空调通风原理在双层通风幕墙中的应用

　　
　　摘要：文章从气流组织、传热方式、空气品质等方面分析了空调通风原理在双层通风幕墙中的应用。
　　关键词：双层通风幕墙；传热方式；气流组织；空气品质；节能
　　双层通风幕墙于上世纪90年代在欧洲出现，并逐渐得到应用，尤其在德国应用更为广泛。随着我国经济和建筑业的发展，双层通风幕墙在我国的应用也越来越多，它对提高建筑的保温、隔热、通风和空气品质起很大的作用，本文将从空调通风原理的角度对此做深入剖析。
　　1.概述
　　1.1双层通风幕墙的概念
　　双层通风幕墙不同于传统的单层幕墙，它是由内外两道幕墙组成的双层结构新型幕墙，外层幕墙通常采用点支式玻璃幕墙、明框玻璃幕墙或隐框玻璃幕墙，内层幕墙通常采用明框玻璃幕墙、隐框玻璃幕墙或铝合金门窗，为增加幕墙的通透性，也有内外层幕墙都采用点支式玻璃幕墙结构的。
　　内外幕墙间形成一个相对封闭的空间，空气可从下部进风口进入此空间，从上部排风口排出。空气在这一空间经常处于流动状态，热量在此空间内流动，称为热通道。由于这种幕墙的基本特征是双层幕墙和空气流动、交换，所以称其为双层通风幕墙、热通道幕墙、呼吸幕墙、生态幕墙、绿色幕墙等等。
　　1.2双层通风幕墙的分类
　　根据幕墙内气流的循环方式，双层幕墙可分封闭式内循环双层通风幕墙和敞开式外循环双层通风幕墙。
　　1.2.1封闭式内循环双层通风幕墙
　　封闭式内循环双层通风幕墙外层玻璃幕墙全封闭，外幕墙采用中空玻璃、LOW-E玻璃或断热型材，内层玻璃幕墙下部设有通风口，两层幕墙之间换气层一般为150mm～300mm，也有一些工程为检修、清洗方便，宽度取为400mm～550mm。热通道与室内吊顶内暖通系统抽风管相连，室内空气通过内层玻璃下部的通风口进入热通道，从下而上进行强制性空气循环，使内侧幕墙玻璃表面温度达到或者接近室内温度，从而在靠近玻璃幕墙附近区域形成良好工作环境，这大大节省了制冷和取暖的能源消耗，达到节能效果。为提高节能效果，在通道内设置可调控的百叶窗或者垂帘，并可设置各种传感器，与楼宇自由控制系统连接，对室内的温度、湿度、空气质量、通风、光线控制等实现智能化控制。可以有效的调节日照遮阳和采光，在室内营造更加舒适的环境。
　　1.2.2敞开式外循环双层通风幕墙
　　与封闭式内循环双层通风幕墙不同，敞开式外循环双层通风幕墙的内幕墙是封闭的，而在外层玻璃幕墙上下两端设有排风和进风装置，与热通道相连，将热量经热通道从上部排风口排出。这种形式完全靠自然通风，不需要借助于专门的设备，维护和运行费用较低，是目前应用比较广泛的双层通风幕墙形式。
　　敞开式外循环双层通风幕墙的风口可以开启和关闭。在夏季，将进、出风口打开，在阳光照射下，由于热压作用和烟囱效应，在内外两层结构之间的通道中，形成自下而上的气流，将通道内的热量带到室外，降低了内层幕墙的外表面温度，从而降低空调负荷和能耗。
　　在冬季，不需要通风时，将外层通风口关闭。在阳光照射和室内热辐射等条件作用下，通道内的空气温度升高，形成介于室内与室外之间的热缓冲区。由于温室效应有效地降低了内层幕墙（或窗）的外表面温度，使室内热量的散失大幅度减少，从而达到很好的保温节能效果，减少了采暖运行费用和能耗。
　　另外，敞开式外循环双层通风幕墙也可以根据需要在热通道内设置可调控的铝合金百叶窗帘或者电动卷帘，有效地调节阳光的照射。通过热通道内上下两端风口的调节，可在通道内形成负压，利用内幕墙的气压差和开启扇，可以在建筑物内形成气流，进行通风换气。
　　2．双层通风幕墙的的传热方式
　　单层幕墙传热是在室内和室外之间直接进行，而双层通风幕墙传热是在室内和热通道、热通道和室外之间进行。它的传热方式主要有以下四种，并综合进行：
　　2.1对流传热
　　幕墙表面两侧由于温度差产生的空气介质的热交换称为对流传热。在对流传热中：幕墙表面温度高于空气介质，幕墙呈放热状态；反之呈吸热状态。幕墙表面的对流传热的流体介质主要是空气，而且是自然对流，因此影响对流传热的因素有：空气密度、导热系数、气流状态、材料表面形态、粗糙度以及幕墙表面与空气的温度差等。幕墙表面传热量应为辐射传热和对流传热之和。
　　2.2热辐射
　　热的载体由其表面以电磁波的形态透过介质进行传热称为热辐射。太阳向地球的热传递就是典型的热辐射，幕墙接受的太阳辐射热，一部分被反射，一部分被吸收，一部分透过幕墙进入室内，相对应的热能分配率称之为反射率、吸收率和透射率，三者的和为一。幕墙的热辐射取决于玻璃和材料的表面温度、表面粗糙度及表面黑度，可以通过技术加以控制。
　　2.3导热
　　幕墙材料由其结构表面接受热能，因此两侧存在稳定的温度差，从而材料内部分子和原子产生微观运动引起的传热称为导热。幕墙结构材料的导热量与其两侧温度差、材料导热系数成正比，与材料厚度成反比。铝的导热系数是玻璃导热系数的270倍，因此热量集中通过铝框传导，形成了“冷桥”（也有称为“热桥”）。“冷桥”的能耗大，幕墙表面温度低，容易结露，室内热环境差，因此双层通风幕墙的内层结构都采用断热铝型材，防止“冷桥”。
　　2.4换气传热
　　由漏气传热和通风传热两部分构成：气流穿过幕墙结构缝隙而产生两侧空气流通引起的传热，称为漏气传热。它取决于两侧的气压差、温度差以及空气容积比热、空气密度、幕墙结构缝隙漏气量等因素。如果幕墙的气密性不好，缝隙漏气量大，漏气传热多，尽管传热系数小，但仍达不到节能的目的。外层结构也需要良好的气密性，无论在的冬季，还是夏季夜晚，双层通风幕墙的外层进、出风口都要关闭，维持内外幕墙间接传热，如果外层幕墙气密性差、漏气量大，或者热通道内的环境与室外环境差异很小，其节能效果和单层幕墙就差异很小。为了保持室内空气的新鲜度，双层幕墙要进行必要的通风，这种通风传热，控制在符合标准和合理要求的范围。
　　3．敞开式外循环双层通风幕墙的气流组织
　　由于敞开式外循环双层通风幕墙应用较广泛，现从通风空调的角度分析敞开式外循环双层通风幕墙的气流组织。
　　3.1气流组织方式一
　　这种方式以水平方向柱间为单元，竖直方向以一层为一个单元，每个单元单独组织进风与排风。一般从楼板面进风，在顶棚下面出风口排风，直上直出，气流简捷阻力小，相应地气流过于强烈，如下图1所示：
　　            
　　
　　3.2气流组织方式二
　　这种方式是以垂直方向柱间为单元，一个柱间全高打通，成为排风竖井，从建筑顶部排风到室外，相邻柱间则各层隔开，从本层下部进风口进风，在上部排风口向相邻排风竖井排风，如下图2所示：
　　
　　                                
　　3.3气流组织方式三
　　这种气流组织方式有效避免了直上直下方向风速过大，气流过于激烈。因此，采用各层错开进风口和排风口，使气流转向相邻柱间排风口的组织方式，如下图3所示：
　　                                  
　　
　　3.4气流组织方式四
　　这种方式打破一层作为一个通风单元的格局，从各层进风口来的新风，全部汇集至顶层顶部总排风口排出。借助于房屋全高产生的压差，可以形成强烈的通风气流，如下图4所示：
　　                          　　
　　4、改善室内空气品质
　　由于敞开式外循环双层通风幕墙可以通过通道为室内更换新鲜空气，通道的存在为改善更换空气的质量提供了条件。例如影响北方空气质量的污染物主要是可吸入颗粒物，可在通道的进气口安置静电滤尘网，也可在通道进气口的下方对空气进行喷雾，既使得进入室内的空气清新，同时又改善了室内空气的湿度，提高了人体的舒适度，如下图5：
　　
　　                            
　　5、结束语
　　双层通风幕墙与普通单层幕墙相比，更好的利用空调通风的原理，不仅有效地改善了室内空气品质，而且由于保温隔热效果的增强，极大地节约了能源。据统计在采暖季可以节约能源42%～52%，在制冷季可节约能源38%～60%，有着良好的发展前景和应用空间。
　　
　　
　　参考文献：
　　《建筑幕墙行业技术标准规范汇编》
　　《玻璃幕墙工程质量检验标准》
　　《暖通空调》，陆亚俊，中国建筑工程出版