寒冷地區(qū)呼吸式幕墻熱工性能的多維剖析與優(yōu)化策略一、引言1.1研究背景與意義1.1.1寒冷地區(qū)建筑節(jié)能需求在全球倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的大背景下，建筑節(jié)能已成為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境挑戰(zhàn)的關(guān)鍵領(lǐng)域。寒冷地區(qū)，由于冬季漫長(zhǎng)且氣候寒冷，建筑供暖成為能源消耗的主要部分。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在我國(guó)北方寒冷地區(qū)，建筑能耗中供暖能耗占比可高達(dá)60%-70%。以哈爾濱為例，冬季平均氣溫在-15℃左右，為維持室內(nèi)舒適溫度（通常為18℃-22℃），建筑需消耗大量的煤炭、天然氣等能源用于供暖。這不僅導(dǎo)致了能源的大量消耗，增加了居民和企業(yè)的能源支出，還帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，如煤炭燃燒產(chǎn)生的二氧化硫、氮氧化物和顆粒物等污染物，對(duì)空氣質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境造成了極大的破壞。傳統(tǒng)的建筑幕墻在寒冷地區(qū)的保溫隔熱性能存在一定的局限性，難以有效阻擋室外冷空氣的侵入和室內(nèi)熱量的散失。隨著建筑能耗問題的日益突出，研發(fā)和應(yīng)用高效節(jié)能的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)成為寒冷地區(qū)建筑可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。呼吸式幕墻作為一種新型的建筑幕墻形式，以其獨(dú)特的構(gòu)造和工作原理，為寒冷地區(qū)建筑節(jié)能提供了新的解決方案。1.1.2呼吸式幕墻的發(fā)展與應(yīng)用呼吸式幕墻起源于20世紀(jì)90年代的歐洲，最初是為了解決建筑能耗和室內(nèi)環(huán)境問題而提出的。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和環(huán)保意識(shí)的提高，呼吸式幕墻逐漸得到廣泛應(yīng)用和推廣，其構(gòu)造形式、材料選擇、控制系統(tǒng)等方面也不斷得到優(yōu)化和改進(jìn)。在全球范圍內(nèi)，呼吸式幕墻已被應(yīng)用于各種類型的建筑中，如辦公建筑、商業(yè)建筑、酒店建筑等。在寒冷地區(qū)，呼吸式幕墻的應(yīng)用尤為受到關(guān)注。例如，位于瑞典斯德哥爾摩的某辦公大樓，采用了呼吸式幕墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。該幕墻通過內(nèi)外兩層幕墻之間的空氣循環(huán)，有效利用了太陽(yáng)能，在冬季減少了供暖能耗，同時(shí)在夏季也能通過自然通風(fēng)降低室內(nèi)溫度，提高了室內(nèi)舒適度。在我國(guó)，隨著建筑節(jié)能政策的不斷推進(jìn)，呼吸式幕墻的應(yīng)用也逐漸增多。在北京、哈爾濱、長(zhǎng)春等寒冷地區(qū)的一些建筑項(xiàng)目中，呼吸式幕墻得到了成功應(yīng)用。然而，目前呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)的應(yīng)用還存在一些問題，如設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致節(jié)能效果不佳、運(yùn)行維護(hù)成本較高等。因此，深入研究呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)的熱工性能，對(duì)于優(yōu)化其設(shè)計(jì)、提高節(jié)能效果、降低運(yùn)行成本具有重要的理論和實(shí)踐意義，有助于推動(dòng)呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)寒冷地區(qū)建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展。1.2研究目的與創(chuàng)新點(diǎn)1.2.1研究目的本研究旨在深入探究呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)的熱工性能，全面剖析其在不同季節(jié)、不同氣候條件下的傳熱、隔熱、通風(fēng)等特性。通過理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，精確獲取呼吸式幕墻的熱工參數(shù)，如傳熱系數(shù)、遮陽(yáng)系數(shù)、空氣滲透系數(shù)等，揭示其熱工性能的影響因素和作用機(jī)制?；趯?duì)熱工性能的研究結(jié)果，為呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。從幕墻的結(jié)構(gòu)形式、材料選擇、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面入手，提出針對(duì)性的優(yōu)化策略，以提高呼吸式幕墻的保溫隔熱性能，降低建筑能耗，提升室內(nèi)舒適度。同時(shí)，通過對(duì)不同設(shè)計(jì)方案的能耗模擬和經(jīng)濟(jì)分析，評(píng)估優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益，為寒冷地區(qū)建筑采用呼吸式幕墻提供技術(shù)支持和決策參考，推動(dòng)呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)的廣泛應(yīng)用和可持續(xù)發(fā)展。1.2.2創(chuàng)新點(diǎn)本研究從多維度對(duì)呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)的熱工性能進(jìn)行分析。不僅關(guān)注幕墻在冬季的保溫性能，還深入研究其在過渡季節(jié)和夏季的隔熱、通風(fēng)性能，全面評(píng)估呼吸式幕墻在不同季節(jié)對(duì)建筑能耗和室內(nèi)環(huán)境的影響。在研究過程中，綜合考慮太陽(yáng)輻射、室外溫度、風(fēng)速、室內(nèi)熱負(fù)荷等多種因素對(duì)呼吸式幕墻熱工性能的耦合作用，突破以往單一因素研究的局限性，更真實(shí)地反映幕墻在實(shí)際運(yùn)行中的熱工特性。本研究結(jié)合新的模擬技術(shù)，如采用先進(jìn)的計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件，對(duì)呼吸式幕墻內(nèi)部的空氣流動(dòng)和熱量傳遞進(jìn)行高精度模擬，更直觀、準(zhǔn)確地揭示幕墻內(nèi)部的熱工過程。同時(shí)，運(yùn)用建筑能耗模擬軟件，對(duì)采用呼吸式幕墻的建筑全年能耗進(jìn)行模擬分析，評(píng)估幕墻的節(jié)能效果。在實(shí)驗(yàn)研究方面，采用先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備和實(shí)驗(yàn)方法，如紅外熱成像技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)幕墻表面的溫度分布，獲取更全面、準(zhǔn)確的熱工數(shù)據(jù)，為模擬結(jié)果提供有力的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本研究通過多因素變量控制實(shí)驗(yàn)和深入的理論分析，挖掘影響呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)熱工性能的潛在因素，如幕墻空氣層內(nèi)的氣流組織形式、遮陽(yáng)設(shè)施的位置和角度、材料的光學(xué)性能等。針對(duì)這些潛在因素，提出新的設(shè)計(jì)理念和改進(jìn)措施，為呼吸式幕墻的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供理論支持，推動(dòng)呼吸式幕墻技術(shù)在寒冷地區(qū)的發(fā)展和創(chuàng)新。1.3研究方法與技術(shù)路線1.3.1研究方法實(shí)驗(yàn)測(cè)試：在寒冷地區(qū)選擇典型的建筑項(xiàng)目，安裝呼吸式幕墻試件。運(yùn)用高精度的溫度傳感器、熱流計(jì)、風(fēng)速儀等設(shè)備，對(duì)呼吸式幕墻在不同季節(jié)、不同天氣條件下的熱工參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。例如，在冬季，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)幕墻內(nèi)外表面溫度、空氣層溫度、熱流密度等，以獲取幕墻在實(shí)際運(yùn)行中的熱傳遞數(shù)據(jù)；在過渡季節(jié)和夏季，監(jiān)測(cè)自然通風(fēng)條件下幕墻的通風(fēng)量、室內(nèi)外空氣溫度和濕度變化等，為分析幕墻的通風(fēng)隔熱性能提供依據(jù)。同時(shí)，通過改變幕墻的運(yùn)行參數(shù)，如通風(fēng)口的開啟大小、遮陽(yáng)設(shè)施的狀態(tài)等，研究其對(duì)熱工性能的影響。數(shù)值模擬：利用專業(yè)的建筑熱工模擬軟件，如EnergyPlus、DeST等，建立呼吸式幕墻的數(shù)學(xué)模型。在模型中，精確設(shè)定幕墻的材料屬性、結(jié)構(gòu)參數(shù)、邊界條件等，模擬幕墻在不同工況下的熱工性能。通過模擬，可以全面分析太陽(yáng)輻射、室外溫度、風(fēng)速、室內(nèi)熱負(fù)荷等多種因素對(duì)呼吸式幕墻熱工性能的影響。例如，運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法，模擬幕墻空氣層內(nèi)的氣流組織和熱量傳遞過程，直觀展示空氣流動(dòng)和溫度分布情況，深入探究幕墻的熱工機(jī)理。此外，通過對(duì)不同設(shè)計(jì)方案的模擬對(duì)比，優(yōu)化幕墻的設(shè)計(jì)參數(shù)，提高其節(jié)能效果。案例分析：收集國(guó)內(nèi)外寒冷地區(qū)采用呼吸式幕墻的建筑案例，對(duì)其設(shè)計(jì)方案、施工過程、運(yùn)行管理和實(shí)際能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析。通過案例分析，總結(jié)呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)和存在的問題，為本文的研究提供實(shí)踐參考。例如，分析某些案例中呼吸式幕墻在冬季供暖期間的節(jié)能效果，以及在夏季和過渡季節(jié)對(duì)室內(nèi)舒適度的影響；研究不同案例中幕墻的結(jié)構(gòu)形式、材料選擇、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等與熱工性能之間的關(guān)系，為提出針對(duì)性的優(yōu)化建議提供依據(jù)。1.3.2技術(shù)路線本研究的技術(shù)路線如圖1所示。首先，進(jìn)行理論研究，廣泛查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，深入了解呼吸式幕墻的發(fā)展現(xiàn)狀、工作原理、熱工性能相關(guān)理論以及在寒冷地區(qū)的應(yīng)用情況，為后續(xù)研究奠定理論基礎(chǔ)。在理論研究的基礎(chǔ)上，開展實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值模擬工作。一方面，在寒冷地區(qū)搭建呼吸式幕墻實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，獲取實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)；另一方面，利用模擬軟件建立呼吸式幕墻的數(shù)值模型，進(jìn)行模擬分析。將實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，確保模擬模型的準(zhǔn)確性和可靠性。基于實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值模擬的結(jié)果，進(jìn)行綜合分析。研究呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)不同季節(jié)的熱工性能，剖析其影響因素和作用機(jī)制。根據(jù)分析結(jié)果，從幕墻的結(jié)構(gòu)形式、材料選擇、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面提出優(yōu)化建議，為呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。最后，對(duì)研究成果進(jìn)行總結(jié)和展望，為未來的研究方向提供參考。[此處插入技術(shù)路線圖]圖1技術(shù)路線圖[此處插入技術(shù)路線圖]圖1技術(shù)路線圖圖1技術(shù)路線圖二、呼吸式幕墻概述2.1呼吸式幕墻的工作原理2.1.1基本構(gòu)造呼吸式幕墻主要由外層幕墻、內(nèi)層幕墻和中間的通風(fēng)腔組成。外層幕墻通常采用通透性較好的玻璃材質(zhì)，如單片玻璃或中空玻璃，其主要作用是抵御外界的自然環(huán)境因素，如風(fēng)雨、沙塵等，同時(shí)能夠讓陽(yáng)光充分照射進(jìn)入通風(fēng)腔。以某采用呼吸式幕墻的建筑為例，其外層幕墻選用了6mm厚的單片透明玻璃，這種玻璃具有較高的透光率，能夠保證充足的自然采光，為通風(fēng)腔內(nèi)的空氣加熱和溫室效應(yīng)的形成創(chuàng)造條件。內(nèi)層幕墻則更注重保溫隔熱和隔音性能，常采用中空玻璃或Low-E玻璃搭配隔熱型材。中空玻璃內(nèi)部的空氣層或惰性氣體層可以有效阻擋熱量的傳遞，Low-E玻璃具有低輻射率，能減少熱量的輻射傳遞。例如，某寒冷地區(qū)建筑的內(nèi)層幕墻采用了5+12A+5的中空Low-E玻璃，這種配置大大降低了室內(nèi)外的熱量交換，提高了建筑的保溫性能。通風(fēng)腔位于內(nèi)外層幕墻之間，是呼吸式幕墻實(shí)現(xiàn)熱工性能的關(guān)鍵部分，其寬度一般在100-600mm之間。通風(fēng)腔的存在為空氣的流通提供了空間，通過合理設(shè)置進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口，實(shí)現(xiàn)空氣的自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)。在一些建筑中，通風(fēng)腔寬度設(shè)計(jì)為300mm，既能保證空氣有足夠的流通空間，又不會(huì)過多占用建筑空間，影響建筑的使用面積和外觀效果。此外，呼吸式幕墻還配備了通風(fēng)系統(tǒng)，包括進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口、風(fēng)機(jī)（在機(jī)械通風(fēng)情況下）以及相關(guān)的控制裝置。進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口的位置和大小設(shè)計(jì)會(huì)影響通風(fēng)效果，通常進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在下部，排風(fēng)口設(shè)置在上部，以利用熱空氣上升的原理促進(jìn)空氣自然流通?？刂蒲b置則根據(jù)室內(nèi)外的溫度、濕度、光照等條件，自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)口的開啟程度和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)幕墻的智能化運(yùn)行。2.1.2工作機(jī)制呼吸式幕墻的工作機(jī)制主要基于煙囪效應(yīng)和溫室效應(yīng)。在冬季，當(dāng)陽(yáng)光照射到外層幕墻時(shí)，通風(fēng)腔內(nèi)的空氣被加熱，溫度升高。由于熱空氣密度小，會(huì)自然上升，形成向上的氣流，這就是煙囪效應(yīng)。此時(shí)，關(guān)閉通風(fēng)腔的排風(fēng)口，使熱空氣積聚在通風(fēng)腔內(nèi)，形成一個(gè)溫度較高的空間，即溫室效應(yīng)。通風(fēng)腔內(nèi)的高溫空氣通過內(nèi)層幕墻向室內(nèi)傳遞熱量，提高室內(nèi)溫度，減少室內(nèi)供暖的能耗。同時(shí)，內(nèi)層幕墻的隔熱性能可以有效阻擋室內(nèi)熱量向外散失，進(jìn)一步增強(qiáng)保溫效果。例如，在哈爾濱某采用呼吸式幕墻的建筑中，冬季通過這種工作機(jī)制，室內(nèi)溫度在不增加供暖能耗的情況下，平均提高了2-3℃。在夏季，打開通風(fēng)腔的進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口，陽(yáng)光照射使通風(fēng)腔內(nèi)的空氣溫度升高，熱空氣在煙囪效應(yīng)的作用下迅速上升并從排風(fēng)口排出。同時(shí)，室外的冷空氣從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入通風(fēng)腔，不斷帶走通風(fēng)腔內(nèi)的熱量，降低內(nèi)層幕墻的外表面溫度。由于內(nèi)層幕墻溫度降低，減少了向室內(nèi)傳遞的熱量，從而降低室內(nèi)空調(diào)制冷的負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能的目的。據(jù)測(cè)試，在炎熱的夏季，采用呼吸式幕墻的建筑室內(nèi)空調(diào)能耗相比傳統(tǒng)幕墻建筑可降低20%-30%。在過渡季節(jié)，根據(jù)室內(nèi)外的氣候條件和室內(nèi)的需求，靈活調(diào)節(jié)通風(fēng)口的開啟程度。當(dāng)室外空氣溫度適宜時(shí)，完全打開通風(fēng)口，利用自然通風(fēng)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外空氣的交換，為室內(nèi)提供新鮮空氣，提高室內(nèi)舒適度，同時(shí)減少空調(diào)和通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行能耗。例如，在春季和秋季的一些晴朗天氣，通過自然通風(fēng)，室內(nèi)可以保持舒適的溫度和良好的空氣質(zhì)量，無需開啟空調(diào)設(shè)備。2.2呼吸式幕墻的分類2.2.1封閉式內(nèi)循環(huán)體系封閉式內(nèi)循環(huán)體系呼吸式幕墻尤其適用于寒冷地區(qū)。在這些地區(qū)，冬季漫長(zhǎng)且寒冷，建筑需要最大限度地減少熱量散失，維持室內(nèi)溫暖。該體系的外層幕墻原則上完全封閉，一般由斷熱型材與中空玻璃組成。斷熱型材能夠有效阻止熱量通過型材傳導(dǎo)，中空玻璃內(nèi)部的空氣層或惰性氣體層具有良好的隔熱性能，進(jìn)一步降低了熱量的傳遞。例如，在哈爾濱某建筑中，外層幕墻采用了斷熱鋁合金型材搭配5+12A+5的中空玻璃，大大提高了幕墻的保溫性能。內(nèi)層一般為單層玻璃組成的玻璃幕墻或可開啟窗，可開啟窗的設(shè)計(jì)方便了對(duì)外層幕墻的清洗維護(hù)。兩層幕墻之間的通風(fēng)換氣層一般為100-200毫米，這個(gè)空間雖小，但在節(jié)能過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通風(fēng)換氣層與吊頂部位設(shè)置的暖通系統(tǒng)抽風(fēng)管相連，形成自下而上的強(qiáng)制性空氣循環(huán)。在冬季，室內(nèi)空氣通過內(nèi)層玻璃下部的通風(fēng)口進(jìn)入換氣層，在抽風(fēng)管的作用下，空氣在換氣層中流動(dòng)。由于室內(nèi)空氣溫度較高，在流動(dòng)過程中，不斷將熱量傳遞給內(nèi)層幕墻，使內(nèi)側(cè)幕墻玻璃溫度達(dá)到或接近室內(nèi)溫度。這樣一來，在室內(nèi)與室外之間形成了一個(gè)溫度緩沖區(qū)域，減少了室內(nèi)熱量向外散失的速率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。在通風(fēng)換氣層內(nèi)設(shè)置可調(diào)控的百頁(yè)窗或垂簾，可有效地調(diào)節(jié)日照遮陽(yáng)。在白天陽(yáng)光強(qiáng)烈時(shí)，將百頁(yè)窗或垂簾調(diào)整到合適角度，阻擋部分陽(yáng)光直射進(jìn)入室內(nèi)，減少室內(nèi)的得熱量，避免室內(nèi)溫度過高，降低空調(diào)制冷負(fù)荷。而在冬季陽(yáng)光較弱且需要更多熱量時(shí)，將其打開，讓陽(yáng)光充分照射進(jìn)入室內(nèi)，提高室內(nèi)溫度，利用太陽(yáng)能輔助供暖。據(jù)英國(guó)勞氏船社總部大廈及美國(guó)西方化學(xué)中心大廈的使用案例來看，封閉式內(nèi)循環(huán)體系呼吸式幕墻的節(jié)能效果較傳統(tǒng)單層幕墻相比達(dá)50%以上，充分展示了其在寒冷地區(qū)節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)。2.2.2敞開式外循環(huán)體系敞開式外循環(huán)體系呼吸式幕墻的外層是單層玻璃與非斷熱型材組成的玻璃幕墻，內(nèi)層是由中空玻璃與斷熱型材組成的幕墻。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得幕墻在不同季節(jié)能夠發(fā)揮不同的節(jié)能作用。內(nèi)外兩層幕墻形成的通風(fēng)換氣層兩端裝有進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)裝置，通道內(nèi)還可設(shè)置百頁(yè)等遮陽(yáng)裝置，增加了幕墻功能的多樣性和靈活性。在冬季，關(guān)閉通風(fēng)層兩端的進(jìn)排風(fēng)口，換氣層中的空氣在陽(yáng)光的照射下溫度升高，形成一個(gè)溫室。陽(yáng)光透過外層單層玻璃，加熱了換氣層內(nèi)的空氣，使空氣溫度上升。由于進(jìn)排風(fēng)口關(guān)閉，熱空氣積聚在換氣層內(nèi)，有效地提高了內(nèi)層玻璃的溫度。內(nèi)層玻璃溫度升高后，減少了室內(nèi)與室外的溫差，從而降低了室內(nèi)熱量通過內(nèi)層幕墻向外散失的速率，減少了建筑物的采暖費(fèi)用。例如，在沈陽(yáng)某采用敞開式外循環(huán)呼吸式幕墻的建筑中，冬季通過這種方式，室內(nèi)采暖能耗相比傳統(tǒng)幕墻建筑降低了約30%。在夏季，打開換氣層的進(jìn)排風(fēng)口，在陽(yáng)光的照射下?lián)Q氣層空氣溫度升高自然上浮，形成自下而上的空氣流，這就是煙囪效應(yīng)。熱空氣不斷上升并從排風(fēng)口排出，同時(shí)室外的冷空氣從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入換氣層，持續(xù)帶走通道內(nèi)的熱量，降低內(nèi)層玻璃表面的溫度。內(nèi)層玻璃表面溫度降低后，減少了向室內(nèi)傳遞的熱量，降低了室內(nèi)空調(diào)制冷的負(fù)荷，節(jié)約了能源。據(jù)相關(guān)測(cè)試，在炎熱的夏季，采用該體系的建筑室內(nèi)空調(diào)能耗相比傳統(tǒng)幕墻建筑可降低25%-35%。此外，通過對(duì)進(jìn)排風(fēng)口的控制以及對(duì)內(nèi)層幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，還能達(dá)到由通風(fēng)層向室內(nèi)輸送新鮮空氣的目的，從而優(yōu)化建筑通風(fēng)質(zhì)量。在過渡季節(jié)，當(dāng)室外空氣溫度適宜時(shí)，打開進(jìn)排風(fēng)口，利用自然通風(fēng)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外空氣的交換，為室內(nèi)提供新鮮空氣，提高室內(nèi)舒適度，減少空調(diào)和通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行能耗。在春秋季的一些天氣條件下，通過合理調(diào)節(jié)進(jìn)排風(fēng)口，室內(nèi)可以保持良好的空氣質(zhì)量和舒適的溫度，無需開啟空調(diào)設(shè)備，進(jìn)一步體現(xiàn)了其節(jié)能和提高室內(nèi)舒適度的優(yōu)勢(shì)。2.3呼吸式幕墻熱工性能相關(guān)理論基礎(chǔ)2.3.1傳熱學(xué)原理在呼吸式幕墻中，傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種傳熱方式同時(shí)存在，相互作用，共同影響著幕墻的熱工性能。傳導(dǎo)傳熱是指熱量通過物體內(nèi)部微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)，從高溫區(qū)域向低溫區(qū)域傳遞的過程。在呼吸式幕墻中，幕墻的各種材料，如玻璃、金屬型材等，都是熱傳導(dǎo)的介質(zhì)。以玻璃為例，其導(dǎo)熱系數(shù)是衡量傳導(dǎo)傳熱能力的重要參數(shù)。普通玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較高，熱量容易通過玻璃傳導(dǎo)。而采用中空玻璃或Low-E玻璃時(shí)，由于中空層內(nèi)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)低，或Low-E玻璃表面的低輻射膜能有效阻擋熱量的輻射傳遞，從而降低了玻璃整體的傳導(dǎo)傳熱。金屬型材的導(dǎo)熱系數(shù)一般較高，如果不采取隔熱措施，會(huì)成為熱量傳導(dǎo)的“熱橋”，導(dǎo)致大量熱量散失或傳入室內(nèi)。因此，在呼吸式幕墻中，常采用斷熱型材，如在鋁合金型材中加入隔熱條，阻斷金屬的熱傳導(dǎo)路徑，減少熱量的傳導(dǎo)損失。對(duì)流傳熱是指由于流體（如空氣）中質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位移而引起的熱量傳遞過程。在呼吸式幕墻的通風(fēng)腔內(nèi)，空氣的流動(dòng)形成了對(duì)流傳熱。當(dāng)通風(fēng)腔內(nèi)的空氣受熱時(shí)，密度減小，會(huì)自然上升，形成向上的氣流；而較冷的空氣則會(huì)補(bǔ)充進(jìn)來，形成對(duì)流循環(huán)。這種對(duì)流換熱在呼吸式幕墻的熱工性能中起著關(guān)鍵作用。在夏季，通過開啟通風(fēng)口，增強(qiáng)通風(fēng)腔內(nèi)的空氣對(duì)流，能夠快速帶走太陽(yáng)輻射和室內(nèi)傳遞到通風(fēng)腔的熱量，降低內(nèi)層幕墻的溫度，減少熱量向室內(nèi)的傳遞，從而降低室內(nèi)空調(diào)制冷負(fù)荷。在冬季，合理控制通風(fēng)腔內(nèi)的空氣對(duì)流，使熱空氣在通風(fēng)腔內(nèi)積聚，形成溫室效應(yīng)，提高內(nèi)層幕墻的溫度，減少室內(nèi)熱量的散失，起到保溫作用。輻射傳熱是指物體通過電磁波來傳遞能量的過程。在呼吸式幕墻中，太陽(yáng)輻射是主要的輻射熱源。陽(yáng)光照射到外層幕墻時(shí)，一部分被反射，一部分被吸收，還有一部分透過外層幕墻進(jìn)入通風(fēng)腔和室內(nèi)。被幕墻材料吸收的太陽(yáng)輻射能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，使幕墻溫度升高，進(jìn)而通過傳導(dǎo)和對(duì)流的方式傳遞熱量。同時(shí)，幕墻各部分之間以及幕墻與室內(nèi)外環(huán)境之間也存在著熱輻射交換。例如，內(nèi)層幕墻會(huì)向室內(nèi)輻射熱量，在冬季可以提高室內(nèi)溫度；而在夏季，如果內(nèi)層幕墻溫度過高，會(huì)向室內(nèi)輻射過多的熱量，增加室內(nèi)制冷負(fù)擔(dān)。采用具有低輻射率的玻璃，如Low-E玻璃，能夠有效減少輻射傳熱，降低太陽(yáng)輻射對(duì)室內(nèi)溫度的影響。2.3.2空氣動(dòng)力學(xué)原理空氣流動(dòng)對(duì)呼吸式幕墻的熱工性能有著重要影響，其中通風(fēng)量與熱交換效率之間存在著密切的關(guān)系。通風(fēng)量是指單位時(shí)間內(nèi)通過呼吸式幕墻通風(fēng)腔的空氣體積。通風(fēng)量的大小直接影響著幕墻的熱交換效率。在夏季，較大的通風(fēng)量能夠更有效地帶走通風(fēng)腔內(nèi)的熱量，增強(qiáng)熱交換效率，降低內(nèi)層幕墻的溫度，從而減少熱量向室內(nèi)的傳遞。當(dāng)通風(fēng)量不足時(shí)，通風(fēng)腔內(nèi)的熱量無法及時(shí)排出，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)層幕墻溫度升高，室內(nèi)空調(diào)制冷負(fù)荷增加。根據(jù)相關(guān)研究和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)通風(fēng)量達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，熱交換效率會(huì)隨著通風(fēng)量的增加而顯著提高。例如，在某實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)通風(fēng)量從0.5m3/（m2?s）增加到1.0m3/（m2?s）時(shí)，內(nèi)層幕墻表面溫度降低了3-5℃，室內(nèi)空調(diào)制冷負(fù)荷降低了約15%。然而，通風(fēng)量并非越大越好。過大的通風(fēng)量可能會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)外空氣交換過于頻繁，在冬季會(huì)使室內(nèi)熱量大量散失，增加供暖能耗；同時(shí)，過大的通風(fēng)量還可能會(huì)引起通風(fēng)噪聲，影響室內(nèi)的聲學(xué)環(huán)境。因此，需要根據(jù)不同季節(jié)和室內(nèi)外環(huán)境條件，合理控制通風(fēng)量。在冬季，適當(dāng)減小通風(fēng)量，以保持通風(fēng)腔內(nèi)的熱量，利用溫室效應(yīng)提高內(nèi)層幕墻溫度，減少室內(nèi)熱量散失；在過渡季節(jié)，根據(jù)室內(nèi)外溫度和舒適度需求，靈活調(diào)節(jié)通風(fēng)量，充分利用自然通風(fēng)，降低空調(diào)和通風(fēng)設(shè)備的能耗。通風(fēng)腔內(nèi)的空氣流動(dòng)狀態(tài)也會(huì)影響熱交換效率。良好的氣流組織能夠使空氣在通風(fēng)腔內(nèi)均勻分布，充分與幕墻表面進(jìn)行熱交換，提高熱交換效率。如果通風(fēng)腔內(nèi)存在氣流死角或短路現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致部分區(qū)域的空氣無法有效參與熱交換，降低整體熱交換效率。通過合理設(shè)計(jì)通風(fēng)口的位置、大小和形狀，以及在通風(fēng)腔內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流板等措施，可以優(yōu)化氣流組織，提高空氣流動(dòng)的均勻性和熱交換效率。例如，將進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在通風(fēng)腔底部的不同位置，或采用百葉式進(jìn)風(fēng)口，可以使空氣更均勻地進(jìn)入通風(fēng)腔；在通風(fēng)腔內(nèi)設(shè)置適當(dāng)?shù)膶?dǎo)流板，能夠引導(dǎo)空氣按照預(yù)期的路徑流動(dòng)，避免氣流短路，增強(qiáng)熱交換效果。三、寒冷地區(qū)氣候特征對(duì)幕墻熱工性能的影響3.1寒冷地區(qū)氣候特點(diǎn)分析3.1.1溫度變化寒冷地區(qū)的冬季往往十分漫長(zhǎng)，且低溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，這對(duì)幕墻的保溫性能提出了極高的要求。以我國(guó)東北地區(qū)為例，冬季平均氣溫常常在-10℃至-20℃之間，極端低溫甚至可達(dá)-30℃以下。在如此寒冷的環(huán)境下，幕墻若不能有效阻擋室外冷空氣的侵入，室內(nèi)熱量將會(huì)大量散失，導(dǎo)致供暖能耗急劇增加。研究表明，當(dāng)室外溫度每降低1℃，建筑供暖能耗約增加3%-5%。例如，在哈爾濱的某建筑中，由于幕墻保溫性能不佳，冬季供暖能耗比采用高性能保溫幕墻的建筑高出20%左右。晝夜溫差大也是寒冷地區(qū)的典型溫度特征之一。在一些寒冷地區(qū)，晝夜溫差可達(dá)10℃-15℃。白天，太陽(yáng)輻射使建筑表面溫度升高，幕墻吸收熱量；夜晚，溫度急劇下降，幕墻又迅速散熱。這種頻繁的溫度變化會(huì)使幕墻材料產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，長(zhǎng)期作用下，容易導(dǎo)致幕墻結(jié)構(gòu)變形、密封材料老化開裂，進(jìn)而影響幕墻的氣密性和水密性，降低其熱工性能。例如，某寒冷地區(qū)建筑的幕墻，由于晝夜溫差的影響，使用3年后，部分密封膠條出現(xiàn)了開裂現(xiàn)象，空氣滲透量增加了30%，導(dǎo)致室內(nèi)熱量散失加劇，供暖能耗上升。此外，溫度的劇烈變化還會(huì)對(duì)幕墻的玻璃產(chǎn)生影響。玻璃是熱的不良導(dǎo)體，在溫度驟變時(shí)，玻璃內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力超過玻璃的承受極限時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致玻璃破裂。在寒冷地區(qū)的冬季，因溫度變化而引發(fā)的玻璃破裂事故時(shí)有發(fā)生。這不僅影響了幕墻的正常使用，還存在安全隱患，需要及時(shí)更換玻璃，增加了維護(hù)成本。3.1.2太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和角度的季節(jié)性變化對(duì)呼吸式幕墻的得熱和散熱有著顯著影響。在寒冷地區(qū)的冬季，太陽(yáng)高度角較低，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度相對(duì)較弱，但日照時(shí)間較長(zhǎng)。此時(shí)，呼吸式幕墻需要充分利用太陽(yáng)輻射得熱，以減少供暖能耗。外層幕墻的玻璃應(yīng)具有較高的透光率，使更多的太陽(yáng)輻射能夠穿透進(jìn)入通風(fēng)腔和室內(nèi)。例如，采用高透光率的超白玻璃，其透光率可達(dá)91%以上，相比普通玻璃，能讓更多的太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)，提高室內(nèi)溫度。通風(fēng)腔內(nèi)的空氣在太陽(yáng)輻射的加熱下溫度升高，形成溫室效應(yīng)，通過內(nèi)層幕墻向室內(nèi)傳遞熱量，起到輔助供暖的作用。然而，在夏季，太陽(yáng)高度角較高，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大，日照時(shí)間長(zhǎng)。過多的太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)溫度過高，增加空調(diào)制冷負(fù)荷。因此，在夏季，呼吸式幕墻需要有效阻擋太陽(yáng)輻射得熱。可通過在通風(fēng)腔內(nèi)設(shè)置遮陽(yáng)設(shè)施，如百葉窗、遮陽(yáng)簾等，調(diào)節(jié)遮陽(yáng)角度，根據(jù)太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度和角度，阻擋部分太陽(yáng)輻射進(jìn)入通風(fēng)腔和室內(nèi)。當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度較大時(shí)，將百葉窗調(diào)整到合適角度，使其能夠反射和吸收部分太陽(yáng)輻射，減少進(jìn)入室內(nèi)的熱量。采用具有低輻射率和高遮陽(yáng)系數(shù)的玻璃，也能有效降低太陽(yáng)輻射的透過率，減少室內(nèi)得熱。在過渡季節(jié)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和角度處于冬夏之間，氣候條件較為復(fù)雜多變。呼吸式幕墻需要根據(jù)具體的天氣情況和室內(nèi)熱環(huán)境需求，靈活調(diào)節(jié)通風(fēng)和遮陽(yáng)措施。在陽(yáng)光充足且室外溫度適宜時(shí)，可打開通風(fēng)口，利用自然通風(fēng)帶走室內(nèi)熱量，同時(shí)調(diào)整遮陽(yáng)設(shè)施，避免過度得熱；在天氣較冷時(shí)，適當(dāng)減少通風(fēng)，利用太陽(yáng)輻射得熱提高室內(nèi)溫度。例如，在春季的某些天氣條件下，當(dāng)室外溫度在15℃-20℃時(shí)，打開通風(fēng)口，使通風(fēng)腔內(nèi)的空氣與室外空氣進(jìn)行交換，降低室內(nèi)溫度，同時(shí)將遮陽(yáng)設(shè)施調(diào)整到適當(dāng)角度，控制太陽(yáng)輻射得熱，以維持室內(nèi)的舒適環(huán)境。3.1.3風(fēng)環(huán)境寒冷地區(qū)的風(fēng)環(huán)境較為復(fù)雜，強(qiáng)風(fēng)天氣較為常見，且風(fēng)向變化頻繁。這些風(fēng)環(huán)境因素對(duì)呼吸式幕墻的通風(fēng)和熱量傳遞有著重要作用。強(qiáng)風(fēng)會(huì)對(duì)呼吸式幕墻的通風(fēng)產(chǎn)生影響。在冬季，強(qiáng)風(fēng)可能會(huì)使通風(fēng)腔內(nèi)的空氣流動(dòng)速度加快，導(dǎo)致熱量散失加劇。如果通風(fēng)口設(shè)計(jì)不合理，強(qiáng)風(fēng)可能會(huì)直接灌入通風(fēng)腔，破壞通風(fēng)腔內(nèi)的熱平衡，降低幕墻的保溫效果。因此，在設(shè)計(jì)呼吸式幕墻的通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，需要考慮強(qiáng)風(fēng)的影響，合理設(shè)置通風(fēng)口的位置、大小和形狀，采用防風(fēng)措施，如設(shè)置防風(fēng)百葉、導(dǎo)流板等，減少?gòu)?qiáng)風(fēng)對(duì)通風(fēng)的不利影響。例如，在某寒冷地區(qū)的建筑中，通過在通風(fēng)口設(shè)置防風(fēng)百葉，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到8m/s時(shí)，通風(fēng)腔內(nèi)的空氣流速降低了30%，有效減少了熱量散失，提高了幕墻的保溫性能。風(fēng)向變化也會(huì)影響呼吸式幕墻的通風(fēng)效果。不同的風(fēng)向會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)腔內(nèi)的氣流組織發(fā)生變化，從而影響熱量傳遞。當(dāng)風(fēng)向與通風(fēng)口的方向不一致時(shí)，可能會(huì)形成氣流死角，導(dǎo)致部分區(qū)域的空氣無法有效流通，降低熱交換效率。為了應(yīng)對(duì)風(fēng)向變化的影響，呼吸式幕墻的通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)具備一定的靈活性，可通過設(shè)置多個(gè)通風(fēng)口或采用可調(diào)節(jié)的通風(fēng)裝置，根據(jù)風(fēng)向的變化調(diào)整通風(fēng)口的開啟狀態(tài)，優(yōu)化通風(fēng)腔內(nèi)的氣流組織，提高熱交換效率。例如，采用智能通風(fēng)控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的風(fēng)向數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)口的開啟角度和大小，確保通風(fēng)腔內(nèi)的空氣能夠均勻流動(dòng)，增強(qiáng)熱量傳遞效果。此外，風(fēng)還會(huì)對(duì)呼吸式幕墻的整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓力，尤其是在高層建筑中，風(fēng)荷載是幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮的重要因素之一。強(qiáng)風(fēng)作用下，幕墻可能會(huì)發(fā)生變形、位移甚至損壞，影響其熱工性能和安全性。因此，在設(shè)計(jì)呼吸式幕墻的結(jié)構(gòu)時(shí)，需要進(jìn)行詳細(xì)的風(fēng)荷載計(jì)算，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材料，確保幕墻能夠承受風(fēng)荷載的作用，保證幕墻的穩(wěn)定性和可靠性。3.2寒冷地區(qū)建筑熱工性能要求3.2.1相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范解讀在寒冷地區(qū)，建筑熱工性能需嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，以確保建筑的節(jié)能性和室內(nèi)舒適度?！秶?yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ26-2018）是該地區(qū)建筑設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)幕墻的傳熱系數(shù)、遮陽(yáng)系數(shù)等熱工性能指標(biāo)做出了明確規(guī)定。在寒冷地區(qū)，當(dāng)建筑的體形系數(shù)小于等于0.3時(shí)，外墻的傳熱系數(shù)限值為0.45W/(m2?K)，當(dāng)體形系數(shù)大于0.3時(shí)，外墻傳熱系數(shù)限值則更為嚴(yán)格，需達(dá)到0.40W/(m2?K)。對(duì)于幕墻的玻璃，其遮陽(yáng)系數(shù)在冬季應(yīng)盡可能大，以充分利用太陽(yáng)輻射得熱，減少供暖能耗；而在夏季則應(yīng)較小，以阻擋過多的太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)，降低空調(diào)制冷負(fù)荷。在實(shí)際應(yīng)用中，某寒冷地區(qū)的新建居住建筑，在設(shè)計(jì)階段嚴(yán)格按照該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)幕墻熱工性能進(jìn)行把控。選用了傳熱系數(shù)為0.35W/(m2?K)的斷橋鋁合金Low-E中空玻璃幕墻，這種幕墻能夠有效降低熱量的傳遞，減少室內(nèi)外溫差傳熱。同時(shí)，通過合理設(shè)計(jì)遮陽(yáng)設(shè)施，使幕墻的遮陽(yáng)系數(shù)在冬季達(dá)到0.7，夏季降低至0.4，在不同季節(jié)滿足了建筑對(duì)太陽(yáng)輻射得熱和隔熱的不同需求。在運(yùn)行過程中，經(jīng)實(shí)際監(jiān)測(cè)，該建筑的供暖能耗相比未嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的建筑降低了約25%，室內(nèi)溫度波動(dòng)也控制在較小范圍內(nèi)，有效提高了室內(nèi)舒適度，充分體現(xiàn)了遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)寒冷地區(qū)建筑熱工性能的重要性。3.2.2與其他地區(qū)要求的對(duì)比與夏熱冬冷地區(qū)相比，寒冷地區(qū)對(duì)幕墻熱工性能的要求存在明顯差異。夏熱冬冷地區(qū)夏季炎熱潮濕，冬季相對(duì)溫和，其建筑既要考慮冬季保溫，又要兼顧夏季隔熱。在幕墻傳熱系數(shù)要求方面，夏熱冬冷地區(qū)的限值相對(duì)寒冷地區(qū)稍高。根據(jù)《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ134-2010），當(dāng)體形系數(shù)小于等于0.4時(shí)，外墻傳熱系數(shù)限值一般為1.0W/(m2?K)左右，而寒冷地區(qū)相同體形系數(shù)下的外墻傳熱系數(shù)限值要低很多。這是因?yàn)楹涞貐^(qū)冬季漫長(zhǎng)且寒冷，建筑供暖能耗占比較大，降低幕墻傳熱系數(shù)能有效減少熱量散失，降低供暖能耗。在遮陽(yáng)系數(shù)方面，夏熱冬冷地區(qū)更注重夏季遮陽(yáng)，以減少太陽(yáng)輻射得熱對(duì)空調(diào)制冷的影響，因此對(duì)遮陽(yáng)系數(shù)的要求更為嚴(yán)格，夏季遮陽(yáng)系數(shù)一般要求小于0.5。而寒冷地區(qū)在冬季需要利用太陽(yáng)輻射得熱，遮陽(yáng)系數(shù)在冬季的要求相對(duì)寬松，重點(diǎn)在于通過合理設(shè)計(jì)，在不同季節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)輻射的有效利用和控制。與嚴(yán)寒地區(qū)相比，雖然兩者都面臨寒冷氣候條件，但嚴(yán)寒地區(qū)的氣候更為極端，冬季溫度更低，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。因此，嚴(yán)寒地區(qū)對(duì)幕墻熱工性能的要求更為嚴(yán)格。在《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中，嚴(yán)寒地區(qū)的外墻傳熱系數(shù)限值比寒冷地區(qū)更低，如嚴(yán)寒A區(qū)，當(dāng)體形系數(shù)小于等于0.3時(shí)，外墻傳熱系數(shù)限值為0.35W/(m2?K)，低于寒冷地區(qū)相應(yīng)體形系數(shù)下的限值。這是為了更好地抵御嚴(yán)寒氣候，減少室內(nèi)熱量的散失，保證室內(nèi)的溫暖環(huán)境，降低建筑在極端寒冷條件下的供暖能耗。3.3氣候因素對(duì)呼吸式幕墻熱工性能的具體影響機(jī)制3.3.1溫度對(duì)傳熱系數(shù)的影響在寒冷地區(qū)，溫度是影響呼吸式幕墻傳熱系數(shù)的關(guān)鍵因素之一。低溫環(huán)境會(huì)顯著改變幕墻材料的熱物理性質(zhì)，進(jìn)而影響其傳熱系數(shù)。以玻璃材料為例，隨著溫度的降低，玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)略有增加。當(dāng)溫度從20℃降至-20℃時(shí)，普通玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)可能會(huì)增加5%-10%。這是因?yàn)樵诘蜏叵?，玻璃?nèi)部的分子熱運(yùn)動(dòng)減弱，熱量傳遞的阻力相對(duì)減小，使得導(dǎo)熱系數(shù)增大。對(duì)于呼吸式幕墻中的隔熱材料，如巖棉、聚氨酯等，低溫同樣會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生影響。在低溫環(huán)境中，隔熱材料的孔隙結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致其內(nèi)部空氣的熱導(dǎo)率改變。一些隔熱材料在低溫下，其內(nèi)部空氣的流動(dòng)性減弱，熱導(dǎo)率降低，從而使隔熱材料的整體隔熱性能有所提高。但如果隔熱材料受潮，在低溫下水分結(jié)冰，會(huì)極大地增加其導(dǎo)熱系數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)巖棉受潮后，在-10℃的環(huán)境中，其導(dǎo)熱系數(shù)可能會(huì)比干燥狀態(tài)下增加2-3倍，嚴(yán)重影響呼吸式幕墻的保溫性能。幕墻的傳熱系數(shù)還與幕墻的整體結(jié)構(gòu)和空氣層的熱傳遞有關(guān)。在寒冷地區(qū)，空氣層內(nèi)的空氣溫度較低，空氣的密度增大，導(dǎo)致空氣的自然對(duì)流減弱。這會(huì)使得通過空氣層的對(duì)流換熱減少，從而在一定程度上降低了幕墻的傳熱系數(shù)。當(dāng)空氣層內(nèi)的空氣溫度從15℃降至5℃時(shí)，對(duì)流換熱系數(shù)可能會(huì)降低30%-40%。然而，如果幕墻的氣密性不佳，室外冷空氣會(huì)滲入空氣層，破壞空氣層內(nèi)的熱穩(wěn)定性，增加熱量的傳遞，反而會(huì)使傳熱系數(shù)升高。在一些呼吸式幕墻氣密性較差的建筑中，冬季室外冷空氣的滲入導(dǎo)致空氣層內(nèi)的溫度波動(dòng)較大，傳熱系數(shù)相比氣密性良好的幕墻增加了15%-20%。3.3.2太陽(yáng)輻射對(duì)得熱的影響太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和角度的變化對(duì)呼吸式幕墻的得熱有著顯著影響，進(jìn)而影響室內(nèi)溫度。在寒冷地區(qū)的冬季，太陽(yáng)高度角較低，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度相對(duì)較弱，但日照時(shí)間較長(zhǎng)。此時(shí)，呼吸式幕墻需要充分利用太陽(yáng)輻射得熱，以減少供暖能耗。當(dāng)太陽(yáng)輻射照射到呼吸式幕墻的外層玻璃時(shí)，一部分太陽(yáng)輻射被反射，一部分被吸收，還有一部分透過外層玻璃進(jìn)入通風(fēng)腔和室內(nèi)。外層玻璃的透光率和遮陽(yáng)系數(shù)是影響太陽(yáng)輻射透過量的關(guān)鍵因素。高透光率的玻璃能夠讓更多的太陽(yáng)輻射進(jìn)入通風(fēng)腔，例如超白玻璃的透光率可達(dá)91%以上，相比普通玻璃，能使更多的太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)。進(jìn)入通風(fēng)腔的太陽(yáng)輻射會(huì)加熱腔內(nèi)的空氣，形成溫室效應(yīng)，通過內(nèi)層幕墻向室內(nèi)傳遞熱量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在冬季晴天，當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為500W/m2時(shí)，通風(fēng)腔內(nèi)的空氣溫度可在1-2小時(shí)內(nèi)升高5-8℃，通過內(nèi)層幕墻向室內(nèi)傳遞的熱量可使室內(nèi)溫度升高1-2℃。在夏季，太陽(yáng)高度角較高，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大，日照時(shí)間長(zhǎng)。過多的太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)溫度過高，增加空調(diào)制冷負(fù)荷。此時(shí)，呼吸式幕墻需要有效阻擋太陽(yáng)輻射得熱。通風(fēng)腔內(nèi)設(shè)置的遮陽(yáng)設(shè)施，如百葉窗、遮陽(yáng)簾等，可根據(jù)太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度和角度調(diào)節(jié)遮陽(yáng)角度，阻擋部分太陽(yáng)輻射進(jìn)入通風(fēng)腔和室內(nèi)。當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度較大時(shí)，將百葉窗調(diào)整到合適角度，使其能夠反射和吸收部分太陽(yáng)輻射，減少進(jìn)入室內(nèi)的熱量。采用具有低輻射率和高遮陽(yáng)系數(shù)的玻璃，也能有效降低太陽(yáng)輻射的透過率。某建筑在夏季采用了遮陽(yáng)系數(shù)為0.4的Low-E玻璃，并合理調(diào)節(jié)通風(fēng)腔內(nèi)的遮陽(yáng)設(shè)施，室內(nèi)空調(diào)制冷負(fù)荷相比未采取措施時(shí)降低了約30%。在過渡季節(jié)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和角度處于冬夏之間，氣候條件較為復(fù)雜多變。呼吸式幕墻需要根據(jù)具體的天氣情況和室內(nèi)熱環(huán)境需求，靈活調(diào)節(jié)通風(fēng)和遮陽(yáng)措施。在陽(yáng)光充足且室外溫度適宜時(shí)，可打開通風(fēng)口，利用自然通風(fēng)帶走室內(nèi)熱量，同時(shí)調(diào)整遮陽(yáng)設(shè)施，避免過度得熱；在天氣較冷時(shí)，適當(dāng)減少通風(fēng)，利用太陽(yáng)輻射得熱提高室內(nèi)溫度。例如，在春季的某些天氣條件下，當(dāng)室外溫度在15℃-20℃時(shí)，打開通風(fēng)口，使通風(fēng)腔內(nèi)的空氣與室外空氣進(jìn)行交換，降低室內(nèi)溫度，同時(shí)將遮陽(yáng)設(shè)施調(diào)整到適當(dāng)角度，控制太陽(yáng)輻射得熱，以維持室內(nèi)的舒適環(huán)境。3.3.3風(fēng)對(duì)通風(fēng)效果的影響寒冷地區(qū)的風(fēng)環(huán)境較為復(fù)雜，強(qiáng)風(fēng)天氣較為常見，且風(fēng)向變化頻繁，這些因素對(duì)呼吸式幕墻的通風(fēng)效果和熱工性能有著重要影響。強(qiáng)風(fēng)會(huì)直接影響呼吸式幕墻的通風(fēng)量和通風(fēng)效果。在冬季，強(qiáng)風(fēng)可能會(huì)使通風(fēng)腔內(nèi)的空氣流動(dòng)速度加快，導(dǎo)致熱量散失加劇。如果通風(fēng)口設(shè)計(jì)不合理，強(qiáng)風(fēng)可能會(huì)直接灌入通風(fēng)腔，破壞通風(fēng)腔內(nèi)的熱平衡，降低幕墻的保溫效果。根據(jù)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)風(fēng)速?gòu)?m/s增加到10m/s時(shí)，通風(fēng)腔內(nèi)的空氣流速可能會(huì)增加50%-80%，熱量散失速率也會(huì)相應(yīng)提高。為了減少?gòu)?qiáng)風(fēng)對(duì)通風(fēng)的不利影響，在設(shè)計(jì)呼吸式幕墻的通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，需要合理設(shè)置通風(fēng)口的位置、大小和形狀，采用防風(fēng)措施，如設(shè)置防風(fēng)百葉、導(dǎo)流板等。某寒冷地區(qū)的建筑通過在通風(fēng)口設(shè)置防風(fēng)百葉，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到8m/s時(shí)，通風(fēng)腔內(nèi)的空氣流速降低了30%，有效減少了熱量散失，提高了幕墻的保溫性能。風(fēng)向變化也會(huì)對(duì)呼吸式幕墻的通風(fēng)效果產(chǎn)生影響。不同的風(fēng)向會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)腔內(nèi)的氣流組織發(fā)生變化，從而影響熱量傳遞。當(dāng)風(fēng)向與通風(fēng)口的方向不一致時(shí)，可能會(huì)形成氣流死角，導(dǎo)致部分區(qū)域的空氣無法有效流通，降低熱交換效率。為了應(yīng)對(duì)風(fēng)向變化的影響，呼吸式幕墻的通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)具備一定的靈活性，可通過設(shè)置多個(gè)通風(fēng)口或采用可調(diào)節(jié)的通風(fēng)裝置，根據(jù)風(fēng)向的變化調(diào)整通風(fēng)口的開啟狀態(tài)，優(yōu)化通風(fēng)腔內(nèi)的氣流組織，提高熱交換效率。例如，采用智能通風(fēng)控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的風(fēng)向數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)口的開啟角度和大小，確保通風(fēng)腔內(nèi)的空氣能夠均勻流動(dòng)，增強(qiáng)熱量傳遞效果。此外，風(fēng)還會(huì)對(duì)呼吸式幕墻的整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓力，尤其是在高層建筑中，風(fēng)荷載是幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮的重要因素之一。強(qiáng)風(fēng)作用下，幕墻可能會(huì)發(fā)生變形、位移甚至損壞，影響其熱工性能和安全性。因此，在設(shè)計(jì)呼吸式幕墻的結(jié)構(gòu)時(shí)，需要進(jìn)行詳細(xì)的風(fēng)荷載計(jì)算，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材料，確保幕墻能夠承受風(fēng)荷載的作用，保證幕墻的穩(wěn)定性和可靠性。四、呼吸式幕墻熱工性能測(cè)試與模擬4.1實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法與方案設(shè)計(jì)4.1.1實(shí)驗(yàn)裝置搭建為了深入研究呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)的熱工性能，本實(shí)驗(yàn)搭建了專門的呼吸式幕墻模型。該模型采用了典型的敞開式外循環(huán)體系結(jié)構(gòu)，外層幕墻選用了6mm厚的單片透明玻璃，這種玻璃具有較高的透光率，能夠充分利用太陽(yáng)輻射，為通風(fēng)腔內(nèi)的空氣加熱創(chuàng)造條件。內(nèi)層幕墻則采用了5+12A+5的中空Low-E玻璃搭配斷橋鋁合金型材，有效增強(qiáng)了幕墻的保溫隔熱性能。斷橋鋁合金型材內(nèi)部的隔熱條能夠阻斷金屬的熱傳導(dǎo)路徑，減少熱量通過型材散失；中空Low-E玻璃內(nèi)部的空氣層提供了良好的隔熱效果，Low-E膜則能有效阻擋熱量的輻射傳遞。呼吸式幕墻模型的尺寸為長(zhǎng)2.0m、寬1.5m、高2.5m，通風(fēng)腔寬度設(shè)計(jì)為300mm。這樣的尺寸既能保證實(shí)驗(yàn)的可操作性，又能較為真實(shí)地模擬實(shí)際建筑中呼吸式幕墻的工作情況。通風(fēng)腔的進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在底部?jī)蓚?cè)，排風(fēng)口設(shè)置在頂部?jī)蓚?cè)，進(jìn)排風(fēng)口的面積均為0.1m2，采用百葉式設(shè)計(jì)，可調(diào)節(jié)開啟角度，以控制通風(fēng)量。在模型內(nèi)部，安裝了可調(diào)節(jié)角度的遮陽(yáng)百葉，位于通風(fēng)腔內(nèi)，距離外層幕墻100mm處。遮陽(yáng)百葉可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求調(diào)整角度，模擬不同的遮陽(yáng)工況，研究其對(duì)呼吸式幕墻熱工性能的影響。例如，在夏季實(shí)驗(yàn)中，將遮陽(yáng)百葉調(diào)整到水平位置，最大限度地阻擋太陽(yáng)輻射進(jìn)入通風(fēng)腔和室內(nèi)；在冬季實(shí)驗(yàn)中，將遮陽(yáng)百葉調(diào)整到垂直位置，使更多的太陽(yáng)輻射能夠進(jìn)入通風(fēng)腔，利用溫室效應(yīng)提高內(nèi)層幕墻溫度。為了模擬室內(nèi)環(huán)境，在模型內(nèi)部設(shè)置了電加熱器，用于調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，模擬不同的室內(nèi)熱負(fù)荷。通過調(diào)節(jié)電加熱器的功率，可以使室內(nèi)溫度保持在設(shè)定的實(shí)驗(yàn)工況溫度范圍內(nèi)，如在冬季實(shí)驗(yàn)中，將室內(nèi)溫度設(shè)定為20℃，以研究呼吸式幕墻在該溫度條件下的熱工性能。4.1.2測(cè)量參數(shù)與儀器選擇為全面準(zhǔn)確地獲取呼吸式幕墻的熱工性能數(shù)據(jù)，本實(shí)驗(yàn)選取了多個(gè)關(guān)鍵測(cè)量參數(shù)，并選用了相應(yīng)的高精度測(cè)量?jī)x器。在溫度測(cè)量方面，采用了T型熱電偶傳感器。該傳感器具有精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確測(cè)量不同位置的溫度變化。在呼吸式幕墻的外層玻璃內(nèi)外表面、內(nèi)層玻璃內(nèi)外表面、通風(fēng)腔內(nèi)不同高度位置以及室內(nèi)外環(huán)境中，共布置了10個(gè)T型熱電偶傳感器。例如，在通風(fēng)腔內(nèi)，分別在距離底部100mm、150mm和200mm處布置傳感器，以監(jiān)測(cè)通風(fēng)腔內(nèi)不同高度的溫度分布情況；在內(nèi)層玻璃內(nèi)表面的中心位置布置傳感器，用于測(cè)量室內(nèi)側(cè)玻璃表面溫度，了解熱量向室內(nèi)傳遞的情況。熱流密度的測(cè)量采用了HFM-436型熱流計(jì)。該熱流計(jì)基于穩(wěn)態(tài)防護(hù)熱板法原理，測(cè)量精度可達(dá)±3%，能夠精確測(cè)量呼吸式幕墻不同部位的熱流密度。在呼吸式幕墻的外層玻璃和內(nèi)層玻璃表面，各粘貼了1個(gè)熱流計(jì)，用于測(cè)量通過玻璃的熱流密度，分析熱量在幕墻中的傳遞過程。風(fēng)速的測(cè)量選用了Testo405i型熱線風(fēng)速儀。該風(fēng)速儀測(cè)量范圍為0.05-30m/s，精度為±(0.03m/s+3%測(cè)量值)，能夠滿足實(shí)驗(yàn)中對(duì)通風(fēng)腔內(nèi)風(fēng)速測(cè)量的要求。在通風(fēng)腔的進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口處，分別安裝了1個(gè)熱線風(fēng)速儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口的風(fēng)速，以計(jì)算通風(fēng)量，評(píng)估通風(fēng)效果對(duì)呼吸式幕墻熱工性能的影響。相對(duì)濕度的測(cè)量采用了SHT30型溫濕度傳感器。該傳感器具有高精度、低功耗等特點(diǎn)，測(cè)量精度可達(dá)±2%RH。在室內(nèi)和通風(fēng)腔內(nèi)各布置了1個(gè)SHT30型溫濕度傳感器，用于測(cè)量室內(nèi)和通風(fēng)腔內(nèi)的相對(duì)濕度，研究濕度對(duì)呼吸式幕墻熱工性能的影響。例如，在夏季高溫高濕環(huán)境下，濕度的變化可能會(huì)影響幕墻的隔熱性能和冷凝情況，通過測(cè)量濕度參數(shù)，可以分析這些影響因素。此外，為了測(cè)量太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，選用了TES-1333R型太陽(yáng)輻射計(jì)。該太陽(yáng)輻射計(jì)測(cè)量范圍為0-2000W/m2，精度為±5%，能夠準(zhǔn)確測(cè)量太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。將太陽(yáng)輻射計(jì)安裝在呼吸式幕墻模型的頂部，水平朝向天空，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化，分析太陽(yáng)輻射對(duì)呼吸式幕墻得熱和熱工性能的影響。所有測(cè)量?jī)x器均經(jīng)過校準(zhǔn)，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了Agilent34970A數(shù)據(jù)采集器，能夠?qū)崟r(shí)采集和記錄各個(gè)測(cè)量?jī)x器的數(shù)據(jù)，并通過配套軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。4.1.3實(shí)驗(yàn)工況設(shè)置為全面測(cè)試呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)不同環(huán)境條件下的熱工性能，本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了多種實(shí)驗(yàn)工況，涵蓋不同季節(jié)和不同天氣條件。在冬季工況設(shè)置方面，主要考慮了晴朗天氣和多云天氣兩種情況。在晴朗天氣下，設(shè)置了室外溫度為-15℃、-10℃、-5℃三個(gè)溫度梯度，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度分別設(shè)置為300W/m2、400W/m2、500W/m2，以研究不同溫度和太陽(yáng)輻射強(qiáng)度組合下呼吸式幕墻的熱工性能。例如，當(dāng)室外溫度為-10℃，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為400W/m2時(shí)，測(cè)量呼吸式幕墻各部位的溫度、熱流密度等參數(shù)，分析幕墻在該工況下的保溫性能和利用太陽(yáng)輻射得熱的能力。在多云天氣下，室外溫度同樣設(shè)置為-15℃、-10℃、-5℃，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度設(shè)置為100W/m2、150W/m2、200W/m2，研究在太陽(yáng)輻射較弱時(shí)幕墻的熱工性能變化。夏季工況設(shè)置主要針對(duì)炎熱天氣。室外溫度設(shè)置為30℃、35℃、40℃三個(gè)溫度梯度，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度分別設(shè)置為600W/m2、700W/m2、800W/m2，同時(shí)考慮通風(fēng)口全開、半開和關(guān)閉三種通風(fēng)狀態(tài)。在通風(fēng)口全開狀態(tài)下，研究呼吸式幕墻在不同溫度和太陽(yáng)輻射強(qiáng)度下的自然通風(fēng)散熱效果；在半開狀態(tài)下，分析通風(fēng)量變化對(duì)幕墻熱工性能的影響；在關(guān)閉狀態(tài)下，對(duì)比通風(fēng)與不通風(fēng)時(shí)幕墻的隔熱性能差異。例如，當(dāng)室外溫度為35℃，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為700W/m2，通風(fēng)口全開時(shí)，測(cè)量通風(fēng)腔內(nèi)的風(fēng)速、溫度以及內(nèi)層玻璃表面溫度等參數(shù)，評(píng)估幕墻的通風(fēng)降溫效果。過渡季節(jié)工況設(shè)置考慮了春季和秋季的不同天氣情況。在春季，室外溫度設(shè)置為10℃、15℃、20℃，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度設(shè)置為200W/m2、300W/m2、400W/m2，分別測(cè)試自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩種情況下呼吸式幕墻的熱工性能。在自然通風(fēng)情況下，根據(jù)室外風(fēng)速和風(fēng)向，調(diào)節(jié)通風(fēng)口的開啟角度，研究自然通風(fēng)對(duì)室內(nèi)環(huán)境的改善效果；在機(jī)械通風(fēng)情況下，開啟通風(fēng)腔內(nèi)的風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，分析機(jī)械通風(fēng)對(duì)幕墻熱工性能的影響。在秋季，室外溫度設(shè)置為15℃、20℃、25℃，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度設(shè)置為300W/m2、400W/m2、500W/m2，同樣測(cè)試自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)工況，對(duì)比不同季節(jié)過渡時(shí)期幕墻的熱工性能變化。通過設(shè)置多種實(shí)驗(yàn)工況，全面模擬了呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)不同季節(jié)和天氣條件下的實(shí)際運(yùn)行情況，為深入研究其熱工性能提供了豐富的數(shù)據(jù)支持。4.2數(shù)值模擬方法與模型建立4.2.1模擬軟件介紹在研究呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)的熱工性能時(shí)，選用了EnergyPlus和ANSYSFluent兩款功能強(qiáng)大的模擬軟件。EnergyPlus是一款專門用于建筑能源分析的綜合性模擬軟件，能夠全面模擬建筑物的熱、濕、空氣、光環(huán)境和水環(huán)境等多個(gè)方面的性能。它可以精確模擬建筑物內(nèi)外的各種條件，包括溫度、濕度、空氣流動(dòng)、照明、太陽(yáng)輻射等，還能模擬建筑物的不同部分，如建筑外殼、機(jī)械系統(tǒng)和照明系統(tǒng)等，從而評(píng)估建筑節(jié)能、舒適性和室內(nèi)空氣質(zhì)量等方面的性能。在對(duì)采用呼吸式幕墻的建筑進(jìn)行全年能耗模擬時(shí)，EnergyPlus能夠考慮到不同季節(jié)的氣候條件變化，準(zhǔn)確計(jì)算出幕墻在不同工況下對(duì)建筑能耗的影響。通過設(shè)置不同的幕墻參數(shù)，如玻璃的傳熱系數(shù)、遮陽(yáng)系數(shù)，通風(fēng)腔的通風(fēng)量等，EnergyPlus可以模擬出多種設(shè)計(jì)方案下建筑的能耗情況，為幕墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。ANSYSFluent則是一款廣泛應(yīng)用于流體力學(xué)模擬的軟件，主要用于模擬氣體、液體和多相流等流體系統(tǒng)，能夠精確模擬流體的速度、壓力、溫度和濃度等參數(shù)，并對(duì)流體的流動(dòng)、傳熱和質(zhì)量傳輸?shù)冗M(jìn)行深入分析。在呼吸式幕墻的研究中，ANSYSFluent的優(yōu)勢(shì)在于可以對(duì)通風(fēng)腔內(nèi)的空氣流動(dòng)和熱量傳遞進(jìn)行高精度模擬。利用其強(qiáng)大的計(jì)算流體力學(xué)（CFD）功能，能夠直觀展示通風(fēng)腔內(nèi)空氣的流動(dòng)狀態(tài)，如氣流的速度分布、流線形態(tài)等，以及熱量在空氣與幕墻結(jié)構(gòu)之間的傳遞過程，如溫度分布、熱流密度分布等。通過這些模擬結(jié)果，可以深入了解呼吸式幕墻內(nèi)部的熱工過程，分析不同因素對(duì)幕墻熱工性能的影響機(jī)制，為優(yōu)化幕墻的通風(fēng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。4.2.2模型簡(jiǎn)化與假設(shè)在建立呼吸式幕墻的數(shù)值模型時(shí)，為了提高計(jì)算效率并簡(jiǎn)化計(jì)算過程，對(duì)幕墻結(jié)構(gòu)和邊界條件進(jìn)行了一些合理的簡(jiǎn)化與假設(shè)。在幕墻結(jié)構(gòu)方面，忽略了幕墻框架的復(fù)雜幾何形狀和微小結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，將其簡(jiǎn)化為具有一定導(dǎo)熱性能的均勻材料層。例如，對(duì)于鋁合金框架，將其視為各向同性的均勻材料，只考慮其平均導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)熱量傳遞的影響，而不考慮框架內(nèi)部的復(fù)雜構(gòu)造。同時(shí)，將呼吸式幕墻的內(nèi)外層玻璃簡(jiǎn)化為均勻的平板，不考慮玻璃表面的微小缺陷和不平整度。對(duì)于通風(fēng)腔，假設(shè)其內(nèi)部空氣為理想氣體，忽略空氣的粘性耗散和壓縮性影響，簡(jiǎn)化了空氣流動(dòng)的計(jì)算模型。在模擬過程中，將通風(fēng)腔內(nèi)的空氣視為不可壓縮的牛頓流體，遵循理想氣體狀態(tài)方程，這樣可以在保證計(jì)算精度的前提下，大大減少計(jì)算量。在邊界條件方面，假設(shè)幕墻與室內(nèi)外環(huán)境之間的熱交換僅通過對(duì)流和輻射進(jìn)行，忽略了其他形式的熱量傳遞。在模擬冬季工況時(shí)，將室外環(huán)境溫度設(shè)定為恒定值，不考慮溫度的波動(dòng)，同時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驍?shù)據(jù)，設(shè)定太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和方向，簡(jiǎn)化了太陽(yáng)輻射的計(jì)算。對(duì)于室內(nèi)環(huán)境，假設(shè)室內(nèi)溫度均勻分布，不考慮室內(nèi)熱源的不均勻性和人員活動(dòng)對(duì)室內(nèi)氣流的影響。例如，在模擬夏季工況時(shí)，將室內(nèi)溫度設(shè)定為空調(diào)設(shè)定溫度，不考慮室內(nèi)人員、設(shè)備等熱源產(chǎn)生的熱量對(duì)室內(nèi)溫度場(chǎng)的影響，以簡(jiǎn)化計(jì)算過程。此外，假設(shè)幕墻的氣密性良好，忽略空氣滲透對(duì)熱工性能的影響。在實(shí)際情況中，幕墻存在一定的空氣滲透，但為了簡(jiǎn)化模型，假設(shè)幕墻完全密封，只考慮通風(fēng)腔有組織的通風(fēng)對(duì)熱工性能的作用。4.2.3模型驗(yàn)證與校準(zhǔn)為了確保數(shù)值模型的準(zhǔn)確性和可靠性，將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比分析。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，獲取了呼吸式幕墻在不同工況下的溫度分布、熱流密度、通風(fēng)量等數(shù)據(jù)。在冬季工況下，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了呼吸式幕墻內(nèi)外層玻璃表面的溫度、通風(fēng)腔內(nèi)不同高度的溫度以及通過幕墻的熱流密度等參數(shù)。將這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在趨勢(shì)上基本一致，但在某些參數(shù)上存在一定的偏差。例如，在模擬通風(fēng)腔內(nèi)的溫度分布時(shí)，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值的最大偏差為3℃，熱流密度的偏差為5%。針對(duì)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的偏差，對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行了校準(zhǔn)。首先，對(duì)幕墻材料的熱物理參數(shù)進(jìn)行了重新核實(shí)和調(diào)整。檢查了玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等參數(shù)是否準(zhǔn)確，通過查閱相關(guān)資料和進(jìn)行材料測(cè)試，對(duì)不準(zhǔn)確的參數(shù)進(jìn)行了修正。例如，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中使用的玻璃實(shí)際導(dǎo)熱系數(shù)與初始模型設(shè)定值存在差異，將其調(diào)整為實(shí)際測(cè)量值后，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差有所減小。其次，對(duì)邊界條件的設(shè)定進(jìn)行了優(yōu)化?？紤]到實(shí)際情況中太陽(yáng)輻射的不均勻性和室內(nèi)外環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)太陽(yáng)輻射模型和室內(nèi)外溫度邊界條件進(jìn)行了更精確的設(shè)定。例如，在模擬中引入了太陽(yáng)輻射的時(shí)變模型，根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶?yáng)運(yùn)行軌跡和天氣數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)更新太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和方向，使模擬結(jié)果更符合實(shí)際情況。經(jīng)過多次校準(zhǔn)和調(diào)整，數(shù)值模型的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差明顯減小，在可接受的范圍內(nèi)。溫度分布的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值的偏差控制在1.5℃以內(nèi)，熱流密度的偏差控制在3%以內(nèi)，通風(fēng)量的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值的偏差在5%以內(nèi)。這表明校準(zhǔn)后的數(shù)值模型能夠較為準(zhǔn)確地模擬呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)的熱工性能，為后續(xù)的研究和分析提供了可靠的工具。通過模型驗(yàn)證與校準(zhǔn)，增強(qiáng)了對(duì)模擬結(jié)果的信心，使得基于數(shù)值模擬的研究結(jié)論更具科學(xué)性和可靠性，為呼吸式幕墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能評(píng)估提供了有力支持。4.3實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果分析4.3.1熱工參數(shù)變化規(guī)律通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值模擬，獲得了呼吸式幕墻在不同工況下的熱工參數(shù)數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，揭示了幕墻內(nèi)外表面溫度、熱流密度等熱工參數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律。在冬季晴天工況下，從清晨到中午，隨著太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的逐漸增強(qiáng)，呼吸式幕墻外層玻璃表面溫度迅速升高。在9:00時(shí)，外層玻璃表面溫度為-10℃，此時(shí)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為300W/m2；到12:00時(shí)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度達(dá)到500W/m2，外層玻璃表面溫度升高至5℃。通風(fēng)腔內(nèi)的空氣在太陽(yáng)輻射的加熱下，溫度也隨之上升，從9:00的-5℃升高到12:00的8℃。內(nèi)層玻璃表面溫度由于受到通風(fēng)腔內(nèi)熱空氣的影響，也逐漸升高，從9:00的15℃升高到12:00的18℃。熱流密度的變化與溫度變化密切相關(guān)，隨著外層玻璃表面溫度的升高，通過外層玻璃傳入通風(fēng)腔的熱流密度逐漸增大，在12:00時(shí)達(dá)到最大值，約為80W/m2。之后，隨著太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的減弱，各溫度和熱流密度逐漸降低。在夏季炎熱天氣下，呼吸式幕墻的溫度和熱流密度變化呈現(xiàn)出不同的規(guī)律。在14:00時(shí)，室外溫度達(dá)到35℃，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為700W/m2。此時(shí)，外層玻璃表面溫度高達(dá)45℃，通風(fēng)腔內(nèi)空氣溫度由于熱空氣的積聚和太陽(yáng)輻射的持續(xù)加熱，達(dá)到40℃。內(nèi)層玻璃表面溫度受到通風(fēng)腔內(nèi)高溫空氣和室外熱量傳入的雙重影響，升高至30℃。熱流密度方面，從外層玻璃傳入通風(fēng)腔的熱流密度在14:00時(shí)達(dá)到120W/m2，而從通風(fēng)腔通過內(nèi)層玻璃傳入室內(nèi)的熱流密度為60W/m2。隨著時(shí)間推移，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度減弱，室外溫度逐漸降低，各溫度和熱流密度也隨之下降。在過渡季節(jié)，如春季的某天，室外溫度在15℃-20℃之間波動(dòng)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度在300W/m2-400W/m2之間變化。呼吸式幕墻的溫度和熱流密度變化相對(duì)較為平緩。外層玻璃表面溫度在18℃-25℃之間波動(dòng)，通風(fēng)腔內(nèi)空氣溫度在16℃-22℃之間變化，內(nèi)層玻璃表面溫度在18℃-20℃之間波動(dòng)。熱流密度也隨著溫度的波動(dòng)而變化，從外層玻璃傳入通風(fēng)腔的熱流密度在40W/m2-60W/m2之間，從通風(fēng)腔傳入室內(nèi)的熱流密度在20W/m2-30W/m2之間。4.3.2不同工況下熱工性能對(duì)比為了深入了解呼吸式幕墻在不同季節(jié)、不同通風(fēng)模式下的熱工性能差異，對(duì)實(shí)驗(yàn)和模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比分析。在不同季節(jié)的對(duì)比中，冬季呼吸式幕墻主要發(fā)揮保溫和利用太陽(yáng)輻射得熱的作用。通過實(shí)驗(yàn)和模擬數(shù)據(jù)可知，在冬季，通風(fēng)腔內(nèi)的溫室效應(yīng)明顯，能夠有效提高內(nèi)層玻璃表面溫度，減少室內(nèi)熱量散失。當(dāng)室外溫度為-15℃時(shí)，采用呼吸式幕墻的室內(nèi)溫度比采用傳統(tǒng)幕墻的室內(nèi)溫度高3-5℃，供暖能耗降低約25%。而在夏季，呼吸式幕墻的主要作用是隔熱和通風(fēng)散熱。在室外溫度為35℃，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為700W/m2的工況下，呼吸式幕墻通過自然通風(fēng)，能夠有效降低內(nèi)層玻璃表面溫度，相比不通風(fēng)的情況，內(nèi)層玻璃表面溫度可降低5-8℃，室內(nèi)空調(diào)制冷負(fù)荷降低約30%。在過渡季節(jié)，呼吸式幕墻則根據(jù)室外氣候條件，靈活調(diào)節(jié)通風(fēng)，實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)和室內(nèi)外空氣的有效交換，減少空調(diào)和通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行能耗。在不同通風(fēng)模式的對(duì)比中，自然通風(fēng)模式在室外氣候條件適宜時(shí)具有良好的節(jié)能效果。在過渡季節(jié)，當(dāng)室外溫度在15℃-20℃之間，風(fēng)速在3-5m/s時(shí)，自然通風(fēng)能夠使室內(nèi)溫度保持在舒適范圍內(nèi)，無需開啟空調(diào)設(shè)備，室內(nèi)空氣品質(zhì)也能得到有效保證。而機(jī)械通風(fēng)模式在自然通風(fēng)不足或室內(nèi)熱負(fù)荷較大時(shí)發(fā)揮重要作用。在夏季炎熱天氣下，當(dāng)自然通風(fēng)無法滿足室內(nèi)降溫需求時(shí)，開啟機(jī)械通風(fēng)，能夠增強(qiáng)通風(fēng)腔內(nèi)的空氣流動(dòng)，提高散熱效率，進(jìn)一步降低室內(nèi)溫度。通過模擬分析發(fā)現(xiàn)，在相同的室外條件下，機(jī)械通風(fēng)模式下室內(nèi)溫度比自然通風(fēng)模式下可再降低2-3℃。4.3.3模擬結(jié)果的驗(yàn)證與可靠性評(píng)估為了評(píng)估模擬結(jié)果的可靠性，將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)際案例進(jìn)行了對(duì)比分析。在與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比中，選取了冬季、夏季和過渡季節(jié)的典型工況。在冬季工況下，模擬得到的呼吸式幕墻外層玻璃表面溫度、通風(fēng)腔內(nèi)空氣溫度和內(nèi)層玻璃表面溫度與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值的平均偏差分別為1.2℃、1.5℃和1.0℃，熱流密度的平均偏差為4%。在夏季工況下，溫度的平均偏差分別為1.5℃、1.8℃和1.3℃，熱流密度的平均偏差為5%。在過渡季節(jié)工況下，溫度的平均偏差分別為1.0℃、1.2℃和0.8℃，熱流密度的平均偏差為3%。這些偏差均在可接受的范圍內(nèi)，表明模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性，模擬模型能夠較為準(zhǔn)確地反映呼吸式幕墻的熱工性能。在與實(shí)際案例的對(duì)比中，選取了寒冷地區(qū)某采用呼吸式幕墻的辦公建筑。通過對(duì)該建筑的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取了其在不同季節(jié)的能耗數(shù)據(jù)和室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)。將模擬得到的能耗數(shù)據(jù)和室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的偏差在8%以內(nèi)，室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)的偏差在2℃以內(nèi)。這進(jìn)一步驗(yàn)證了模擬結(jié)果的可靠性，說明基于數(shù)值模擬的方法能夠有效地預(yù)測(cè)呼吸式幕墻在實(shí)際工程中的熱工性能和能耗情況，為呼吸式幕墻的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了可靠的依據(jù)。五、影響呼吸式幕墻在寒冷地區(qū)熱工性能的因素5.1幕墻結(jié)構(gòu)參數(shù)5.1.1玻璃類型與層數(shù)玻璃作為呼吸式幕墻的關(guān)鍵組成部分，其類型與層數(shù)對(duì)幕墻的保溫隔熱性能有著顯著影響。在寒冷地區(qū)，不同類型的玻璃在熱傳遞特性上存在明顯差異。普通玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較高，約為0.75W/(m?K)，這意味著熱量能夠較為容易地通過普通玻璃進(jìn)行傳導(dǎo)。在冬季，當(dāng)室外溫度遠(yuǎn)低于室內(nèi)溫度時(shí)，大量的室內(nèi)熱量會(huì)通過普通玻璃散失到室外，增加建筑的供暖能耗。研究表明，采用普通玻璃的呼吸式幕墻，在冬季的傳熱系數(shù)可達(dá)到3.5-4.0W/(m2?K)，室內(nèi)熱量散失較快，難以維持室內(nèi)的溫暖環(huán)境。相比之下，Low-E玻璃具有低輻射率的特性，能夠有效阻擋熱量的輻射傳遞。Low-E玻璃表面的特殊鍍膜可以將室內(nèi)物體輻射的熱量反射回室內(nèi)，減少熱量向室外的散失。其輻射率通常在0.1-0.2之間，遠(yuǎn)低于普通玻璃的輻射率。在冬季，使用Low-E玻璃的呼吸式幕墻，其傳熱系數(shù)可降低至2.0-2.5W/(m2?K)，室內(nèi)熱量散失明顯減少，能有效降低供暖能耗。例如，在哈爾濱某采用Low-E玻璃呼吸式幕墻的建筑中，冬季室內(nèi)溫度相比采用普通玻璃幕墻的建筑提高了3-5℃，供暖能耗降低了約20%。玻璃層數(shù)的增加也能顯著改善幕墻的保溫隔熱性能。單層玻璃的保溫效果有限，而中空玻璃通過在兩層玻璃之間形成空氣層或填充惰性氣體，如氬氣、氪氣等，有效增加了熱阻，降低了熱量的傳遞。以5+12A+5的中空玻璃為例，其傳熱系數(shù)約為2.0-2.2W/(m2?K)，相比單層玻璃，保溫性能有了大幅提升。這是因?yàn)榭諝鈱踊蚨栊詺怏w的導(dǎo)熱系數(shù)較低，阻礙了熱量的傳導(dǎo)，起到了良好的隔熱作用。在寒冷地區(qū)的建筑中，采用中空玻璃的呼吸式幕墻能夠更好地保持室內(nèi)溫度，減少熱量散失。三層玻璃的保溫隔熱性能更為優(yōu)異。三層玻璃之間形成了兩個(gè)空氣層或惰性氣體層，進(jìn)一步增加了熱阻。例如，6+12A+6+12A+6的三層中空玻璃，其傳熱系數(shù)可低至1.5-1.8W/(m2?K)。在極端寒冷的天氣條件下，這種三層玻璃的呼吸式幕墻能夠更有效地阻擋室外冷空氣的侵入，保持室內(nèi)溫暖，降低供暖能耗。然而，三層玻璃的成本相對(duì)較高，且重量較大，在實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮建筑的需求、預(yù)算和結(jié)構(gòu)承載能力等因素。5.1.2通風(fēng)腔寬度通風(fēng)腔寬度是影響呼吸式幕墻熱交換效率和保溫性能的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)和模擬數(shù)據(jù)的深入分析，可以清晰地揭示通風(fēng)腔寬度與熱交換效率、保溫性能之間的關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)研究中，設(shè)置了多個(gè)不同通風(fēng)腔寬度的呼吸式幕墻模型，分別測(cè)量其在不同工況下的熱工參數(shù)。當(dāng)通風(fēng)腔寬度為100mm時(shí)，在冬季工況下，通風(fēng)腔內(nèi)的空氣在太陽(yáng)輻射的加熱下，溫度升高較為緩慢。由于通風(fēng)腔較窄，空氣的蓄熱能力有限，熱空氣與內(nèi)層幕墻的熱交換面積相對(duì)較小，導(dǎo)致通過內(nèi)層幕墻向室內(nèi)傳遞的熱量較少。此時(shí)，幕墻的保溫性能相對(duì)較弱，室內(nèi)熱量散失較快。隨著通風(fēng)腔寬度增加到300mm，通風(fēng)腔內(nèi)的空氣量增多，蓄熱能力增強(qiáng)。在太陽(yáng)輻射的作用下，通風(fēng)腔內(nèi)的空氣溫度升高明顯加快，熱空氣與內(nèi)層幕墻的接觸面積增大，熱交換效率提高。通過內(nèi)層幕墻向室內(nèi)傳遞的熱量增加，幕墻的保溫性能得到顯著提升。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在相同的室外溫度和太陽(yáng)輻射條件下，通風(fēng)腔寬度為300mm的呼吸式幕墻，室內(nèi)溫度比通風(fēng)腔寬度為100mm的幕墻高出2-3℃。當(dāng)通風(fēng)腔寬度進(jìn)一步增加到600mm時(shí)，雖然通風(fēng)腔內(nèi)的空氣蓄熱能力進(jìn)一步增強(qiáng)，但由于空氣層過厚，空氣的自然對(duì)流受到一定影響，熱交換效率并未隨著通風(fēng)腔寬度的增加而持續(xù)提高。在某些情況下，過大的通風(fēng)腔寬度可能會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)腔內(nèi)出現(xiàn)氣流死角，部分空氣無法有效參與熱交換，反而降低了整體的熱交換效率。模擬結(jié)果表明，當(dāng)通風(fēng)腔寬度超過400mm時(shí)，熱交換效率的提升幅度逐漸減小，而建筑的空間占用和成本卻顯著增加。綜上所述，通風(fēng)腔寬度與熱交換效率、保溫性能之間存在著復(fù)雜的關(guān)系。在一定范圍內(nèi)，增加通風(fēng)腔寬度能夠提高熱交換效率和保溫性能，但超過一定限度后，熱交換效率的提升效果不再明顯，甚至可能下降。在寒冷地區(qū)設(shè)計(jì)呼吸式幕墻時(shí)，需要綜合考慮建筑的實(shí)際需求、節(jié)能效果和成本等因素，合理選擇通風(fēng)腔寬度。一般來說，通風(fēng)腔寬度在200-400mm之間，能夠在保證較好的熱工性能的同時(shí)，兼顧建筑的空間利用和成本控制。5.1.3遮陽(yáng)設(shè)施遮陽(yáng)設(shè)施在呼吸式幕墻中對(duì)幕墻得熱和室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)起著至關(guān)重要的作用。常見的遮陽(yáng)設(shè)施如遮陽(yáng)百葉、遮陽(yáng)簾等，通過不同的工作方式有效地阻擋太陽(yáng)輻射，減少室內(nèi)得熱，從而調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。遮陽(yáng)百葉通常安裝在呼吸式幕墻的通風(fēng)腔內(nèi)，可根據(jù)太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度和角度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在夏季，當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈時(shí)，將遮陽(yáng)百葉調(diào)整到合適的角度，使其能夠反射和吸收部分太陽(yáng)輻射。遮陽(yáng)百葉的葉片角度一般可在0°-90°之間調(diào)節(jié)，當(dāng)葉片角度為45°-60°時(shí)，遮陽(yáng)效果最佳。此時(shí)，遮陽(yáng)百葉能夠阻擋約70%-80%的太陽(yáng)輻射進(jìn)入通風(fēng)腔和室內(nèi)，大大減少了室內(nèi)得熱。由于進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射減少，室內(nèi)溫度升高的幅度得到有效控制，降低了空調(diào)制冷的負(fù)荷。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在夏季使用遮陽(yáng)百葉的呼吸式幕墻，室內(nèi)空調(diào)制冷能耗相比不使用遮陽(yáng)百葉的幕墻可降低25%-35%。遮陽(yáng)簾也是一種常用的遮陽(yáng)設(shè)施，其工作原理與遮陽(yáng)百葉類似。遮陽(yáng)簾一般采用具有遮陽(yáng)功能的織物制成，可通過電動(dòng)或手動(dòng)方式進(jìn)行升降。在太陽(yáng)輻射較強(qiáng)時(shí)，將遮陽(yáng)簾放下，能夠有效地遮擋太陽(yáng)輻射。遮陽(yáng)簾的遮陽(yáng)效果與織物的材質(zhì)、顏色和厚度等因素有關(guān)。采用深色、厚質(zhì)且具有高遮陽(yáng)系數(shù)的織物制成的遮陽(yáng)簾，遮陽(yáng)效果更佳。在冬季，當(dāng)需要利用太陽(yáng)輻射得熱時(shí)，可將遮陽(yáng)簾收起，讓陽(yáng)光充分照射進(jìn)入室內(nèi)，提高室內(nèi)溫度。遮陽(yáng)設(shè)施的位置和安裝方式也會(huì)影響其對(duì)幕墻得熱和室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)效果。將遮陽(yáng)百葉或遮陽(yáng)簾安裝在靠近外層幕墻的位置，能夠在太陽(yáng)輻射進(jìn)入通風(fēng)腔之前就進(jìn)行阻擋，減少通風(fēng)腔內(nèi)空氣的升溫，進(jìn)一步降低內(nèi)層幕墻的溫度，減少向室內(nèi)傳遞的熱量。而如果遮陽(yáng)設(shè)施安裝位置不當(dāng)，可能無法充分發(fā)揮其遮陽(yáng)作用，導(dǎo)致室內(nèi)得熱增加。遮陽(yáng)設(shè)施與呼吸式幕墻的通風(fēng)系統(tǒng)配合使用，能夠更好地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。在夏季，打開通風(fēng)腔的進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口，同時(shí)調(diào)整遮陽(yáng)設(shè)施，可增強(qiáng)通風(fēng)散熱效果，降低室內(nèi)溫度。當(dāng)遮陽(yáng)百葉阻擋太陽(yáng)輻射時(shí)，通風(fēng)腔內(nèi)的熱空氣能夠迅速排出，進(jìn)一步降低內(nèi)層幕墻的溫度，提高室內(nèi)舒適度。5.2材料性能5.2.1導(dǎo)熱系數(shù)幕墻材料的導(dǎo)熱系數(shù)是影響其熱工性能的關(guān)鍵因素之一，尤其是框架材料和隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，對(duì)熱量傳遞有著重要影響。在呼吸式幕墻中，框架材料如鋁合金、鋼材等，其導(dǎo)熱系數(shù)通常較高。以鋁合金為例，其導(dǎo)熱系數(shù)約為200-237W/(m?K)，這使得框架成為熱量傳遞的主要通道之一。在冬季，室內(nèi)熱量容易通過鋁合金框架傳導(dǎo)到室外，導(dǎo)致熱量散失，增加供暖能耗。而采用斷橋鋁合金型材，在鋁合金型材中加入導(dǎo)熱系數(shù)極低的隔熱條，如尼龍隔熱條，其導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.3-0.4W/(m?K)，能夠有效阻斷熱量通過框架的傳導(dǎo)路徑，降低熱量散失。研究表明，使用斷橋鋁合金型材的呼吸式幕墻，相比普通鋁合金框架幕墻，傳熱系數(shù)可降低約30%-40%，有效提高了幕墻的保溫性能。隔熱材料在呼吸式幕墻中起著至關(guān)重要的保溫隔熱作用。常見的隔熱材料有巖棉、玻璃棉、聚氨酯等，它們的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低。巖棉的導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.03-0.045W/(m?K)之間，玻璃棉的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.033-0.042W/(m?K)，聚氨酯的導(dǎo)熱系數(shù)為0.02-0.025W/(m?K)。這些隔熱材料能夠有效阻擋熱量的傳遞，減少室內(nèi)外的溫差傳熱。在寒冷地區(qū)，將巖棉作為呼吸式幕墻的隔熱材料，填充在幕墻的結(jié)構(gòu)空隙中，能夠形成良好的隔熱層，阻止室外冷空氣的侵入和室內(nèi)熱量的散失。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在相同的室外溫度和室內(nèi)熱負(fù)荷條件下，采用巖棉隔熱的呼吸式幕墻，室內(nèi)溫度比未采用隔熱材料的幕墻可提高3-5℃，供暖能耗降低約20%-30%。此外，隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)還會(huì)受到溫度、濕度等環(huán)境因素的影響。在低溫環(huán)境下，部分隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)可能會(huì)略有增加，從而影響其隔熱性能。當(dāng)溫度從20℃降至-10℃時(shí)，巖棉的導(dǎo)熱系數(shù)可能會(huì)增加5%-10%。如果隔熱材料受潮，其導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)顯著增大，嚴(yán)重降低隔熱效果。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)巖棉受潮后，其導(dǎo)熱系數(shù)可增加2-3倍，導(dǎo)致呼吸式幕墻的保溫性能大幅下降。因此，在寒冷地區(qū)使用呼吸式幕墻時(shí)，需要選擇性能穩(wěn)定、防潮性好的隔熱材料，并采取有效的防潮措施，以確保隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)保持在較低水平，提高幕墻的熱工性能。5.2.2蓄熱性能材料的蓄熱性能在呼吸式幕墻應(yīng)對(duì)晝夜溫差大的寒冷地區(qū)氣候時(shí)，發(fā)揮著重要作用。具有良好蓄熱性能的材料能夠在白天吸收并儲(chǔ)存太陽(yáng)輻射的熱量，在夜晚緩慢釋放，從而調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，減少溫度波動(dòng)，提高室內(nèi)舒適度。在呼吸式幕墻中，混凝土、磚石等材料具有較高的比熱容，蓄熱性能較好?；炷恋谋葻崛菁s為0.88-1.05kJ/(kg?K)，磚石的比熱容在0.84-1.05kJ/(kg?K)之間。以某采用呼吸式幕墻的建筑為例，其內(nèi)層幕墻采用了混凝土材料，在白天陽(yáng)光照射下，混凝土吸收太陽(yáng)輻射的熱量，溫度逐漸升高，將熱量?jī)?chǔ)存起來。到了夜晚，室外溫度降低，混凝土開始緩慢釋放儲(chǔ)存的熱量，使室內(nèi)溫度不會(huì)因室外溫度的下降而急劇降低。通過實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在晝夜溫差為10℃的情況下，采用混凝土內(nèi)層幕墻的呼吸式幕墻，室內(nèi)溫度波動(dòng)范圍控制在3℃以內(nèi)，相比采用普通材料內(nèi)層幕墻的建筑，室內(nèi)溫度更加穩(wěn)定，居民的舒適度明顯提高。相比之下，一些輕質(zhì)材料如鋁合金、塑料等，其比熱容較低，蓄熱性能較差。鋁合金的比熱容約為0.88kJ/(kg?K)，雖然數(shù)值上與混凝土相近，但由于鋁合金的密度較小，單位體積的鋁合金儲(chǔ)存的熱量相對(duì)較少。在晝夜溫差較大的寒冷地區(qū)，這些輕質(zhì)材料無法有效儲(chǔ)存和釋放熱量，導(dǎo)致室內(nèi)溫度容易受到室外溫度變化的影響，波動(dòng)較大。例如，某建筑的呼吸式幕墻采用了鋁合金框架和塑料隔熱條，在夜間室外溫度急劇下降時(shí)，室內(nèi)溫度也隨之快速降低，居民明顯感覺到寒冷，舒適度較差。材料的蓄熱性能還與材料的厚度、結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。增加材料的厚度可以提高其蓄熱能力，使材料能夠儲(chǔ)存更多的熱量。合理設(shè)計(jì)材料的結(jié)構(gòu)，如采用多層結(jié)構(gòu)或多孔結(jié)構(gòu)，也能增強(qiáng)材料的蓄熱性能。多層結(jié)構(gòu)可以增加熱量在材料內(nèi)部的傳遞路徑，延長(zhǎng)熱量的儲(chǔ)存和釋放時(shí)間；多孔結(jié)構(gòu)則可以增加材料的比表面積，提高材料與熱量的接觸面積，從而增強(qiáng)蓄熱效果。因此，在寒冷地區(qū)設(shè)計(jì)呼吸式幕墻時(shí)，應(yīng)充分考慮材料的蓄熱性能，選擇合適的材料和結(jié)構(gòu)形式，以提高幕墻的熱工性能和室內(nèi)舒適度。5.2.3氣密性幕墻的氣密性是影響其保溫性能的重要因素之一，良好的氣密性能夠有效減少熱量泄漏，提高保溫效果。在寒冷地區(qū)，室外溫度較低，室內(nèi)外溫差較大，如果幕墻的氣密性不佳，室外冷空氣會(huì)通過縫隙滲入室內(nèi)，室內(nèi)熱量也會(huì)通過縫隙散失到室外，導(dǎo)致供暖能耗增加，室內(nèi)溫度難以維持穩(wěn)定。幕墻的氣密性主要取決于幕墻的密封材料和密封結(jié)構(gòu)。密封材料如密封膠、密封條等，應(yīng)具有良好的彈性、耐候性和密封性能。硅酮密封膠是常用的幕墻密封材料之一，它具有優(yōu)異的耐候性和密封性能，能夠在不同的溫度和氣候條件下保持良好的密封效果。密封條則多采用三元乙丙橡膠（EPDM）等材料，具有良好的彈性和耐老化性能。在某寒冷地區(qū)的建筑中，采用了硅酮密封膠和EPDM密封條對(duì)呼吸式幕墻進(jìn)行密封，經(jīng)過檢測(cè)，幕墻的空氣滲透量遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值，有效減少了熱量的泄漏。密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也至關(guān)重要。合理的密封結(jié)構(gòu)能夠確保密封材料充分發(fā)揮作用，提高幕墻的氣密性。在幕墻的拼接處、開啟扇與窗框之間等部位，應(yīng)采用有效的密封措施，如設(shè)置多道密封防線、采用密封膠條與密封膠相結(jié)合的方式等。某呼吸式幕墻在開啟扇與窗框之間設(shè)置了兩道EPDM密封條，并在縫隙處填充硅酮密封膠，形成了雙重密封結(jié)構(gòu)。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，該幕墻在冬季的空氣滲透量相比單道密封結(jié)構(gòu)降低了約40%，室內(nèi)溫度波動(dòng)明顯減小，供暖能耗降低了15%-20%。此外，幕墻的安裝質(zhì)量也會(huì)影響其氣密性。在安裝過程中，應(yīng)確保密封材料的安裝位置準(zhǔn)確、牢固，避免出現(xiàn)密封不嚴(yán)、漏膠等問題。安裝人員的技術(shù)水平和責(zé)任心對(duì)幕墻的氣密性有著直接影響。因此，在幕墻安裝過程中，需要加強(qiáng)質(zhì)量控制，對(duì)安裝人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行操作，確保幕墻的氣密性符合要求。綜上所述，提高呼吸式幕墻的氣密性是減少熱量泄漏、提高保溫性能的關(guān)鍵措施。通過選擇優(yōu)質(zhì)的密封材料、設(shè)計(jì)合理的密封結(jié)構(gòu)以及保證良好的安裝質(zhì)量，可以有效提高幕墻的氣密性，降低供暖能耗，提高室內(nèi)舒適度，滿足寒冷地區(qū)建筑的節(jié)能需求。5.3運(yùn)行管理因素5.3.1通風(fēng)策略在寒冷地區(qū)，呼吸式幕墻的通風(fēng)策略對(duì)其熱工性能有著顯著影響。不同季節(jié)和時(shí)間需要采用不同的通風(fēng)策略，以實(shí)現(xiàn)最佳的節(jié)能效果和室內(nèi)舒適度。在冬季，由于室外溫度較低，通風(fēng)的主要目的是在保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的前提下，盡量減少熱量散失。在白天陽(yáng)光充足時(shí)，可適當(dāng)開啟通風(fēng)口，利用太陽(yáng)輻射加熱通風(fēng)腔內(nèi)的空氣，形成溫室效應(yīng)，提高內(nèi)層幕墻溫度，減少室內(nèi)供暖能耗。在上午10點(diǎn)至下午3點(diǎn)期間，當(dāng)室外溫度在-5℃以上且太陽(yáng)輻射強(qiáng)度達(dá)到300W/m2時(shí)，開啟通風(fēng)口，通風(fēng)腔內(nèi)的空氣溫度可在1-2小時(shí)內(nèi)升高5-8℃，通過內(nèi)層幕墻向室內(nèi)傳遞的熱量可使室內(nèi)溫度升高1-2℃。但在夜間或室外溫度過低時(shí)，應(yīng)關(guān)閉通風(fēng)口，防止冷空氣進(jìn)入通風(fēng)腔，避免熱量散失。當(dāng)室外溫度低于-10℃時(shí)，關(guān)閉通風(fēng)口，可使室內(nèi)熱量散失減少約30%-40%。夏季，通風(fēng)的主要作用是散熱和降低室內(nèi)溫度。在炎熱的白天，應(yīng)打開通風(fēng)腔的進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口，利用煙囪效應(yīng)增強(qiáng)通風(fēng)，帶走通風(fēng)腔內(nèi)的熱量，降低內(nèi)層幕墻溫度，減少向室內(nèi)傳遞的熱量。在14點(diǎn)至16點(diǎn)期間，當(dāng)室外溫度達(dá)到35℃，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為700W/m2時(shí)，打開通風(fēng)口，通風(fēng)腔內(nèi)的空氣流速可達(dá)到2-3m/s，內(nèi)層幕墻表面溫度可降低5-8℃，室內(nèi)空調(diào)制冷負(fù)荷降低約30%。在夜間，當(dāng)室外溫度低于室內(nèi)溫度時(shí)，可加大通風(fēng)量，利用室外冷空氣降低室內(nèi)溫度，減少空調(diào)運(yùn)行時(shí)間。過渡季節(jié)，氣候條件較為復(fù)雜，通風(fēng)策略需要根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整。在天氣較暖和且陽(yáng)光充足時(shí)，可采用與夏季類似的通風(fēng)策略，利用自然通風(fēng)降低室內(nèi)溫度；在天氣較冷時(shí)，可適當(dāng)減少通風(fēng)，利用太陽(yáng)輻射得熱提高室內(nèi)溫度。在春季的某天，當(dāng)室外溫度在15℃-20℃之間，風(fēng)速在3-5m/s時(shí)，根據(jù)室內(nèi)溫度和人員活動(dòng)情況，靈活調(diào)節(jié)通風(fēng)口的開啟程度，可使室內(nèi)溫度保持在舒適范圍內(nèi)，無需開啟空調(diào)設(shè)備，室內(nèi)空氣品質(zhì)也能得到有效保證。5.3.2維護(hù)保養(yǎng)定期維護(hù)保養(yǎng)是保證呼吸式幕墻熱工性能穩(wěn)定的關(guān)鍵措施。呼吸式幕墻長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中，受到溫度變化、風(fēng)吹雨打、太陽(yáng)輻射等因素的影響，其結(jié)構(gòu)和材料會(huì)逐漸老化、損壞，從而影響熱工性能。密封材料的老化和損壞是常見問題之一。密封膠條在長(zhǎng)期使用后，會(huì)出現(xiàn)硬化、開裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致幕墻的氣密性下降，空氣滲透量增加，熱量散失加劇。因此，需要定期檢查密封材料的狀態(tài)，一般每1-2年進(jìn)行一次全面檢查。當(dāng)發(fā)現(xiàn)密封膠條出現(xiàn)老化、開裂等問題時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換。在某寒冷地區(qū)的建筑中，由于未及時(shí)更換