一、概述
内循环主动式双层
热通道幕墙,具有良好的节能、环保和热舒适性能,是从西欧引进到中国的。研究和应用实践表明这种
节能幕墙是比较适合中国地域分布和中国国情的。这种幕墙早在2002年以来在国内开始应用.许多大型幕墙公司,设计并安装出数十座这种幕墙,其总数超过世界其他地区的总产量(当然同时发展的外循环式即被动式
双层幕墙其数量比内循环高出数倍),可以说这两种幕墙在我国产量是世界第一,经过我们研究、调查这项技术性能指标尚没有一家能达到国外研发的内外循环双层幕墙所公布的性能;国外资料报道,外循环式双层幕墙冬季节能为45%左右,夏天为42%,内循环式冬季、夏季平均为44%左右,在
遮阳性能,自动自然通凤性能,也可自动、半自动控制,总热舒适性很好,我国几家大型幕墙公司生产的同样产品热动态性能和节能率约在20-29.5%,与国际同类产品有较大差距。
二、内循环双层节能幕墙工作原理及参数测试
在
供暖和制冷时,传统高性能
玻璃幕墙无法满足室内舒适度和节能的大部分要求,因此更高效的玻璃幕墙便得到了发展=这种
新型玻璃幕墙的节能目标在于降低夏天的制冷压力和减少冬天的热损耗来改善节能效果,改善热舒适度和改善
隔音效果,并且使日光效果达到最佳状态。
在世界上,特别是在我国主动式内循环幕墙受到了很大的关注。在幕墙的两层玻璃之间有一个自然或机械通风的单元空气
腔体,为幕墙提供一个热动力特性及
热交换空间,在单元箱体内通过改变通风方式和调整安装在通风层内
遮阳装置的位置,适应室内外的
荷载,满足不同使用者的要求,特别人性化要求的良好热舒适性。
这项技术据称可以持续发展,提高室内舒适状况,减少能量损耗,但是这些问题却没有经过明确的认定为内循环称为主动式工作原理,是采用热动力
空气循环受电控系统,阳光控制的组成,形成自动、半自动调节
节能环保参数的概念,这个控制总系统称做“动态抽送热风控制系统”因此内循环主动式双层幕墙具有复杂的特性,且其内部热流动力现象也十分复杂。它的流动热交换变化是非定场非线型运动,无法用解析式描述它的运动工作规律,只能在热功态、静态模拟进行试验。
本文经过半年的努力在已建成的内循环幕墙实例中,用M⒈ 1比例进行了冬季条件下试验,详见下面的实验示意图:
目前,不仅缺少可用于设计、分析
热工特性资料,也缺少双层幕墙与通风排风系统的设计工艺技术,甚至找国外先进国家的主动式幕墙的实验数据也十分匮乏,而且不完整。
我们做了简单的
热通道双层幕墙热动态试验,得到了有限监测的结果,证明了这些解决方案的技术难度非常大,并初步确定了最优化的参数试验方法,要得到全面动态模拟设计参数,还要靠风洞及热动态试验来验证。
监控幕墙要根据实际情况,根据国外称监控幕墙可以被划到“气候幕墙”范畴。这种幕墙在欧洲很常见,幕墙生产商认为它是一种很有前景的节能环保幕墙,监控幕墙是一种特定优化单元式系统,包括:箱体外侧透明双层玻璃、内侧镶嵌软
铝百叶窗的通风气孔、内侧单层透明玻璃、软铝百叶
窗可以通过室外照明
传感器来自动控制或者进行人工操控。
外部玻璃
固定后,出于维修和清洁的目的,内层玻璃可以打开。幕墙
单元板块几何尺寸一般宽1.2-1.8m,高2.7-3.9为宜,从一个热流动动力观察点来看,与邻近板块是完全分开的。带有抽风、排风系统的幕墙及其操作方法,空气槽被用作排气道,室内空气由气孔底部进人,沿幕墙由下向顶部排出,幕墙可根据不同特定要求进行操控。在制冷期,流进气孔的空气会带走部分热荷载,减少室内环境的吸热量,在夏天工作期间,室内温度要维持在24℃-26℃ ,而排气温度常常会高于这一温度,因此幕墙的空气所载热量会直接被排到室外。在冬天单元箱体将接受太阳
热辐射获得热量,以蓄热的形式形成了热空气场,通过循环将获得的太阳热能向室内输送约3-4℃ 的热空气,使房问的温度提高到20℃-22℃,达到了利用
太阳能的效果。
三、研发双层幕墙电控系统设计和动态试验的考量
天津华泰幕墙设计有限公司与中南幕墙公司联合开发和解决了内循环式双层
幕墙动态运行的程序和电控参数软件编制,并开发技术应用到
内循环双层幕墙实际设计k试验方面上去,这样填补了我国在动态试验技术的空白。根据我们在仝国进行专利查新搜索中尚未发现这项技术的成果和专利,虽然我国设计和生产引进双层幕墙已有十年的历史,在国外技术封锁的情况下,我国至今仍没有系统丌发的主要原因是:
l、电控系统、管路自动跟踪的伺服系统、自然
通风系统、遮阳系统自动跟踪太阳行迹,遮阳百叶自动变位系统,以及随机按各地当地气象条件设计,都没有认真设计,工艺技术水平极落后。
2、目前没有国家、行业
设计标准和规范,更缺少科学试验的数据,对多维变化热动力通风参数计算,无任何依据,少量幕墙公司也做了一些试验和热动态电子计算机数字模拟计算,由于自相保密和科研力量不足,未能由专人主控研发机构,从我们获得到他们试验数据和试验方法都存在严重问题,主要是对热空气进出口边界条件,动态进排风口热空气流动特性,未按动相似准则进行模拟,室内外空气流动的流场、流谱紊流涡旋、热空气在双层幕墙箱体上外流动的各种损失系数、流速、流量、温度、动压分量、静压分量、温度分布在外层、内层玻璃上变化规律等,均没有认真计算和研究公开发布资料极少,目前国内双层幕墙市场在
招标时将这方面设计一律建议“电空调系统来配套”由空调专业解决实践证明是极不成功的。中科研院物理所进行了对某一个内循环幕墙进行很好模拟数计算和分析,取得很好成绩,但幕墙公司在设计中给它们计算参数有欠缺,因此我国设计的内循环式双层幕墙最好计算结果达到节能27%,与世界水平相关甚远。
最近我们完成了研发初期的资料和控制盒以及模拟控制动态线路图、管路、阀
门冬季工作动态式进行演示,我们正在安排进行夏季内循环幕墙M1:1的试验。通过试验找到了别最优化的设计参数,我们用半年的时间完成了动态M1:1比例动态试验,取得了良好的效果,得到了宝贵的数据资料。
四、国内研发现状
在国内研发自动、半自动内循环双层幕墙控制系统,由天津市华泰幕墙公司和浙江中南幕墙公司联手合作生产研发自动、半自动电控系统,解决了自动空气循环,热交换、自动跟踪太阳运动轨迹,以及自动控制遮阳叶片的角度,更好的控制了不同季节的自动通风系统的正常工作。智能性的在冬季、夏季按照设计程序控制内循环双层幕墙的热气流的运动和热交换。进而掌握了对冬季、夏季的节能良好工作状态、试验方法和试验体系。该系统工作稳定、设计合理、使用安全、试验成本低廉是推动我国内循环双层幕墙节能的动态试验向前推进一步,取得了较大的发展,并为广泛的应用做出了一些贡献。当然我们第二代、第三代更为先进的电控系统也正在计划研制阶段。
五、未来研发计划和服务
天津市华泰幕墙设计有限公司会同浙江中南幕墙股份公司将用两年时间,研发下一代内循环双层幕墙的控制系统方向如下:
1、研发节能高效的微型化电控多元自动、半自动对热空气,进、排系统设计,并研发控制配套系统成本下降25%的新产品,供给既有幕墙节能改造专用型的主动式双层内循环幕墙的电控、热空气循环系统。
2、我们将在国内同中国建科院物理所合作,在北京、杭州建立既有幕墙内、外循环双层幕墙热工特性检测中心
3、大量使用节能环保
新材料和新技术,力争使新式第三代双层内循环幕墙在全国分批逐步推广,并改造现有幕墙几千座的既有不节能的幕墙改造任务。
试验曲线图:
六、太阳能光伏发电技术将应用到内循环动态热交换系统中具体做法 我们电动风机的电动容量为10W×4即40W,平均用电时间为6小时,这样我们用
遮阳帘做载体,采用
光伏发电组件进行发电,对一个大型建筑物几百扇窗发电总能储存起来,同时部分来自屋面
太阳能发电建筑一体化系统当中,发出来的电进行补偿,这样遮阳帘升降、转动以及电动风机自动控制的动作所需要的电源,完全可以不用从常规网中用电,达到了节省电能,经初步估计,这一项技术就可以提高节能效率3%左右,平时发电多余电能部分可以进行应急用灯用。
内循环中的双通道幕墙所有的传感器(一般10-14个)都可以得到太阳能发电的补偿,但通过变换装置与常规电网中的电源进行兼容。
我们没有做夏季的试验,但我们准各用2年时间实现太阳能发电与现有电网兼容的办法,可以有信心的使用主动式内循环双层幕墙节能效率达到42-45%,达到或接近国际先进水平。
七、结论
试验目的:就是要使内循环箱体室内侧的单层玻璃的第一面温度与室内面第二面玻璃温度差△t=5-4℃ 效果可以接受。
根据中国的具体情况以下的数据为最佳设计值:
1.冬季室内单层玻璃外表面与它室内面玻璃温差不小于7℃
2 夏季室内单层玻璃外表面与它室内面玻璃温差不小于5℃
3 从图C看出内循环室内部玻璃在夏季平均中午在12-16时平均10-12℃ ,那么室内单层玻璃内
表面温度应控制在5℃-6℃ ,因此试验过程中不断调节循环热空气流速速压和电风机转数便之达到这个平衡点c
4 从图D中可看出元月份中午玻璃内表面温度平均在14℃ 左右,因此要求室内玻璃表面温度可调到6-7℃
5 我们在杭州中南幕墙公司的新建内循环冬季做的试验平均达到室内玻璃温度为3.8-4℃ ,折合节能率为33%左右,低于国际42%,高于国内的29.5%的效果。
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