一、序言
　　建筑節(jié)能與環(huán)保是目前人類面臨的重大課題。建筑幕墻作為建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其熱工性能直接影響到建筑能耗。普通玻璃幕墻雖然在熱工性能方面比過去的門窗有較大改善，但是仍然存在能耗較大的問題。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，雙層動(dòng)態(tài)節(jié)能幕墻以其科學(xué)的結(jié)構(gòu)、完善的功能和環(huán)保節(jié)能的設(shè)計(jì)理念受到人們的青睞，具有極大的市場前景。然而，面對(duì)這樣的市場需求，國家相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)滯后，尤其是國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)厚度在60mm以上的空氣層熱阻值沒有準(zhǔn)確的規(guī)定和計(jì)算方法，給設(shè)計(jì)帶來不便，使設(shè)計(jì)師無法準(zhǔn)確定量描述雙層動(dòng)態(tài)幕墻熱工性能指標(biāo)，在一定程度上影響了這種節(jié)能產(chǎn)品的推廣使用。針對(duì)這種情況，本文重點(diǎn)研究了密閉空氣層熱阻的計(jì)算方法，解決了雙層動(dòng)態(tài)幕墻冬季熱阻計(jì)算的準(zhǔn)確性問題，從而起到指導(dǎo)設(shè)計(jì)的作用，讓人們更方便的了解雙層動(dòng)態(tài)幕墻在環(huán)保節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到推動(dòng)這種環(huán)保節(jié)能型產(chǎn)品快速應(yīng)用的目的。

　　二、雙層動(dòng)態(tài)節(jié)能幕墻幕墻結(jié)構(gòu)及功能
　　2.1系統(tǒng)分類及構(gòu)成
　　雙層動(dòng)態(tài)節(jié)能幕墻按通風(fēng)原理可分為自然通風(fēng)系統(tǒng)和強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)兩大體系。按通風(fēng)路徑可分為整面式、廊道式、通道式和箱體式四種結(jié)構(gòu)。從節(jié)能環(huán)保角度來說，自然通風(fēng)系統(tǒng)更具發(fā)展前景。

　　雙層動(dòng)態(tài)節(jié)能幕墻構(gòu)造由外層幕墻、內(nèi)層幕墻、遮陽裝置、進(jìn)風(fēng)裝置、出風(fēng)裝置組成，內(nèi)外層幕墻之間形成空氣緩沖區(qū)。

　　2.2雙層動(dòng)態(tài)節(jié)能幕墻主要功能
　　雙層動(dòng)態(tài)節(jié)能幕墻主要功能可概括為防塵通風(fēng)功能、保溫隔熱功能、合理采光功能、隔聲降噪功能。

　　三、雙層動(dòng)態(tài)幕墻熱阻計(jì)算
　　雙層動(dòng)態(tài)節(jié)能幕墻空氣緩沖區(qū)的厚度范圍可在60mm～1500mm以上，常見厚度尺寸為200～600mm，為此對(duì)這種以空氣熱壓原理和煙囪效應(yīng)為工作原理的雙層幕墻的空氣層熱阻值應(yīng)予以正確的考慮，否則就不能真實(shí)的反映雙層動(dòng)態(tài)幕墻的熱工特性。目前，國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50176-93上附表2.4—空氣間層熱阻值表中，對(duì)厚度在60mm以上的密閉空氣層冬季熱阻值統(tǒng)一規(guī)定為0.18 m2·K/W。大量實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果證明，這種給值不夠準(zhǔn)確。密閉空氣間層的熱阻值在不同的條件下，與空氣層厚度δ有密切關(guān)系，可以通過熱力學(xué)理論和流體力學(xué)理論模擬計(jì)算，并用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定調(diào)整系數(shù)，從而推導(dǎo)出不同厚度的空氣層熱阻值計(jì)算公式，方便使用。

　　雙層動(dòng)態(tài)節(jié)能幕墻的熱阻具有特殊性，它可隨進(jìn)、出風(fēng)口的開關(guān)狀態(tài)不同而有明顯變化，實(shí)現(xiàn)冬季保溫和夏季隔熱雙重功能。這也是雙層動(dòng)態(tài)幕墻與傳統(tǒng)幕墻的根本區(qū)別之一。

　　3.1雙層動(dòng)態(tài)節(jié)能幕墻熱阻計(jì)算模型建立
　　3.1.1模型建立
　　節(jié)點(diǎn)圖　溫度－熱阻曲線BR>3.1.2主參數(shù)及材料選擇
　　外層幕墻玻璃采用12mm浮法鋼化玻璃，內(nèi)層幕墻采用6+12A+6浮法中空玻璃，鋼化處理，鋁質(zhì)遮陽百葉。假定緩沖區(qū)厚度500mm。

　　3.2熱阻計(jì)算
　　3.2.1單一材料層的熱阻應(yīng)按下式計(jì)算：

　　R=δ/λ0 （3.1）
　　式中：R——材料層的熱阻，m2·K/W；

　　δ——材料層的厚度，m；

　　λ0——材料的計(jì)算導(dǎo)熱系統(tǒng)，W/（m·K）。

　　3.2.2密閉空氣層傳熱計(jì)算
　　傳熱有三種方式：導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射。密閉空氣層傳熱過程是由一個(gè)熱表面向另一個(gè)表面以對(duì)流和輻射方式進(jìn)行的，是一個(gè)復(fù)雜的綜合傳熱過程，所以，不能直接用計(jì)算其它材料導(dǎo)熱阻的方法來計(jì)算。在正常情況下，空氣層從一個(gè)壁面向另一壁面的熱流量應(yīng)按下式計(jì)算：

　　q＝qd+qf （3.2）
　　式中：q——熱流量
　　qd——對(duì)流分量，含對(duì)流放熱和導(dǎo)熱
　　qf——輻射分量
　　3.2.2.1對(duì)流分量qd計(jì)算：

　　qd=αd·△t=αd（t1-t2） （3.3）
　　式中：αd——對(duì)流放熱系數(shù)
　　t　1——空氣層熱壁溫度
　　t2——空氣層冷壁溫度
　　△t——t1-t2
　　實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)密閉空氣層中流態(tài)保持層流方式的臨界厚度δj：

　　δj=20·（△t）1/3 （3.4）
　�、� 當(dāng)空氣層厚度δ＜δj時(shí)，空氣層對(duì)流放熱系數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算：

　　αd=λ/δ （3.5）
　　式中：αd——對(duì)流放熱系數(shù)
　　λ——空氣計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)
　　δ——實(shí)際空氣層厚度
　　結(jié)論：當(dāng)空氣層δ＜δj時(shí)，密閉空氣層傳熱以導(dǎo)熱方式為主。

　�、� 當(dāng)空氣層厚度δ＞δj時(shí)，空氣層對(duì)流放熱系數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算：

　　αd=2.8 ·（△t/δ）1/4 （3.6）
　　式中：αd——對(duì)流放熱系數(shù)
　　△t——空氣層兩表面溫度差
　　δ——實(shí)際空氣層厚度
　　3.2.2.2密封閉空氣層中通過空氣層傳熱的輻射分量應(yīng)按下式計(jì)算：

　　qf=αf·△t=αf（t1-t2） （3.7）
　　式中：qf——輻射分量
　　αf——輻射放熱系數(shù)
　　t1、t2——空氣層兩壁面溫度
　　αf=ξzC0·b·φ （3.8）
　　式中：ξz——折算輻射系數(shù)
　　C0——絕對(duì)黑體的輻射系數(shù)（C0=5.77W/ m2·K 4）
　　b——溫度系數(shù)
　　φ——輻射角度系數(shù)φ=1.0
　　溫度系數(shù)與空氣層表面溫度關(guān)系曲線
　　結(jié)論：輻射與空氣層厚度δ無關(guān)，與空氣層溫度及空氣層兩界面的材料有關(guān)。

　　3.2.2.3當(dāng)空氣層厚度δ＞δj時(shí)，空氣層傳熱系數(shù)計(jì)算公式
　　q＝qd+qf （3.2）
　　= αd△t+ αf△t=（αd+αf）△t
　　令：αk= αd+αf （3.9）
　　αk——空氣層傳熱系數(shù)，
　　△t——空氣層兩界面溫差。

　　所以 空氣層傳熱量公式（3.2）可寫成下式：

　　q＝αk△t （3.10）
　　把公式（3.6）、（3.8）代入公式（3.9）中得
　　αk= αd+αf
　　=2.8·（△t/δ）1/4+ ξzC0·b·φ
　　=2.8·（△t/δ）1/4+3.8 W/m2·K
　　3.2.3密閉空氣層熱阻計(jì)算
　　通過上述計(jì)算，可得空氣層熱阻計(jì)算公式：

　　Rk=ζ·1/αk
　　式中：Rk—密封閉空氣層熱阻值，m2·K/W
　　αk——空氣層傳熱系數(shù)
　　ζ——溫差調(diào)整系數(shù)
　　溫差調(diào)整系數(shù)ζ
　　△t(℃) 12 10 8 7 6 5 4 2
　　ζ 0.9 1 1.05 1.08 1.10 12 1.25 1.4
　　3.2.4圍護(hù)結(jié)構(gòu)總熱阻應(yīng)按下式計(jì)算
　　R＝Ri＋ΣRx＋Ro
　　式中：R——圍護(hù)結(jié)構(gòu)總熱阻，m2·K/W；

　　Ri——內(nèi)表面換熱阻，m2·K/W；按表1.2采用；

　　Ro——外表面換熱阻，m2·K/W；按表1.3采用；

　　Rx——圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻，m2·K/W；


　　內(nèi)表面換熱系數(shù)αi及內(nèi)表面換熱阻Ri值
　　表 面 特 性 αi[W/ (m2·K)] RI(m2·K/W)
　　墻、地面；表面平整的頂棚、屋蓋或樓板以及帶肋的頂柵h/s≤0.3 8.72 0.11
　　有井形突出物的頂棚、屋蓋或樓板h/s＞0.3 7.56 0.13
　　注：表中h為肋高，s為肋間凈距。

　　外表面換熱系數(shù)αo及外表面換熱阻Ro值
　　外表面狀況 αo[W/ (m2·K)] Ro(m2·K/W)
　　與室外空氣直接接觸的表面 23.26 0.04
　　不與室外空氣直接接觸的表面；閣樓樓板上表面不采暖地下室頂棚下表面8.145.820.120.17
　　3.2.5圍護(hù)結(jié)構(gòu)總傳熱系數(shù)K
　　K=1/R =1/（R0+ΣR+Ri）

　　四、冬季節(jié)能情況分析
　　利用上面的計(jì)算方法，可以相對(duì)準(zhǔn)確的求出雙層動(dòng)態(tài)節(jié)能幕墻的熱阻和總傳熱系數(shù)。以3.1.2條中假定的參數(shù)為例進(jìn)行計(jì)算，結(jié)論證明：在使用同種玻璃時(shí)，雙層動(dòng)態(tài)節(jié)能幕墻的總傳熱系數(shù)比普通幕墻的傳熱系數(shù)大約小30%。由此可見，單從傳熱角度講，在同一地區(qū)，采用同種玻璃，雙層幕墻比普通幕墻的熱傳量損失減少30%，也就是可節(jié)能約30%。為此，在有條件的地區(qū)和項(xiàng)目，大力推廣雙層幕墻是解決建筑節(jié)能行之有效的方法之一。