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漫談建筑幕墻熱工性能(一)

來源:中國幕墻網收集整理作者:龍文志日期:2006-8-10 　頁面功能【字體：大中小】【打印】【關閉】【評論】

    摘  要:以幕墻傳熱學理論漫談了當前提高幕墻熱工性能的幾個熱點問題。
    關鍵詞:幕墻傳熱學，環境參數，傳熱系數，太陽輻射得熱率。

    一、幕墻熱工性能理論基礎—幕墻傳熱學
    建筑幕墻是現代建筑外圍護結構，是室內外環境的分界面，除了必須具備早期建筑的圍護結構的安全、遮風、擋雨的防護功能之外，還要通過調整幕墻結構來控制室內外聲、光、熱等各種形式的能量的流通來實現所需要的舒適度，因而幕墻的熱工性能不僅僅是保溫性能，從傳熱學角度來看:當室外溫度小于室內設定的舒適性溫度時，幕墻要阻擋室內的熱量向室外散失，稱為幕墻保溫性能;當室外溫度大于室內設定的舒適性溫度時，幕墻要阻擋室外的熱量向室內傳遞，稱為幕墻隔熱性能。

    大多數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，這就意味在滿足設定舒適度情況下，熱工性能不好的幕墻，建筑物可能耗費能量多;熱工性能好的幕墻，建筑物耗費可能能量少;兩者相比，熱工性能好的幕墻節約了能源，從這個意義上講，稱這樣幕墻為節能幕墻也米嘗不可。少數幕墻要求強化傳熱過程，以增大過程的傳熱量，例如外循環體系的雙層玻璃幕墻的外側幕墻，為了強化冬天的溫室效應和夏天的煙囪效應;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，從而滿足工程的節能要求。

    提高幕墻熱工性能可以通過對建筑幕墻結構的設置與調控來實現能，也可以借助主動式的環境控制系統來實現，如照明系統、空調系統等。從能量利用效率的角度考慮，通過調整幕墻結構來控制室外聲、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后再通過環境控制系統來消除，更符合節能、環保的理念。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，這也將使得幕墻結構承擔更多的熱環境功能。

    提高幕墻熱工性能單憑經驗或簡單理念已經不適應發展的要求，必須從熱量傳遞的方式、機理、影響因素、過程規律及換熱部位的結構、性能等各方面綜合考慮。需要把傳熱學的理論和幕墻工程及結構實際相結合，使得提高建筑幕墻熱工性能建立在系統、嚴密、實用的理論基礎上。所有上述內容就是建筑幕墻(建筑門窗)傳熱學要研究的主要課題和基本任務。幕墻傳熱學是分析和研究幕墻熱工性能的理論基礎。

    二、幕墻傳熱學
    傳熱學是一門研究熱量傳遞規律的科學。熱力學第二定律指出:無論是氣體、液體還是固體，凡是存在著溫度的差異，就必然導致熱量自發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、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絕然不同。建筑幕墻(建筑門窗)傳熱通常是以輻射、對流、導熱三種方式同時進行，綜合作用的效果。

    1)熱傳導基本定律是傅里葉定律。該定律指出:當導熱體內進行的是純導熱時，單位時間內以熱傳導方式傳遞的熱量，與溫度梯度及垂直于導熱方向的導熱面積s成正比。對一維定態導熱，傅里葉定律可表示為:

    當面積S和溫度梯度中的距離x一定時，可改寫為下式:
    Q_導=K_導(T_W-T_n)

    2)對流傳熱是一個復雜的傳熱過程，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:根據傳遞的普遍關系，壁面與流體之間的對流給熱速率，應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(T_W-T_n)

    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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