漫谈建筑幕墙热工性能(一)

来源:中国幕墙网收集整理作者:龙文志日期:2006-8-10 　页面功能【字体：大中小】【打印】【关闭】【评论】

    摘  要:以幕墙传热学理论漫谈了当前提高幕墙热工性能的几个热点问题。
    关键词:幕墙传热学，环境参数，传热系数，太阳辐射得热率。

    一、幕墙热工性能理论基础—幕墙传热学
    建筑幕墙是现代建筑外围护结构，是室内外环境的分界面，除了必须具备早期建筑的围护结构的安全、遮风、挡雨的防护功能之外，还要通过调整幕墙结构来控制室内外声、光、热等各种形式的能量的流通来实现所需要的舒适度，因而幕墙的热工性能不仅仅是保温性能，从传热学角度来看:当室外温度小于室内设定的舒适性温度时，幕墙要阻挡室内的热量向室外散失，称为幕墙保温性能;当室外温度大于室内设定的舒适性温度时，幕墙要阻挡室外的热量向室内传递，称为幕墙隔热性能。

    大多数建筑幕墙要求减少传热量，减少整体建筑总能耗，从而满足工程的节能要求，热工性能不好的幕墙，其传递能量多;热工性能好的幕墙，其传递能量少，这就意味在满足设定舒适度情况下，热工性能不好的幕墙，建筑物可能耗费能量多;热工性能好的幕墙，建筑物耗费可能能量少;两者相比，热工性能好的幕墙节约了能源，从这个意义上讲，称这样幕墙为节能幕墙也米尝不可。少数幕墙要求强化传热过程，以增大过程的传热量，例如外循环体系的双层玻璃幕墙的外侧幕墙，为了强化冬天的温室效应和夏天的烟囱效应;光电幕墙的外层玻璃等为了更好利用太阳能，则要求或希望强化传热过程，以增大过程的传热量，同样也是减少整体建筑总能耗，从而满足工程的节能要求。

    提高幕墙热工性能可以通过对建筑幕墙结构的设置与调控来实现能，也可以借助主动式的环境控制系统来实现，如照明系统、空调系统等。从能量利用效率的角度考虑，通过调整幕墙结构来控制室外声、光、热等各种形式的能量的流通，可能要比将这些能量流人室内后再通过环境控制系统来消除，更符合节能、环保的理念。随着建筑物舒适度提高，建筑能耗增大，通过建筑幕墙的热流量增大，提高幕墙热工性能，减少或调整建筑幕墙的传热和热流，对于减少整个建筑物的能耗有很大作用，这也将使得幕墙结构承担更多的热环境功能。

    提高幕墙热工性能单凭经验或简单理念已经不适应发展的要求，必须从热量传递的方式、机理、影响因素、过程规律及换热部位的结构、性能等各方面综合考虑。需要把传热学的理论和幕墙工程及结构实际相结合，使得提高建筑幕墙热工性能建立在系统、严密、实用的理论基础上。所有上述内容就是建筑幕墙(建筑门窗)传热学要研究的主要课题和基本任务。幕墙传热学是分析和研究幕墙热工性能的理论基础。

    二、幕墙传热学
    传热学是一门研究热量传递规律的科学。热力学第二定律指出:无论是气体、液体还是固体，凡是存在着温度的差异，就必然导致热量自发地从高温处向低温处传递，这一过程被称为热量传递过程，简称传热。

    热量传递有三种基本方式，即热传导、热对流和热辐射。在这三种基本方式中，热量传递的物理本质绝然不同。建筑幕墙(建筑门窗)传热通常是以辐射、对流、导热三种方式同时进行，综合作用的效果。

    1)热传导基本定律是傅里叶定律。该定律指出:当导热体内进行的是纯导热时，单位时间内以热传导方式传递的热量，与温度梯度及垂直于导热方向的导热面积s成正比。对一维定态导热，傅里叶定律可表示为:

    当面积S和温度梯度中的距离x一定时，可改写为下式:
    Q_导=K_导(T_W-T_n)

    2)对流传热是一个复杂的传热过程，影响对流传热的因素很多，因此，对流热的纯理论计算是相当困难的。为了计算方便，工程上采用于较为简单的处理方法:牛顿冷却定律。该定律指出:根据传递的普遍关系，壁面与流体之间的对流给热速率，应该是与其接触面积以及推动力成正比。对流给热的推动力指的是流体与固体壁面之间的温度差。因此，对流给热速率可写为下列形式:
    Q_流=K_流(T_W-T_n)

    3)热辐射的基本定律是斯蒂芬一波尔茨曼定律。定律揭示了黑体的辐射能力与其表面温度之间的关系，该定律表明黑体的辐射能力正、与其表面绝对温度T的四次方成正比。在工程计算中常写成下列形式

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