通风相变双层玻璃幕墙的隔热性能研究.pdf

Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 17 期73文章编号：2095-6835（2023）17-0073-03通风相变双层玻璃幕墙的隔热性能研究肖 阳，许志慧，田耀月，张可凡，宋小生，蒋达华（江西理工大学土木与测绘工程学院，江西 赣州 341000）摘要：利用玻璃幕墙上下方的百叶风口组合形成不同的通风循环方式，夏季可利用双层玻璃幕墙蜂窝结构中填充的石蜡相变材料进行散热和自然通风带走室内热量，冬季可利用集热金属翅片收集太阳热量为室内进行升温，在此基础上设置太阳能光伏百叶，可实现自动调节遮阳。关键词：玻璃幕墙；石蜡；光伏板；集热翅片中图分类号：TU111.4；TU83文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.17.020随着中国城市建设发展，越来越多的高层和地标建筑开始采用双层玻璃幕墙美化景观、提升建筑舒适度。双层玻璃幕墙不仅对建筑的室内光环境有一定影响，作为外围护结构，它直接影响着建筑的供暖和空调能耗1。玻璃幕墙的节能设计从玻璃材质、型材和遮阳系统等方面进行选择，根据外界气候环境的变化，自动调节玻璃幕墙的保温、遮阳和通风系统2。含半透明相变材料的幕墙是一种新型建筑节能技术，是传统型玻璃幕墙的改良版，其原理是将内置遮阳卷帘替换为封装石蜡类半透明相变材料百叶，百叶可以调节旋转，以充分吸收部分光谱下的太阳能而达到蓄热目的3-5。相变材料具有体积小、造价低廉、储能密度大、节能效果明显、相变温度范围宽等优点，被广泛应用于环境温度控制、废热和余热回收、太阳能储存等领域6。本文提出一种基于相变材料的通风散热双层玻璃幕墙，并研究了其散热性能。1设计方案太阳能通风相变散热双层玻璃幕墙主要由双层玻璃幕墙结构、太阳能发电集热百叶结构、玻璃百叶通风口结构、半透明石蜡相变材料蜂窝结构和风机辅助通风结构构成7。幕墙结构如图 1 所示，从图中可以看出，双层玻璃幕墙结构由外侧单层玻璃和内侧双层玻璃组成。为使玻璃幕墙更美观，外侧单层玻璃采用钢化玻璃并通过支架固定在建筑墙体外侧；内侧双层玻璃采用双层Low-E 玻璃（低辐射玻璃）并采取类似固定落地窗的形式固定在建筑墙体内侧，且内嵌半透明石蜡相变材料。外侧单层玻璃与内侧双层玻璃之间形成 3050 cm厚的空气夹层。在双层玻璃幕墙中间填充半透明石蜡相变材料，采用蜂窝结构；并采用十八烷石蜡，它在27 时为固态，32 时为液态，在夏季吸收室内热量，达到冷却目的，在冬季具有一定的蓄热保温作用，与太阳能通风装置结合，在一定程度上强化了相变散热效果。外侧单层玻璃太阳能发电集热百叶内侧双层玻璃相变材料空气夹层建筑墙体建筑墙体通风口5通风口8通风口6通风口7图 1幕墙结构2实验分析本次实验利用模型进行了 2 组实验。实验一主要由单层玻璃和双层中空玻璃组成，单层玻璃安装在外侧，双层中空玻璃安装在内侧，2 面玻璃之间存在空气夹层，空气热阻大，能起到很好的隔热效果，而双层中空玻璃能进一步加强隔热效果。将 2 面单层玻璃间隔一定距离粘在一起，制成双层中空玻璃，按 1100比例制作封闭式双层玻璃幕墙模型，如图 2 所示。利用室内加热器在距离模型 1 m 处进行照射，对模型进行加热，根据实验数据绘制温度及温差变化图对其隔基金项目校级新工科建设项目（编号：XZG-18-03-44）建筑墙体通风口 5通风口 7外侧单层玻璃太阳能发电集热百叶空气夹层通风口 6通风口 8内侧双层玻璃相变材料建筑墙体科技与创新Science and Technology&Innovation742023 年 第 17 期热效果进行分析，如图 3 所示。图 2封闭式双层玻璃幕墙模型示意图（a）幕墙内外侧温度（b）幕墙内外侧温差图 3封闭式双层玻璃幕墙内外侧温度及温差随时间变化曲线由图 3 可知，玻璃幕墙内外侧初始温度分别为23.1 和 23.3。随着室内加热器照射时长的增加，内外侧温度均逐渐上升，但玻璃幕墙外侧温度相对于内侧温度而言，上升速度更快。28 min 后，内侧温度稳定在 25.2 左右，外侧温度稳定在 33.2 左右。实验二主要由单层玻璃和双层玻璃（内置石蜡）组成，单层玻璃安装在外侧且上下方均有通风孔，双层玻璃安装在内侧，2 面玻璃之间存在空气夹层。开启通风口 5、6，闭合通风口 7、8，在热压作用下，外界较冷的空气从下通风孔进入空气夹层，空气夹层中较热的空气则从上通风孔排除，通过空气不断循环，带走空气夹层的热量，而双层玻璃由于内置石蜡能进一步加强隔热效果，且温度达到石蜡熔点时，可以吸收双层玻璃内侧热量。按 1100 比例制作外循环式双层玻璃幕墙模型，如图 4 所示。利用室内加热器在距离模型 1 m 处进行照射，对模型进行加热，根据实验数据绘制温度及温差变化图对其隔热效果进行分析，如图 5 所示。图 4外循环式双层玻璃幕墙（内置石蜡）模型示意图（a）幕墙内外侧温度（b）幕墙内外侧温差图 5外循环式双层玻璃幕墙内外侧温度及温差随时间变化曲线由图 5 可知，外循环式双层玻璃幕墙（内置石蜡）天花板单层玻璃空气夹层室外室内室外双层中空玻璃地板室内双层玻璃（内置石蜡）天花板气流方向单层玻璃地板照射时长/min外侧温度5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.50.0照射时长/min内侧温度照射时长/min照射时长/min外侧温度内侧温度Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 17 期75内外侧初始温度分别为 21.8 和 22.1。随着室内加热器照射时长的增加，内外侧温度均逐渐上升，但玻璃幕墙外侧温度相对于内侧温度而言，上升速度更快。28 min 后，内外侧温度趋于稳定，内侧温度稳定在24.5 左右，外侧温度稳定在 29.7 左右。分析实验数据可知，封闭式双层玻璃幕中，当双层玻璃幕墙内外侧温度趋于稳定时，内侧温度比外侧温度低 4.2 左右；外循环通风模式下，当双层玻璃幕墙内外侧温度趋于稳定时，内侧温度比外侧温度低5 左右。研究表明，双层玻璃幕墙在夏季具有较好的隔热散热效果，对降低建筑物用于制冷供暖能耗起到了辅助作用，具有一定的节能作用。3结论将双层玻璃幕墙与太阳能百叶窗相结合，通过不同的通风口组合，实现了各个季节无风感室内空气循环；在双层玻璃幕墙中间添加石蜡半透明相变材料，采用蜂窝结构，加大了利用空间并增强了稳固性，相变材料可以强化换热，更好地带走室内热量；通过通风散热及集热金属保温，有效改善室内温度，节约了空调所需消耗的能源，且设置了自动调节太阳能百叶，可根据室外光照强度调节单元角度进行遮阳。参考文献：1杨华，杜芳，孟庆瑶，等.双层玻璃幕墙对办公建筑室内光环境及能耗影响研究J.建筑节能，2019，47（10）：63-66，104.2邓上峰.高层建筑玻璃幕墙的节能技术应用与分析J.大众科技，2010（5）：85-86.3GMCIAAD，NAVARRO L，CASTELLA，et a1 Life cycleassessment of a ventilated facade with PCM in its airchamberJ.Solar energy，2014，104：115-1234李栋，李仔武，卢丽冰，等.含半透明相变材料幕墙光热传输特性研究进展J.建筑热能通风空调，2016，35（4）：46-50.5李仔武.含石蜡新型玻璃幕墙光热传输特性研究D.大庆：东北石油大学，2016.6王鑫，方建华，刘坪.相变材料的研究进展J.功能材料，2019，50（2）：70-75.7江西理工大学.一种太阳能通风散热双层玻璃幕墙：CN210421552UP.2020-04-28.作者简介：肖阳（1999），男，江苏扬州人，本科，研究方向为通风技术。（编辑：丁琳）（上接第 72 页）4结论浅埋偏压隧道水平收敛、拱顶沉降及地表沉降随时间变化均呈现增长和急速增长阶段、缓慢增长阶段及趋于稳定阶段这 3 个阶段，但地表沉降量一般远远大于拱顶沉降量与水平收敛量，这与隧洞岩土体特性及施工工艺等因素有直接关系；受偏压影响钢支撑压力和锚杆轴力左侧均明显大于右侧，表明隧洞处于严重偏压状态。浅埋偏压隧道拱顶及地表沉降量较大，开挖后应加强支护并及时施作；拱腰和拱脚处应力集中，易发生剪切破坏，与一般隧道围岩塑性区的分析较吻合。施工开挖对围岩位移变化影响较大，浅埋偏压隧道的初期支护要与一般隧道支护区别对待，实际施工中要高度重视，宜采用复合式衬砌，对喷层适当加强或加固。数值模拟成果与监控量测数据分析相吻合，模型及参数选取正确，实际监控量测数据准确。参考文献：1张顶立.隧道及地下工程的基本问题及其研究进展J.力学学报，2017，49（1）：3-21.2潘朝，吴立.浅埋偏压隧道大变形原因分析及处治措施J.铁道建筑，2013（12）：65-68.3童立元.卵砾层中大跨浅埋隧道开挖变形监测与反分析J.地下空间与工程学报，2007（增刊 1）：1363-1367.4潘昌实，张弥，吴洪庆.隧道力学数值方法M.北京：中国铁道出版社，1995.5DAI H L，WANG X，XIE G X，et al.Theoretical model andsolution for the rheological problem of anchor-grouting asoft rock tunnelJ.International journal of pressure vesselsand piping，2004，81（9）：739-748.6王歇成，邵敏.有限元法基本原理和数值方法M.北京：清华大学出版社，1997.作者简介：潘朝，男，硕士研究生，中级工程师，研究方向为地质工程。（编辑：丁琳）