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1、北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第 1 页 共 36 页毕 业 论 文引 言21 世纪，世界建筑科学技术突飞猛进，房屋建筑快速发展，各发达国家建筑围护结构的保温隔热和气密性能大有提高，采暖、空调和照明的设备与技术日益进步，人们越来越能够在更为优裕和舒适的室内环境中生活与工作，人类建筑文明取得了前所未有的成就。与此同时，人们也不得不面对着资源枯竭、环境恶化、生态破坏、气候变暖等一系列严峻问题。据统计，在我国这个发展中国家，建筑能耗占社会总能耗的 25%，随着经济的发展和人民生活质量提高，这个比例还会不断增长。我国的公共建筑数量多，建筑规模大，耗能十分巨大，浪费也很严重。因此推广建筑节能是
2、解决我国能源紧缺的有效途径。据专家分析，大型公共建筑的节能潜力在 30%以上。强调节能、低污染、低耗能的绿色建筑顺应时代的要求而生，我国也颁布了一系列法规和政策来对建筑节能和合理使用资源做出明确北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第 2 页 共 36 页的规定。玻璃幕墙作为建筑物的外装饰是现代化城市建筑的重要标志之一，它打破了传统的实体墙与门窗的界限，巧妙地将建筑物围护结构的使用功能与建筑物的装饰功能有机地融为一体，使建筑物更具有时代感和艺术造型。现代都市高层建筑日益增多，建筑防火、防震、施工安全等各方面要求日益提高，玻璃幕墙所具有的轻量化、不燃化、耐震、施工迅速等优点，使其今后将成为高楼
3、建筑的设计主流，这已成为不可阻挡的趋势。玻璃幕墙可以减少传统混凝土外墙大量的钢筋、混凝土使用量，对于减少高耗能建材使用所达到的节约能源、资源有很大的帮助。而且玻璃幕墙较易于回收利用，有利于环保。对于新建的大型公共建筑而言，这类建筑多以高层建筑为主，其屋面所占比例很小，围护结构应主要着眼于墙体和门窗，而随着玻璃幕墙的广泛应用，墙体与门窗也逐渐融为一体，成为建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，是传统墙体失热损失 56 倍，幕墙的能耗约占整个建筑能耗的 40%左右，因此玻璃幕墙的热工性能也就成为建筑节能极其重要的组成部分。北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第 3 页 共 36 页第 1
4、章 绪 论1.1 社会能源与环境现状能源是人类社会得以生存和发展的基础，但在经济高度发达的今天，能源危机的阴影一直笼罩着我们。同时，自从上世纪五、六十年代以来，臭氧层破坏、温室效应、酸雨等一系列全球性环境问题日益突出。人们已逐步认识到保护我们赖以生存的地球环境是关系到人类生死存亡的迫切任务。节约能源和保护环境己成为当前人类社会寻求可持续良性发展的主题之一。在发达国家，建筑物消耗了国家主要消费能源的 40%50%（如图 1-1） ，而其中的 2/33/4 却是出于建筑师“自由创作”的“贡献” 。如今，生态建筑的兴起正掀起了一轮北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第 4 页 共 36 页基于生
5、态理念的建筑节能研究。中国的气候较世界其它同纬度地区差，夏季比同纬度其它地区更热，冬季比同纬度其它地区更冷，而中国夏热冬冷地区的气候更是极端（表 1-1，图 1-2） 。由于经济条件和国家能源政策的限制，长期以来，我国大部分地区的建筑设计无法适应地域气候特点，身陷“两难”的局面（夏季无法充分防热，冬季无法充分御冷） 。当前建筑设计向可持续性发展的一个明显趋势是从以前的密集型技术装置到高效围护结构的转变。适应气候变化的建筑围护结构对于有限能源的高效利用和促进可持续性发展具有更加重要的意义。表 1-1，北纬 30 度若干城市气温比较城 市 一月 四月 七月 十月 年均武汉（东经 11408） 3.
6、7 16.4 28.8 18.3 16.8阿巴西亚（Abbasia，东经 3154）12.4 20.8 28.2 22.8 21.0加尔维斯敦（USGalveston 西经 9554）12.0 20.3 28.3 22.3 20.8全球平均 14.7 20.1 27.3 21.5 20.4而建筑幕墙，特别是玻璃幕墙作为一种新型外围护结构，以其优越的功能和现代时尚的外观在我国城市建设中得以广泛的应用，因而改善玻璃幕墙的热工性能，提高玻璃幕墙的保温隔热效率，就成为促进建筑节能，顺应国家可持续性发展战略和绿色奥运理念不可或缺的重要环节。1.2 玻璃的传热机理1.2.1 自然界热量形式北京城市学院土木
7、工程专业毕业设计（论文）第 5 页 共 36 页对于建筑物来说，自然界中有两种热量形式，其一是太阳辐射，能量主要集中在 0.32.5m 波段之间，其中可见光占 46%，近红外线占 44%，其他为紫外线和远红外线，各占 7%和 3%。其二是环境热量，其热能形式为远红外线，能量主要集中在 550m 波段之间，在室内，这部分能量主要是被阳光照射后的物体吸收太阳能量后以远红外线形式发出的能量及家用电器、采暖系统和人体等以远红外形式发出的能量。1.2.2 玻璃传热机理普通浮法玻璃是透明材料，其透明的光谱范围是 0.34m，即可见光和近红外线，刚好覆盖太阳光谱，因此普通浮法玻璃可透过太阳光能量的 80%左
8、右。对于环境热量，即 550m 波段的远红外线，普通浮法玻璃是不透明的，其透过率为 0，其反射率也非常低，但其吸收率非常高，可达 83.7%。玻璃吸收远红外线后再以远红外线的形式向室外二次辐射，由于玻璃的室外表面换热系数是室内的表面换热系数的 3 倍左右，玻璃吸收的环境热量 75%左右传到室外，25%左右传到室内。在冬季，室内环境热量就是通过玻璃先吸收后辐射的形式，将室内的热量传到室外。针对上述两种热量的传递机理，玻璃的热工性能用两个参数来表征，其一是传热系数 K 值，它是用来表征当室内温度与室外温度不相等时，通过单位面积、单位温差条件下，单位时间内，玻璃传递的热量定义为传热系数；其二是遮阳系
9、数，它是玻璃的太阳能总透过率与 3mm 厚无色透明玻璃太阳能总透过率的比值，即玻璃的遮阳系数。北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第 6 页 共 36 页传热系数是围护材料通用的参数，玻璃的传热系数越低，越有利于建筑物节能。遮阳系数是玻璃作为围护材料的特殊参量，遮阳系数越低，透过玻璃传递的太阳光能量越少。遮阳系数并不是越低越有利于建筑物节能，因为对于严寒地区，冬季漫长寒冷，人们希望通过玻璃大量获得太阳光能量来降低建筑物采暖能耗，对于所有地区，都存在通过玻璃达到建筑物白天自然采光的目的，因此对于严寒地区，玻璃的遮阳系数越高，透过玻璃传递的太阳光能量越多，越有利于建筑物冬季采暖节能。而对于夏热
10、冬冷地区，夏热冬暖地区，夏季日照强烈，建筑物制冷能耗非常高，玻璃的遮阳系数越低，透过玻璃传递的太阳光能量越少，越有利于建筑物制冷节能。但玻璃的遮阳系数也不能太低，否则无法达到建筑物白天自然采光的目的。因此对于严寒地区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区，玻璃的遮阳系数存在一个合理限值，过大和过小都不利于建筑物综合节能和创建舒适的室内光环境。1.3 室内热环境影响的因素一定的地区性气候影响下的局部气候作用于建筑群体，形成建筑外部的微气候。而微气候是影响建筑室内环境的直接外部因素，并通过建筑单体最终影响室内热环境。我国大部分地区建筑室内热环境受到微气候热环境、湿环境、风环境和大气环境等多个影响因素的共同作
11、用，这些影响对建筑室内热环境产生直接或间接的作用。影响建筑室内人的热舒适感的最终环境因素是室内热环境。热舒适指标作为建筑室内热环境的评价因子，取决于空气温度、辐射、湿度及气流等环境因素和人体活动强度及衣着等人为因素的综合作北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第 7 页 共 36 页用。同时，建筑热环境不是一个孤立的系统，还要受到其它建筑物理环境需求和建筑功能、美观需求的影响和制约。因此，应当运用系统、整合的观念进行分析研究，从定性定量两个方面处理问题和解决问题。北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第 8 页 共 36 页第 2 章 双层通风玻璃幕墙的特点与工作原理2.1 环保节能的双层
12、通风玻璃幕墙玻璃幕墙作为建筑的外围护结构，其热工性能直接影响建筑能耗。现在广泛使用的单层玻璃幕墙，虽然逐渐采用热反射镀膜玻璃、中空玻璃、断热型材等其他节能材料，在热工性能方面比过去的门窗有所改善，但仍然存在能耗较大的问题。最近几年发展的双层通风玻璃幕墙以其科学的结构、完善的功能、先进的设计理念，充分利用太阳能、自然通风换气，降低空调能耗，减少风及恶劣气候的影响，营造舒适温馨的生活和工作环境，越来越受到建筑师和投资者的青睐。2.2 双层通风玻璃幕墙特点双层通风玻璃幕墙是一种新型的节能幕墙，是幕墙技术的新发展。它不同于传统的单层幕墙，它的基本特征是双层幕墙和空气流动、交换，这种双层通风玻璃幕墙对提
13、高幕墙的保温、隔热、隔声功能起到很大的作用。双层通风玻璃幕墙由内、外两道幕墙组成，内幕墙一般采用明框幕墙或活动窗，或开有检修门，便于维护、清洁；外幕墙可采用有框幕墙或点支承玻璃幕墙。内外幕墙之间形成一个相对封闭的空间，空气可以从下部进风口进入这一空间，从上部排风口离开这一空间，这一空间经常处于空气流动状态，称之为热通道，热量在这空间内流动，因此，双层通风玻璃幕墙又称为热通道幕墙或呼吸式幕墙。2.2.1 双层通风玻璃幕墙的优点1.智能型控制。双层通风玻璃幕墙可随着使用者对室内环境的北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第 9 页 共 36 页不同要求，如温度、光线、新鲜空气等等都可以随意进行调
14、整，真正体现人性化的设计理念。2.降低幕墙内表面温度与室内计算温度之间的温差，创建适宜的室内热环境，提高室内工作环境的舒适度。如果玻璃内表面温度与室内温差较大，即使室内温度达到规定的标准值，冬季玻璃内表面温度偏低，人们仍感觉寒冷，夏季玻璃内表面温度偏高，人们仍感觉炎热。双层幕墙通过热通道内空气的流动，可以将玻璃内表面温度与室内温度之间的温差控制在很小的范围内（一般不超过 6） 。3.无论多么恶劣的自然环境，都可实现自然通风，保持室内空气新鲜。4.双层通风玻璃幕墙的最大的优势就是节约能源，它比单层幕墙采暖节能 40%50%，制冷节能 40%60%。 5.提高隔声性能。特别是城市中心日益增高的交通
15、噪音，普通玻璃幕墙采取多种有效措施，隔声性能最多只能达到 30db 左右，达到 国标三级，双层通风玻璃幕墙很容易达到 3840db 以上，超过国标一级。2.2.2 双层通风玻璃幕墙的缺点1.技术较复杂。由于是双层体系，涉及结构、材料、密封，热工、遮阳、机械、控制等多个领域、多个学科，构造复杂，技术含量高，施工难度大。2.造价较高。由于是双层幕墙体系，比传统幕墙增加一层幕墙体系，并增加遮阳体系、排风体系等等，因此成本较高。按照当前市场价格计算，内循环双层通风玻璃幕墙造价达到 30004000 元北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第 10 页 共 36 页/m2，外循环双层通风玻璃幕墙则价格
16、更高。3.损失居住面积。由于建筑面积以外墙外表面进行计算，建筑面积要损失 2.5%3.5%。2.3 双层通风玻璃幕墙的类型双层通风玻璃幕墙是基于气候适应性的建筑技术手段。不同类型的双层通风玻璃幕墙适用于不同气候特点的地区及不同的建筑。根据双层通风幕墙开口位置在室内或室外的不同，可以分为外循环双层通风幕墙和内循环双层通风幕墙两种。1内循环双层通风幕墙内循环双层通风幕墙是从热通道内侧下方从室内吸入空气，在热通道内上升至顶部排风口，从吊顶内的风管排出，这一循环在室内进行，外幕墙完全封闭。内循环双层通风幕墙的空气循环要靠机械系统，对设备有较高的要求；内循环双层通风幕墙的外幕墙通常采用中空玻璃，明框幕墙的铝型材应采用断热铝型材；内幕墙则采用单层玻璃幕墙或单层铝门窗；内外幕墙之间通道宽常为150mm300mm；为提高节能效果，通道内应设电动百页和电动卷帘。2外循环双层通风幕墙外循环双层通风幕墙的内层玻璃幕墙是封闭的，采用中空玻璃；外层幕墙
