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漫談建筑幕墻熱工性能(一)
來源:中國幕墻網(wǎng)收集整理 作者:龍文志 日期:2006-8-10 　頁面功能 【字體：大 中 小】【打印】【關(guān)閉】【評論】

    摘  要:以幕墻傳熱學(xué)理論漫談了當(dāng)前提高幕墻熱工性能的幾個熱點(diǎn)問題。
    關(guān)鍵詞:幕墻傳熱學(xué)，環(huán)境參數(shù)，傳熱系數(shù)，太陽輻射得熱率。

    一、幕墻熱工性能理論基礎(chǔ)—幕墻傳熱學(xué)
    建筑幕墻是現(xiàn)代建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，是室內(nèi)外環(huán)境的分界面，除了必須具備早期建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全、遮風(fēng)、擋雨的防護(hù)功能之外，還要通過調(diào)整幕墻結(jié)構(gòu)來控制室內(nèi)外聲、光、熱等各種形式的能量的流通來實(shí)現(xiàn)所需要的舒適度，因而幕墻的熱工性能不僅僅是保溫性能，從傳熱學(xué)角度來看:當(dāng)室外溫度小于室內(nèi)設(shè)定的舒適性溫度時，幕墻要阻擋室內(nèi)的熱量向室外散失，稱為幕墻保溫性能;當(dāng)室外溫度大于室內(nèi)設(shè)定的舒適性溫度時，幕墻要阻擋室外的熱量向室內(nèi)傳遞，稱為幕墻隔熱性能。

    大多數(shù)建筑幕墻要求減少傳熱量，減少整體建筑總能耗，從而滿足工程的節(jié)能要求，熱工性能不好的幕墻，其傳遞能量多;熱工性能好的幕墻，其傳遞能量少，這就意味在滿足設(shè)定舒適度情況下，熱工性能不好的幕墻，建筑物可能耗費(fèi)能量多;熱工性能好的幕墻，建筑物耗費(fèi)可能能量少;兩者相比，熱工性能好的幕墻節(jié)約了能源，從這個意義上講，稱這樣幕墻為節(jié)能幕墻也米嘗不可。少數(shù)幕墻要求強(qiáng)化傳熱過程，以增大過程的傳熱量，例如外循環(huán)體系的雙層玻璃幕墻的外側(cè)幕墻，為了強(qiáng)化冬天的溫室效應(yīng)和夏天的煙囪效應(yīng);光電幕墻的外層玻璃等為了更好利用太陽能，則要求或希望強(qiáng)化傳熱過程，以增大過程的傳熱量，同樣也是減少整體建筑總能耗，從而滿足工程的節(jié)能要求。

    提高幕墻熱工性能可以通過對建筑幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)置與調(diào)控來實(shí)現(xiàn)能，也可以借助主動式的環(huán)境控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，如照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。從能量利用效率的角度考慮，通過調(diào)整幕墻結(jié)構(gòu)來控制室外聲、光、熱等各種形式的能量的流通，可能要比將這些能量流人室內(nèi)后再通過環(huán)境控制系統(tǒng)來消除，更符合節(jié)能、環(huán)保的理念。隨著建筑物舒適度提高，建筑能耗增大，通過建筑幕墻的熱流量增大，提高幕墻熱工性能，減少或調(diào)整建筑幕墻的傳熱和熱流，對于減少整個建筑物的能耗有很大作用，這也將使得幕墻結(jié)構(gòu)承擔(dān)更多的熱環(huán)境功能。

    提高幕墻熱工性能單憑經(jīng)驗(yàn)或簡單理念已經(jīng)不適應(yīng)發(fā)展的要求，必須從熱量傳遞的方式、機(jī)理、影響因素、過程規(guī)律及換熱部位的結(jié)構(gòu)、性能等各方面綜合考慮。需要把傳熱學(xué)的理論和幕墻工程及結(jié)構(gòu)實(shí)際相結(jié)合，使得提高建筑幕墻熱工性能建立在系統(tǒng)、嚴(yán)密、實(shí)用的理論基礎(chǔ)上。所有上述內(nèi)容就是建筑幕墻(建筑門窗)傳熱學(xué)要研究的主要課題和基本任務(wù)。幕墻傳熱學(xué)是分析和研究幕墻熱工性能的理論基礎(chǔ)。

    二、幕墻傳熱學(xué)
    傳熱學(xué)是一門研究熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)。熱力學(xué)第二定律指出:無論是氣體、液體還是固體，凡是存在著溫度的差異，就必然導(dǎo)致熱量自發(fā)地從高溫處向低溫處傳遞，這一過程被稱為熱量傳遞過程，簡稱傳熱。

    熱量傳遞有三種基本方式，即熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射。在這三種基本方式中，熱量傳遞的物理本質(zhì)絕然不同。建筑幕墻(建筑門窗)傳熱通常是以輻射、對流、導(dǎo)熱三種方式同時進(jìn)行，綜合作用的效果。

    1)熱傳導(dǎo)基本定律是傅里葉定律。該定律指出:當(dāng)導(dǎo)熱體內(nèi)進(jìn)行的是純導(dǎo)熱時，單位時間內(nèi)以熱傳導(dǎo)方式傳遞的熱量，與溫度梯度及垂直于導(dǎo)熱方向的導(dǎo)熱面積s成正比。對一維定態(tài)導(dǎo)熱，傅里葉定律可表示為:

    當(dāng)面積S和溫度梯度中的距離x一定時，可改寫為下式:
    Q導(dǎo)=K導(dǎo)(TW-Tn)

    2)對流傳熱是一個復(fù)雜的傳熱過程，影響對流傳熱的因素很多，因此，對流熱的純理論計算是相當(dāng)困難的。為了計算方便，工程上采用于較為簡單的處理方法:牛頓冷卻定律。該定律指出:根據(jù)傳遞的普遍關(guān)系，壁面與流體之間的對流給熱速率，應(yīng)該是與其接觸面積以及推動力成正比。對流給熱的推動力指的是流體與固體壁面之間的溫度差。因此，對流給熱速率可寫為下列形式:
    Q流=K流(TW-Tn)

    3)熱輻射的基本定律是斯蒂芬一波爾茨曼定律。定律揭示了黑體的輻射能力與其表面溫度之間的關(guān)系，該定律表明黑體的輻射能力正、與其表面絕對溫度T的四次方成正比。在工程計算中常寫成下列形式

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