4 熱效率及K值的計算分析

　　4.1 熱效率的計算

　　在內循環雙層幕墻中，通風增熱效率定義為熱通道中氣流帶進室內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，為外層玻璃外表面平均溫度，為外層玻璃內表面平均溫度，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的能量，與氣流是層流或紊流流態有關，、及可由下式計算得到：

　　式中，為單位質量的等壓比熱；為熱氣流密度；為熱氣流速度；為進出風口溫度差；為紊流熱交換系數；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量流量。

　　值越高，說明同等條件下由熱通道帶進室內的熱量就多，室內增熱性能越好，因此室內制暖負荷就越低，因此幕墻的冬季節能效果也就越好。

　　4.2 K值的計算

　　在穩態傳熱條件下，雙層玻璃幕墻的綜合傳熱系數用K來表示[5]

　　其中，為幕墻的總熱阻，它與綜合傳熱系數互為倒數。

　　式中，為外層玻璃外表面的換熱系數，為內層玻璃內表面的換熱系數：

　　其中，和分別為室外和室內平均風速。

　　為雙層玻璃幕墻空氣層的綜合傳熱系數，由下式計算：

　　式中，、為內外玻璃的熱阻，而熱通道空氣層的傳熱系數h由下式計算：　　

　　式中，為空氣層的對流換熱系數，由下式計算：

　　其中，為熱通道內的平均風速。

　　為空氣層輻射換熱系數，對于兩平行玻璃，其空氣層輻射傳熱系數為：　　

　　式中，為Stefan-Boltzmann常量，為單層玻璃的熱力學平均溫度，為中空玻璃的熱力學平均溫度，、分別為單層玻璃和中空玻璃的表面發射率。

　　4.3 模擬結果及分析

　　表1 冬季內循環的氣流量、進出口溫度及增熱效率

　　從表1我們可以看到，在強化熱氣流的條件下，雙層幕墻的通風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，通過熱通道帶進室內的熱量為=39.21瓦；而在強化熱氣流的情況下，=128.86瓦，通過熱通道帶進室內的熱量為=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循環運行時的綜合傳熱系數僅在1.114 到1.117 之間，這說明冬季時機械送風可有效提高雙層幕墻向室內增熱的效率，向室內帶進更多的熱量，從而提高室內的氣溫，降低冬季制暖負荷，具有良好的冬季保溫增熱性能。

　　5 結論

　　本文使用CFD軟件對夏熱冬暖地區的雙層幕墻冬季運行工況進行了模擬，考慮了自然熱氣流和強化熱氣流兩種工況，獲得了熱通道內的速度和溫度分布細節，并計算了熱效率和綜合傳熱系數兩個重要參數，得出的結論如下：

　　(1)機械送風產生的強化熱氣流能顯著增加熱通道的通風量，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)冬季強化送風的熱效率達到44.03%，明顯高于自然熱氣流的情況；

　　(3)雙層幕墻在冬季內循環運行時的綜合傳熱系數僅為1.114 到1.117 之間，具備良好的保溫性能。

　　參考文獻

　　[1] 熱通道玻璃幕墻數值模擬研究與優化設計, 魏世雄, 東華大學 碩士學位論文, 2006.

　　[2] 太陽輻射作用下雙層玻璃幕墻熱通道的節能計算和實驗研究, 陳海, 姜海清, 郭金基等, 中山大學學報(自然科學版), 2006年11月 第45卷第6期.

　　[3] 雙層皮通風圍護結構的熱特性模型研究綜述, 徐新華, 建筑節能, 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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