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双层玻璃幕墙是传统玻璃幕墙的改进形式,因其具有时尚的外观、潜在的通风能力和良好的遮阳性能,目前已受到了大量关注。但是由于双层玻璃幕墙的传热机理复杂,现有的研究方法普遍存在着理论性过强、计算速度慢等问题,设计人员需要一个方便、快速且准确的方法在双层玻璃幕墙的设计阶段对其能耗特性进行评估。本文提出了一种基于CFD仿真技术和改进后的集总参数法的双层玻璃幕墙传热计算模型用于幕墙设计阶段的能耗计算,并用实验方法验证了可行性,主要内容如下:(1)在无太阳辐射的条件下对双层玻璃幕墙的传热系数进行了实验研究。通过一个实验尺寸的双层玻璃幕墙系统探究了影响其传热性能的因素。实验结果表明,空腔通风、室内外温差、季节模式和空腔深度均对双层玻璃幕墙的传热过程有显著影响;关闭空腔通风能使传热系数分别下降27%(夏季模式)和24%(冬季模式);而空腔深度对传热系数的影响同时取决于季节模式和温差,在冬季模式下,当温差高于10℃时,传热系数在空腔深度为20cm时达到最低,而在夏季模式下,当温差小于7℃时,深度为20cm的传热系数最低,但当温差高于12℃时,传热系数在深度为40cm时到达最低值,上述结果表明存在一个空腔深度能使得幕墙的绝热性能达到最佳值,总体而言本实验案例中所用双层玻璃幕墙的最佳深度为20cm。(2)使用CFD方法研究了全尺寸双层玻璃幕墙在无太阳辐射下的传热性能,在实验数据的基础上对CFD模型进行了验证。结果表明,空腔深度和立面高度均能显著影响传热系数的大小,随着空腔深度的增加,传热系数首先显著降低,直到空腔深度达到风口的大小,超过该尺寸后传热系数会开始增大并最终稳定下来,这表明双层玻璃幕墙的最佳空腔深度与风口大小相关。模拟研究还显示,双层玻璃幕墙与单层中空玻璃保温性能的优劣取决于空腔内外的自然对流强度,如果双层玻璃幕墙空腔内的自然对流足够强,从而使内层中空玻璃外表面的传热系数大于外层玻璃外表面的传热系数,则其保温性能将比单纯中空玻璃更差;相反,如果是在室外风速比较高的情况下,使得外层玻璃外表面的传热系数大于空腔内中空玻璃外表面的传热系数,则双层玻璃幕墙的绝热效果会更好。(3)基于改进的集总参数法建立了双层玻璃幕墙的传热模型。该模型将外层玻璃与通风空腔简化为外界环境作用的一部分,并建立了空腔传热系数和太阳辐射的数值关系,使得传热计算得到简化,在保证一定准确度的前提下降低了计算量,适合在设计阶段对双层玻璃幕墙的能耗进行评估。同时,搭建了尺寸为1.3m×1.1m×0.88m的双层玻璃幕墙动态实验装置,通过实测数据验证了该模型的准确性。在实验和模拟研究的基础上讨论了室内得热量与太阳辐射强度和内层玻璃温度、室内气温之间的关系,并拟合得到了用于计算室内得热量的线性公式。(4)提出了有太阳辐射条件下自然通风双层玻璃幕墙的CFD模型,并使用CFD方法获得了空腔内的传热系数。结合上文所述的动态传热模型,本文建立了双层玻璃幕墙在设计阶段的能耗估算方法,主要过程包括:输入边界参数、利用CFD模型和动态传热模型预测内层玻璃温度以及室内气温、利用线性公式计算逐时室内得热量。本文通过实验和CFD方法对双层玻璃幕墙的传热过程进行了研究,并建立了双层玻璃幕墙的能耗计算方法,该方法结合了 CFD技术的准确性以及集总参数法简便快捷的特点,既能满足工程精度的需要,又可以简化计算过程、便于工程人员掌握,适合用于幕墙的设计阶段。