夏热冬冷地区幕墙建筑传热分析与能耗比较研究

摘要

随着建筑围护结构技术的发展，以及人们对建筑外围护结构美观的要求，玻璃幕墙技术逐渐在建筑中被广泛应用，但是这种技术带来了建筑能耗的增加，特别是在夏季炎热的地区。通风式双层皮玻璃幕墙(VDSF)是一种新兴的玻璃幕墙技术，它具有夏季隔热和冬季保温等优点。本文对夏热冬冷地区传统的玻璃幕墙和通风式双层皮幕墙进行了典型气象年全年能耗的模拟计算，并对计算结果进行了对比与分析，探讨了VDSF在夏热冬冷地区应用的节能效果，为VDSF在该地区的推广应用提供理论基础。具体有以下几个方面:
　　首先，将中国气象局和清华大学合作开发的气象数据和建筑热过程中提供的建筑外表面接收的太阳辐射强度计算模型相结合，计算出了夏热冬冷地区典型气象年每一天的建筑外表面接收的逐时太阳辐射强度值。
　　其次，利用射线追踪法计算VDSF夏季的光学性能参数，利用类区域模型法建立VDSF夏季的传热模型，与太阳辐射强度的计算相结合，计算出了VDSF夏季工况下室内的总得热量。
　　再次，提出“等价法”来计算VDSF冬季的光学性能参数，将竖直空腔的自然对流模型运用到VDSF冬季模型的密闭空气腔中，并利用类区域模型法建立VDSF冬季的传热模型，将光学模型、空腔气流组织模型、传热模型与太阳辐射强度计算相结合，计算出了VDSF冬季工况下室内的总耗热量。对夏热冬冷地区五个代表性城市（长沙、武汉、重庆、南京、上海）中的VDSF典型气象年全年能耗分别进行了模拟计算。
　　同时，对三种单层玻璃幕墙、两种中空玻璃幕墙和两种墙体加窗围护结构的典型气象年全年能耗分别进行了模拟计算。
　　最后，对五个城市的VDSF、单层玻璃幕墙、中空玻璃幕墙和墙体加窗围护结构的全年能耗计算结果分别进行比较和分析。研究结果表明:在夏热冬冷地区，与传统玻璃幕墙相比，带遮阳的通风式双层皮玻璃幕墙在夏季具有良好的节能效果，在冬季与中空玻璃幕墙的能耗相当，从全年能耗的角度来看，具有很好的节能效果。其全年能耗与墙体加窗围护结构的相当，是一种值得推广和应用的玻璃幕墙技术。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题的背景和意义

1．1．1 玻璃幕墙的发展和传统幕墙的弊端

1．1．2 通风式双层皮幕墙的优点

1．1．3 通风式双层皮幕墙在夏热冬冷地区的研究意义

1．2 通风式双层皮幕墙的分类和工作原理

1．2．1 通风式双层皮幕墙的分类

1．2．2 通风式双层皮幕墙的工作原理

1．3 国内外研究现状

1．4 本文的研究内容和方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

第2章 通风式双层皮玻璃幕墙的夏季模型

2．1 太阳辐射强度计算模型

2．1．1 壁面太阳入射角的计算

2．1．2 壁面太阳辐射强度计算

2．1．3 垂直壁面太阳总辐射强度计算

2．2 通风式双层皮幕墙夏季的光学模型

2．2．1 单层和双层玻璃的光学模型

2．2．2 遮阳百叶的光学模型

2．2．3 VDSF系统夏季的光学模型

2．3 通风式双层皮幕墙夏季的热物理模型

2．3．1 空气腔内气流组织模型

2．3．2 VDSF系统夏季的传热模型

2．4 本章小结

第3章 通风式双层皮幕墙的冬季模型及能耗计算

3．1 通风式双层皮幕墙冬季的光学模型

3．2 通风式双层皮幕墙冬季的热物理模型

3．2．1 空腔内自然对流模型

3．2．2 系统各表面及空气夹层的能量平衡方程式

3．3 围护结构表面接收太阳辐射强度的计算

3．3．1 气象数据的选用

3．3．2 表面太阳辐射强度的计算

3．4 VDSF系统的全年能耗计算

3．4．1 VDSF系统结构参数的确定

3．4．2 VDSF系统全年能耗计算实例

3．5 本章小结

第4章 传统幕墙建筑传热模拟及能耗计算

4．1 单层玻璃幕墙传热模拟及能耗计算

4．1．1 夏季单层玻璃幕墙动态传热模型

4．1．2 冬季单层玻璃幕墙动态传热模型

4．1．3 单层玻璃幕墙的分类

4．1．4 单层玻璃幕墙全年能耗计算实例

4．2 中空玻璃幕墙传热模拟及能耗计算

4．2．1 中空玻璃幕墙动态传热模型

4．2．2 中空玻璃幕墙全年能耗计算实例

4．3 传统围护结构建筑传热模拟及能耗计算

4．3．1 传统围护结构建筑夏季传热模型

4．3．2 传统围护结构建筑冬季传热模型

4．3．3 传统围护结构能耗计算实例

4．4 本章小结

第5章 夏热冬冷地区幕墙建筑的能耗计算与比较

5．1 幕墙建筑的全年能耗计算与比较

5．1．1 长沙市幕墙建筑的能耗比较

5．1．2 重庆市幕墙建筑的能耗比较

5．1．3 武汉市幕墙建筑的能耗比较

5．1．4 南京市幕墙建筑的钱耗比较

5．1．5 上海市幕墙建筑的能耗比较

5．2 计算结果总结与分析

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢