喷雾式双层皮玻璃幕墙太阳辐射传递模型研究

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双层皮玻璃幕墙因其良好的美观性、透光性和自然亲近感被广泛应用于各类商业建筑中。它能显著地改善室内光环境,降低照明能耗,但也是建筑外围护结构节能的薄弱环节,大量的太阳辐射透过量,恶化了室内热环境,也极大的增加了空调能耗。在炎热的夏季,降低玻璃温度和太阳辐射透过率是降低建筑能耗的重要办法。喷雾式双层皮玻璃幕墙通过对空腔喷雾,使空腔中悬浮着颗粒状微小雾滴以及在两侧玻璃表面附着液滴,不仅能通过蒸发冷却有效降低玻璃温度,还能有效的降低太阳辐射透过率从而减少室内得热量。本文建立喷雾式双层皮玻璃幕墙系统太阳辐射传递模型,对喷雾式双层皮玻璃幕墙系统光学性能进行计算,对后续研究喷雾式双层皮玻璃幕墙的热工性能具有重要意义。首先,针对液滴和玻璃层的太阳辐射传递特点,建立附着液滴的单层玻璃太阳辐射传递模型。将入射的太阳辐射进行直、散分离,基于蒙特卡洛射线追踪法对直射辐射光学性能进行计算,同时将入射角进行离散,分别在各角度范围内采用蒙特卡洛射线追踪的直射辐射原理计算散射辐射光学性能。为了对模型进行验证,通过实验测试了液滴覆盖率和太阳入射角对附着液滴玻璃层光学性能的影响,并与模型计算结果进行比较。结果表明:实验结果与计算结果差别较小,总透过率最大误差仅为0.05左右,模型的准确性较高。附着液滴的玻璃能有效的降低太阳辐射透过率,且太阳辐射透过率随液滴覆盖率的增大而减小,随入射角的增大而减小。其次,建立附着液滴的多层玻璃透过系统的太阳辐射传递模型,将太阳辐射直、散分离,基于净辐射法,建立附着液滴的多层玻璃透过系统各层的太阳辐射能量平衡方程,计算其室内太阳辐射得热量。将数值计算结果与实验结果进行比较,验证了方法的正确性。用验证过的方法研究分析影响附着液滴的多层玻璃透过系统光学性能的重要因素。结果表明:太阳辐射入射角较小时,影响较小,入射角θi≥40°时,影响效果逐渐明显,且入射角越大,太阳辐射的透过率越小;液滴接触角较小或较大时,几乎没影响,当接触角40°<θc<140°时,太阳辐射透过率随着接触角的增大先减小后增大;增大液滴覆盖率和液滴平均粒径是降低太阳辐射透过率从而减少室内太阳辐射得热量的有效措施。最后,建立含气溶胶的双层皮玻璃幕墙系统的太阳辐射传递模型,基于Mie散射理论研究分析太阳辐射经过空腔雾滴层发生的透射,散射及吸收等光学传递过程。将太阳辐射进行直、散分离,利用净辐射法计算含气溶胶的双层皮玻璃幕墙系统的光学性能,通过实验验证模型的正确性。并利用验证过的方法研究分析影响含气溶胶的双层皮玻璃幕墙系统光学性能的重要因素,包括气溶胶颗粒(雾滴颗粒)的数量浓度、平均半径以及空腔距离。结果表明:太阳辐射透过率随着气溶胶数量浓度的增加而减小,反射率随气溶胶数量浓度的增加而增大,吸收率随气溶胶数量浓度的增加而增大;平均半径对含气溶胶的双层皮玻璃幕墙系统光学性能的影响规律与数量浓度相似;由于实际工程中空腔距离可变区间有限,空腔距离对含气溶胶的双层皮玻璃幕墙系统光学性能的影响较小。喷雾式双层皮玻璃幕墙系统能有效的降低太阳辐射透过率从而减少室内太阳辐射得热量。
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