4 熱效率
及K值的計算分析
4.1 熱效率的計算
在內(nèi)循環(huán)雙層幕墻中，通風(fēng)增熱效率定義為熱通道中氣流帶進(jìn)室內(nèi)的熱量與投射到幕墻上的太陽輻射總熱量的比值，用式子表示如下：
是外層玻璃經(jīng)太陽輻射傳遞給模型通道的熱量：
其中，
為外層玻璃的傳熱系數(shù)，
為外層玻璃外表面平均溫度，
為外層玻璃內(nèi)表面平均溫度，
為熱通道有效高度乘熱通道寬度。
是熱通道中流動熱氣流流動消耗
及所帶進(jìn)的能量
，與氣流是層流或紊流流態(tài)有關(guān)，、及可由下式計算得到：
式中，
為單位質(zhì)量的等壓比熱；
為熱氣流密度；
為熱氣流速度；
為進(jìn)出風(fēng)口溫度差；
為紊流熱交換系數(shù)；
為沿垂直于
方向
的變化梯度；為氣流的動壓力，
為通道中熱氣流的質(zhì)量流量。
值越高，說明同等條件下由熱通道帶進(jìn)室內(nèi)的熱量就多，室內(nèi)增熱性能越好，因此室內(nèi)制暖負(fù)荷就越低，因此幕墻的冬季節(jié)能效果也就越好。
4.2 K值的計算
在穩(wěn)態(tài)傳熱條件下，雙層玻璃幕墻的綜合傳熱系數(shù)用K來表示[5]
其中，
為幕墻的總熱阻，它與綜合傳熱系數(shù)互為倒數(shù)。
式中，
為外層玻璃外表面的換熱系數(shù)，
為內(nèi)層玻璃內(nèi)表面的換熱系數(shù)：
其中，
和
分別為室外和室內(nèi)平均風(fēng)速。
為雙層玻璃幕墻空氣層的綜合傳熱系數(shù)，由下式計算：
式中，
、
為內(nèi)外玻璃的熱阻，而熱通道空氣層的傳熱系數(shù)h由下式計算：
式中，
為空氣層的對流換熱系數(shù)，由下式計算：
其中，
為熱通道內(nèi)的平均風(fēng)速。
為空氣層輻射換熱系數(shù)，對于兩平行玻璃，其空氣層輻射傳熱系數(shù)為：
式中，
為Stefan-Boltzmann常量，
為單層玻璃的熱力學(xué)平均溫度，
為中空玻璃的熱力學(xué)平均溫度，
、
分別為單層玻璃和中空玻璃的表面發(fā)射率。
4.3 模擬結(jié)果及分析
表1 冬季內(nèi)循環(huán)的氣流量、進(jìn)出口溫度及增熱效率
從表1我們可以看到，在強(qiáng)化熱氣流的條件下，雙層幕墻的通風(fēng)量比自然熱氣流的情況下提高了54.28%；對于單榀雙層幕墻來說，在自然熱氣流的情況下，外層玻璃經(jīng)太陽輻射傳遞給模型通道的熱量為
=131.49瓦，通過熱通道帶進(jìn)室內(nèi)的熱量為
=39.21瓦；而在強(qiáng)化熱氣流的情況下，=128.86瓦，通過熱通道帶進(jìn)室內(nèi)的熱量為=56.73瓦；相比之下，增熱效率從29.82%增加到44.03%。此外，該雙層幕墻在冬季內(nèi)循環(huán)運(yùn)行時的綜合傳熱系數(shù)僅在1.114 
到1.117 之間，這說明冬季時機(jī)械送風(fēng)可有效提高雙層幕墻向室內(nèi)增熱的效率，向室內(nèi)帶進(jìn)更多的熱量，從而提高室內(nèi)的氣溫，降低冬季制暖負(fù)荷，具有良好的冬季保溫增熱性能。
5 結(jié)論
本文使用CFD軟件對夏熱冬暖地區(qū)的雙層幕墻冬季運(yùn)行工況進(jìn)行了模擬，考慮了自然熱氣流和強(qiáng)化熱氣流兩種工況，獲得了熱通道內(nèi)的速度和溫度分布細(xì)節(jié)，并計算了熱效率和綜合傳熱系數(shù)兩個重要參數(shù)，得出的結(jié)論如下：
(1)機(jī)械送風(fēng)產(chǎn)生的強(qiáng)化熱氣流能顯著增加熱通道的通風(fēng)量，熱通道的氣流平均速度比自然熱氣流的工況增加約0.1m/s；
(2)冬季強(qiáng)化送風(fēng)的熱效率達(dá)到44.03%，明顯高于自然熱氣流的情況；
(3)雙層幕墻在冬季內(nèi)循環(huán)運(yùn)行時的綜合傳熱系數(shù)僅為1.114 到1.117 之間，具備良好的保溫性能。
參考文獻(xiàn)
[1] 熱通道玻璃幕墻數(shù)值模擬研究與優(yōu)化設(shè)計, 魏世雄, 東華大學(xué) 碩士學(xué)位論文, 2006.
[2] 太陽輻射作用下雙層玻璃幕墻熱通道的節(jié)能計算和實驗研究, 陳海, 姜海清, 郭金基等, 中山大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2006年11月 第45卷第6期.
[3] 雙層皮通風(fēng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱特性模型研究綜述, 徐新華, 建筑節(jié)能, 2013年1月 第41卷第263期.
[4] Three-dimensional simulation with a CFD tool of the airflow phenomena in single floor double-skin facade equipped with a venetian blind, N. Safer, M. Woloszyn and J.J. Roux, Solar Energy 79 (2005) 193-203.
[5 華東地區(qū)雙層幕墻冬季的CFD 熱工模擬計算, 童林明, 劉斌, 梁曙光等, 廣東土木與建筑, 2009年9月 第9期.
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