一、概述
內循環主動式雙層
熱通道幕墻,具有良好的節能、環保和熱舒適性能,是從西歐引進到中國的。研究和應用實踐表明這種
節能幕墻是比較適合中國地域分布和中國國情的。這種幕墻早在2002年以來在國內開始應用.許多大型幕墻公司,設計并安裝出數十座這種幕墻,其總數超過世界其他地區的總產量(當然同時發展的外循環式即被動式
雙層幕墻其數量比內循環高出數倍),可以說這兩種幕墻在我國產量是世界第一,經過我們研究、調查這項技術性能指標尚沒有一家能達到國外研發的內外循環雙層幕墻所公布的性能;國外資料報道,外循環式雙層幕墻冬季節能為45%左右,夏天為42%,內循環式冬季、夏季平均為44%左右,在
遮陽性能,自動自然通鳳性能,也可自動、半自動控制,總熱舒適性很好,我國幾家大型幕墻公司生產的同樣產品熱動態性能和節能率約在20-29.5%,與國際同類產品有較大差距。
二、內循環雙層節能幕墻工作原理及參數測試
在
供暖和制冷時,傳統高性能
玻璃幕墻無法滿足室內舒適度和節能的大部分要求,因此更高效的玻璃幕墻便得到了發展=這種
新型玻璃幕墻的節能目標在于降低夏天的制冷壓力和減少冬天的熱損耗來改善節能效果,改善熱舒適度和改善
隔音效果,并且使日光效果達到最佳狀態。
在世界上,特別是在我國主動式內循環幕墻受到了很大的關注。在幕墻的兩層玻璃之間有一個自然或機械通風的單元空氣
腔體,為幕墻提供一個熱動力特性及
熱交換空間,在單元箱體內通過改變通風方式和調整安裝在通風層內
遮陽裝置的位置,適應室內外的
荷載,滿足不同使用者的要求,特別人性化要求的良好熱舒適性。
這項技術據稱可以持續發展,提高室內舒適狀況,減少能量損耗,但是這些問題卻沒有經過明確的認定為內循環稱為主動式工作原理,是采用熱動力
空氣循環受電控系統,陽光控制的組成,形成自動、半自動調節
節能環保參數的概念,這個控制總系統稱做“動態抽送熱風控制系統”因此內循環主動式雙層幕墻具有復雜的特性,且其內部熱流動力現象也十分復雜。它的流動熱交換變化是非定場非線型運動,無法用解析式描述它的運動工作規律,只能在熱功態、靜態模擬進行試驗。
本文經過半年的努力在已建成的內循環幕墻實例中,用M⒈ 1比例進行了冬季條件下試驗,詳見下面的實驗示意圖:
目前,不僅缺少可用于設計、分析
熱工特性資料,也缺少雙層幕墻與通風排風系統的設計工藝技術,甚至找國外先進國家的主動式幕墻的實驗數據也十分匱乏,而且不完整。
我們做了簡單的
熱通道雙層幕墻熱動態試驗,得到了有限監測的結果,證明了這些解決方案的技術難度非常大,并初步確定了最優化的參數試驗方法,要得到全面動態模擬設計參數,還要靠風洞及熱動態試驗來驗證。
監控幕墻要根據實際情況,根據國外稱監控幕墻可以被劃到“氣候幕墻”范疇。這種幕墻在歐洲很常見,幕墻生產商認為它是一種很有前景的節能環保幕墻,監控幕墻是一種特定優化單元式系統,包括:箱體外側透明雙層玻璃、內側鑲嵌軟
鋁百葉窗的通風氣孔、內側單層透明玻璃、軟鋁百葉
窗可以通過室外照明
傳感器來自動控制或者進行人工操控。
外部玻璃
固定后,出于維修和清潔的目的,內層玻璃可以打開。幕墻
單元板塊幾何尺寸一般寬1.2-1.8m,高2.7-3.9為宜,從一個熱流動動力觀察點來看,與鄰近板塊是完全分開的。帶有抽風、排風系統的幕墻及其操作方法,空氣槽被用作排氣道,室內空氣由氣孔底部進人,沿幕墻由下向頂部排出,幕墻可根據不同特定要求進行操控。在制冷期,流進氣孔的空氣會帶走部分熱荷載,減少室內環境的吸熱量,在夏天工作期間,室內溫度要維持在24℃-26℃ ,而排氣溫度常常會高于這一溫度,因此幕墻的空氣所載熱量會直接被排到室外。在冬天單元箱體將接受太陽
熱輻射獲得熱量,以蓄熱的形式形成了熱空氣場,通過循環將獲得的太陽熱能向室內輸送約3-4℃ 的熱空氣,使房問的溫度提高到20℃-22℃,達到了利用
太陽能的效果。
三、研發雙層幕墻電控系統設計和動態試驗的考量
天津華泰幕墻設計有限公司與中南幕墻公司聯合開發和解決了內循環式雙層
幕墻動態運行的程序和電控參數軟件編制,并開發技術應用到
內循環雙層幕墻實際設計k試驗方面上去,這樣填補了我國在動態試驗技術的空白。根據我們在仝國進行專利查新搜索中尚未發現這項技術的成果和專利,雖然我國設計和生產引進雙層幕墻已有十年的歷史,在國外技術封鎖的情況下,我國至今仍沒有系統丌發的主要原因是:
l、電控系統、管路自動跟蹤的伺服系統、自然
通風系統、遮陽系統自動跟蹤太陽行跡,遮陽百葉自動變位系統,以及隨機按各地當地氣象條件設計,都沒有認真設計,工藝技術水平極落后。
2、目前沒有國家、行業
設計標準和規范,更缺少科學試驗的數據,對多維變化熱動力通風參數計算,無任何依據,少量幕墻公司也做了一些試驗和熱動態電子計算機數字模擬計算,由于自相保密和科研力量不足,未能由專人主控研發機構,從我們獲得到他們試驗數據和試驗方法都存在嚴重問題,主要是對熱空氣進出口邊界條件,動態進排風口熱空氣流動特性,未按動相似準則進行模擬,室內外空氣流動的流場、流譜紊流渦旋、熱空氣在雙層幕墻箱體上外流動的各種損失系數、流速、流量、溫度、動壓分量、靜壓分量、溫度分布在外層、內層玻璃上變化規律等,均沒有認真計算和研究公開發布資料極少,目前國內雙層幕墻市場在
招標時將這方面設計一律建議“電空調系統來配套”由空調專業解決實踐證明是極不成功的。中科研院物理所進行了對某一個內循環幕墻進行很好模擬數計算和分析,取得很好成績,但幕墻公司在設計中給它們計算參數有欠缺,因此我國設計的內循環式雙層幕墻最好計算結果達到節能27%,與世界水平相關甚遠。
最近我們完成了研發初期的資料和控制盒以及模擬控制動態線路圖、管路、閥
門冬季工作動態式進行演示,我們正在安排進行夏季內循環幕墻M1:1的試驗。通過試驗找到了別最優化的設計參數,我們用半年的時間完成了動態M1:1比例動態試驗,取得了良好的效果,得到了寶貴的數據資料。
四、國內研發現狀
在國內研發自動、半自動內循環雙層幕墻控制系統,由天津市華泰幕墻公司和浙江中南幕墻公司聯手合作生產研發自動、半自動電控系統,解決了自動空氣循環,熱交換、自動跟蹤太陽運動軌跡,以及自動控制遮陽葉片的角度,更好的控制了不同季節的自動通風系統的正常工作。智能性的在冬季、夏季按照設計程序控制內循環雙層幕墻的熱氣流的運動和熱交換。進而掌握了對冬季、夏季的節能良好工作狀態、試驗方法和試驗體系。該系統工作穩定、設計合理、使用安全、試驗成本低廉是推動我國內循環雙層幕墻節能的動態試驗向前推進一步,取得了較大的發展,并為廣泛的應用做出了一些貢獻。當然我們第二代、第三代更為先進的電控系統也正在計劃研制階段。
五、未來研發計劃和服務
天津市華泰幕墻設計有限公司會同浙江中南幕墻股份公司將用兩年時間,研發下一代內循環雙層幕墻的控制系統方向如下:
1、研發節能高效的微型化電控多元自動、半自動對熱空氣,進、排系統設計,并研發控制配套系統成本下降25%的新產品,供給既有幕墻節能改造專用型的主動式雙層內循環幕墻的電控、熱空氣循環系統。
2、我們將在國內同中國建科院物理所合作,在北京、杭州建立既有幕墻內、外循環雙層幕墻熱工特性檢測中心
3、大量使用節能環保
新材料和新技術,力爭使新式第三代雙層內循環幕墻在全國分批逐步推廣,并改造現有幕墻幾千座的既有不節能的幕墻改造任務。
試驗曲線圖:
六、太陽能光伏發電技術將應用到內循環動態熱交換系統中具體做法 我們電動風機的電動容量為10W×4即40W,平均用電時間為6小時,這樣我們用
遮陽簾做載體,采用
光伏發電組件進行發電,對一個大型建筑物幾百扇窗發電總能儲存起來,同時部分來自屋面
太陽能發電建筑一體化系統當中,發出來的電進行補償,這樣遮陽簾升降、轉動以及電動風機自動控制的動作所需要的電源,完全可以不用從常規網中用電,達到了節省電能,經初步估計,這一項技術就可以提高節能效率3%左右,平時發電多余電能部分可以進行應急用燈用。
內循環中的雙通道幕墻所有的傳感器(一般10-14個)都可以得到太陽能發電的補償,但通過變換裝置與常規電網中的電源進行兼容。
我們沒有做夏季的試驗,但我們準各用2年時間實現太陽能發電與現有電網兼容的辦法,可以有信心的使用主動式內循環雙層幕墻節能效率達到42-45%,達到或接近國際先進水平。
七、結論
試驗目的:就是要使內循環箱體室內側的單層玻璃的第一面溫度與室內面第二面玻璃溫度差△t=5-4℃ 效果可以接受。
根據中國的具體情況以下的數據為最佳設計值:
1.冬季室內單層玻璃外表面與它室內面玻璃溫差不小于7℃
2 夏季室內單層玻璃外表面與它室內面玻璃溫差不小于5℃
3 從圖C看出內循環室內部玻璃在夏季平均中午在12-16時平均10-12℃ ,那么室內單層玻璃內
表面溫度應控制在5℃-6℃ ,因此試驗過程中不斷調節循環熱空氣流速速壓和電風機轉數便之達到這個平衡點c
4 從圖D中可看出元月份中午玻璃內表面溫度平均在14℃ 左右,因此要求室內玻璃表面溫度可調到6-7℃
5 我們在杭州中南幕墻公司的新建內循環冬季做的試驗平均達到室內玻璃溫度為3.8-4℃ ,折合節能率為33%左右,低于國際42%,高于國內的29.5%的效果。
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