建筑能耗的影响。应用EnergyPlus分析了通风腔风速、遮阳策略、朝向和结构参数对建筑能耗的影响。

关键词：双层皮玻璃幕墙能耗气流量传热影响因素

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双层皮玻璃幕墙节能研究综述及探讨

暖通空调 2006年第2期36卷 25-29页

作者：刘晶晶张志勤李建玲秦佑国清华大学奥雅纳工程顾问公司北京分公司北京市科委软科学处

从传热机理研究、与建筑运行模式结合的研究以及全寿命周期分析三方面总结和分析了当前国内外双层皮玻璃幕墙热工性能研究的方法和成果,认为应将双层皮玻璃幕墙的设计纳入建筑设计的全过程,在不同的阶段采用不同的设计方法和工具,以便... 详细信息

从传热机理研究、与建筑运行模式结合的研究以及全寿命周期分析三方面总结和分析了当前国内外双层皮玻璃幕墙热工性能研究的方法和成果,认为应将双层皮玻璃幕墙的设计纳入建筑设计的全过程,在不同的阶段采用不同的设计方法和工具,以便得到性能优良的双层皮玻璃幕墙。

关键词：双层皮玻璃幕墙节能幕墙设计自然通风

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双层皮玻璃幕墙适用性及简化计算研究

双层皮玻璃幕墙适用性及简化计算研究

作者：郭猛湖南大学

学位级别：硕士

社会对建筑有着美观性、舒适性、节能性等多重需求,因此双层皮玻璃幕墙成为了越来越受关注的新型建筑围护结构。但是建筑师和工程技术人员对双层皮玻璃幕墙的热性能没有足够的了解。所以,必须开发出完整的动态计算方法或简化计算方法。... 详细信息

社会对建筑有着美观性、舒适性、节能性等多重需求,因此双层皮玻璃幕墙成为了越来越受关注的新型建筑围护结构。但是建筑师和工程技术人员对双层皮玻璃幕墙的热性能没有足够的了解。所以,必须开发出完整的动态计算方法或简化计算方法。能够方便使用,又能节省计算时间且能满足工程应用的精度。既能评价其热工性能,也能评价其能耗性能。且可以将开发的计算程序进行二次开发,使开发的计算程序模块可以与现有的能耗计算平台耦合计算。本文采用区域方法,结合直散分离的光学模型,完成了双层皮幕墙的动态模拟,并开发了计算程序。研究了双层皮幕墙在中国各个气候区的气候适用性。将影响双层皮幕墙的参数进行了区域划分,提出了计算双层皮幕墙热性能的简化方法。将开发的双层皮幕墙计算程序模块与能耗计算平台De ST进行了耦合开发,并完成了联合计算。根据相关的辐射角度和双层皮幕墙接收到的直射辐射和散射辐射计算方法,开发了双层皮幕墙的辐射计算模型。将墙体接收到的辐射分为直射辐射和散射辐射进行处理,采用净辐射方法开发出了多层玻璃的辐射计算模型。此外,结合遮阳百叶可以反射直射辐射,也能将直射辐射散射的性质,开发出了遮阳百叶的辐射计算模型。采用区域热平衡方法建立能量守恒方程,使用气流网络法和伯努利方程建立了空腔气流模型。结合辐射计算模型,建立了外双层有百叶外通风双层皮幕墙的计算模型。选取中国五个气候区的典型城市,以各个典型城市夏天和冬天的负荷计算日的典型年气象参数作为输入条件,计算出各种结构和运行方式的双层皮幕墙的得热量、外百叶双层中空玻璃幕墙的得热量,将计算结果进行对比。通过对比得出了各个气候区各个朝向最适合使用的双层皮幕墙的结构和运行方式,并将最优性能的双层皮幕墙热性能与外百叶双层中空玻璃幕墙热性能进行对比分析。虽然本文建立的双层皮幕墙热性能模拟计算模型比较简单,但如果没有利用此模型开发的计算软件,工程人员在工程应用中进行计算依然很困难。为了便于工程技术人员和研究人员计算分析双层皮幕墙热性能,本文以内双层有百叶外通风的双层皮幕墙为例,通过开发的计算程序找到影响双层皮幕墙热性能的参数,然后将影响双层皮幕墙热性能的参数分区段模拟计算,绘制成参数性能表,给出插值计算双层皮幕墙热性能的简化计算方法。分别以长沙市和上海市典型年份7月21日气象参数作为输入条件,采用动态模拟算法和简化计算方法分别计算内双层有百叶外通风的双层皮幕墙的辐射得热和对流得热,并将计算结果进行对比。结果表明:两种方法的计算结果较为接近,辐射得热最大相对误差不超过0.5%,对流得热量最大相对误差不超过3%,满足工程精度要求,可以应用到实际工程。将本文独立开发的双层皮幕墙计算模块程序进行了功能性验证、理论验证、代码静态检测和代码动态检测,并完成了独立开发的双层皮幕墙计算程序模块与De ST能耗计算平台耦合的接口设计。将开发的双层皮幕墙计算模块dsf FMU进行了独立调试和与De ST能耗计算平台的联合调试,通过独立调试计算结果和联合调试的计算结果对比验证了接口设计正确性。将以时间步长为1小时和时间步长为15分钟的联合调试计算结果进行对比,验证了dsf FMU和De ST能耗计算平台小步长联合运行时的正确性。通过De ST能耗平台设计了一个位于北京单体房间的联合计算案例和一个位于北京的三层别墅的计算案例,并计算出目标房间的室内温度,室内负荷等结果。

关键词：双层皮玻璃幕墙太阳辐射改进的区域模型动态模拟气候区简化计算方法能耗计算平台

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双层皮玻璃幕墙通风性能研究

双层皮玻璃幕墙通风性能研究

作者：钱发重庆大学

学位级别：硕士

能源危机的爆发及建筑高能耗为传统玻璃幕墙的使用带来了空前的压力,然而双层皮玻璃幕墙(Double Skin Fa?ade,简称DSF)的出现为建筑师们提供了另外一种选择,其优越的美学性能、隔声性能和采光性能使其深受建筑设计师们的喜爱。另外一个... 详细信息

能源危机的爆发及建筑高能耗为传统玻璃幕墙的使用带来了空前的压力,然而双层皮玻璃幕墙(Double Skin Fa?ade,简称DSF)的出现为建筑师们提供了另外一种选择,其优越的美学性能、隔声性能和采光性能使其深受建筑设计师们的喜爱。另外一个方面,与传统玻璃幕墙及其他围护结构相比,DSF的使用增强了围护结构对气候变化的适应性,同时改变了建筑自然通风的利用策略及建筑室内热环境等。本文从DSF通风性能角度,分别对1)DSF与房间之间未设置风口,2)DSF与房间之间设置风口两种情况:DSF内及与其相连房间内通风情况、室内热环境、空气品质、空调能耗进行了深入的分析和探讨。本文首先运用理论分析方法,通过建立经验计算公式,深入研究分析了热压和风压作用下DSF自然通风的作用原理,建立热压作用下自然通风量和风压作用下DSF外表皮压力经验计算公式。然后,以重庆某新建DSF建筑作为工程案例,分别在冬季(2月)和夏季(7月)对其DSF内通风情况、温度及室内热环境进行现场测试,分析测试结果,发现该工程案例DSF设计合理及不合理的地方。最后,运用动态流体模拟软件(CFD)Airpark,以该工程案例为载体,选取7月25日为代表日,从DSF内及室内通风情况、室内空气品质的角度,对其进行模拟研究,根据研究结果提出了DSF设置措施;运用能耗模拟软件EnergyPlus,以该工程案例为载体,选取7月25日为代表日,从室内空调能耗角度,对其进行模拟研究;利用能耗模拟软件EnergyPlus烟囱效应模块,当DSF与房间设置风口时,深入研究分析了风口尺寸对空调能耗的影响。 DSF内通风性能受到室外风向分布、室外风速、DSF风口设置及DSF朝向的影响。根据重庆气象特征,针对通风性能而言,西北向为DSF设置的最佳朝向。DSF在夏季降低室内温度及控制室内温度作用明显,夏季室外温度达到37℃时,室内内热源较小的情况下,DSF可调控室内温度到30℃以下,且室内温度集中在25℃0℃,并未随室外温度的变化而变化。提高DSF内风速不仅可以迅速移走DSF内得热量,同时还能增加DSF太阳辐射得热量,减少与其相连房间太阳辐射得热量。当DSF与房间设置风口时,DSF及室内通风情况和室内空气品质受DSF开口设置影响较大,且DSF烟囱效应和建筑空调能耗都受到该风口尺寸的影响。

关键词：双层皮玻璃幕墙通风室内空气品质烟囱效应空调能耗

夏热冬冷地区机械通风双层皮玻璃幕墙动态模拟及实验研究

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建筑科学 2018年第10期34卷 82-90页

作者：郭猛陈友明陈桦王衍金湖南大学湖南长沙410082 华东交通大学江西南昌330013

本文基于区域方法和气流网络模型,结合双层皮玻璃幕墙机械通风的特点,综合考虑了通风空腔内热压、风压和横向交叉气流的作用,建立了机械通风双层皮玻璃幕墙的模型。搭建了机械通风双层皮玻璃幕墙试验台对模型进行验证。采用试验期间的... 详细信息

本文基于区域方法和气流网络模型,结合双层皮玻璃幕墙机械通风的特点,综合考虑了通风空腔内热压、风压和横向交叉气流的作用,建立了机械通风双层皮玻璃幕墙的模型。搭建了机械通风双层皮玻璃幕墙试验台对模型进行验证。采用试验期间的太阳辐射值和室内外的温度作为模型的输入值,将模拟的各层温度值与实验值进行对比。结果显示,各层温度的实验值与模拟值的最大偏差均在2.6℃以内,内侧玻璃温度的实验值与模拟值的偏差在1℃以内。总体来讲,模拟值与实验值较为吻合,计算速度较快,可用于能耗模拟。分析了机械通风双层皮玻璃幕墙的通风量和百叶角度对内侧玻璃温度和得热量的影响,结果表明,通过增加通风量和百叶角度可以有效的降低内侧玻璃的温度和得热量。

关键词：机械通风双层皮玻璃幕墙气流流动对流换热温度

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