高层办公楼玻璃幕墙采用单层或双层对空调负荷的影响

　第 14卷　第 4期 　　　　建 筑 科 学　BUILDING SCIENCE 1998年　 高层办公楼玻璃幕墙采用单层或双层 对空调负荷的影响 黄烈郁 (深圳集团(深圳)有限公司　深圳 518004) 　　【摘要】　结合深圳某中心大厦建设的实际,从使用、节能、投资等角度对在深圳地区建造高层 办公楼, 当外墙做大面积玻璃幕墙时是采用单层还是双层的更合算的问, 进行了综合分析, 文中得出 的结论, 可供工程设计参考。 【关键词】　节能　单层玻璃幕墙　双层玻璃幕墙 　　本文以深圳某中心大厦标准层为例,对高 层办公楼采用单层或双层玻璃幕墙对空调负荷 的影响进行计算分析。该大厦是某集团公司在 深圳市深南东路兴建的一座高层办公楼。地面 以上 34层,地下四层, 总建筑面积 78000m2。 大厦原设计为全部采用双层彩色反光隐框 玻璃幕墙。在实施阶段,考虑到双层玻璃幕墙的 造价比单层玻璃幕墙的要高, 而单层玻璃幕墙 的空调能耗与设备费用又将高于前者。为此,本 文从使用、节能、投资等角度,对在深圳地区建 造公用建筑, 当外墙采用玻璃幕墙时,究竟是做 成双层的好还是做成单层的更合算这一问题进 行了分析和探讨, 得出了有实用意义的结论。鉴 于目前国内采用玻璃幕墙的建筑物日渐增多, 因此本文提供的数据和所得到的结论具有普遍 意义,可供工程设计参考。 1　计算分析方法 该大厦办公楼标准层平面布置如图 1, 其 玻璃幕墙(窗)及外围护结构设计构造大样见图 2。考虑到该大厦拟采用冷负荷 INT ERPANE 玻璃集团生产的镀膜单层热反射玻璃幕墙 IA108,因此, 在分析计算时,以该玻璃集团生 产的镀膜单层热反射玻璃和双层中空玻璃产品 的参数为依据, 其热工参数值列于表1, 其中 8mm 规格用 6mm 参数代替。 图 1　某中心大厦标准层平面 图 2　玻璃幕墙构造大样图 29 玻璃热工参数 表 1 玻　璃　品　种 厚度 ( mm ) K 值 ( W /m 2·K) 遮光系数 镀膜单层玻璃 IA108 6 4. 46 0. 24 镀膜双层中空玻璃 IA108 25 ( 6+ 12+ 6) 2. 31 0. 16 1. 1　玻璃幕墙(窗)冷负荷 冷负荷计算采用冷负荷系数法。 ( 1) 玻璃幕墙(窗)日射得热引起的冷负荷 按如下公式计算: CL = FCzD J , maxCcL 式中　F——标准层各朝向玻璃幕墙(窗)的面 积,其值列于表 2; Cz——综合遮挡系数, Cz= Cs·Cn ; Cs——玻璃幕墙的遮光系数, 单层为 0. 24,双层为 0. 16; Cn——内遮阳系数,取 1; 　 D J ,max——日射得热因数的最大值,纬度带 25°数值列于表 3; 　　　CcL——冷负荷系数,深圳属南大区, 无 标准层各朝向玻璃墙(窗)的面积(m2 ) 表 2 朝向 S SE E NE N NW W SW 面积 55. 25 44. 2 19. 38 44. 2 55. 25 44. 2 19. 38 44. 2 日射得热因数的最大值(W/m2) 表 3 朝　向 S SE E NE N NW W SW D J ,max 145 331 509 421 134 421 509 331 　　　　　　内遮阳的按表 4取值。 　　标准层采用单层、双层玻璃幕墙(窗)日射 得热逐时冷负荷计算表如表 5、6。 ( 2) 玻璃幕墙(窗)瞬变传热引起的冷负荷 按下式计算: CL = FK ( t e- tn ) 式中　F——玻璃幕墙(窗)面积, 标准层计算 得 F= 326m 2; K——传热系数,单层K= 4.46W/m 2·K, 双层 K = 2. 31W / m2·K; te——玻璃幕墙(窗)冷负荷计算温度逐 时值(如表 7) ; tn——室内计算温度,一般取 tn= 25℃。 深圳无内遮阳冷负荷系数 表 4 朝向 时　　刻 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 S SE E NE N NW W SW 0. 33 0. 47 0. 48 0. 49 0. 52 0. 17 0. 16 0. 19 0. 42 0. 52 0. 61 0. 59 0. 55 0. 19 0. 17 0. 23 0. 48 0. 61 0. 57 0. 54 0. 59 0. 20 0. 18 0. 25 0. 54 0. 54 0. 38 0. 36 0. 63 0. 21 0. 19 0. 27 0. 59 0. 39 0. 31 0. 32 0. 66 0. 22 0. 20 0. 29 0. 70 0. 37 0. 30 0. 32 0. 68 0. 27 0. 28 0. 37 0. 70 0. 36 0. 29 0. 31 0. 68 0. 38 0. 40 0. 48 0. 57 0. 35 0. 28 0. 29 0. 68 0. 48 0. 50 0. 55 0. 52 0. 32 0. 27 0. 27 0. 69 0. 54 0. 54 0. 67 0. 44 0. 28 0. 23 0. 24 0. 69 0. 63 0. 61 0. 60 0. 35 0. 23 0. 21 0. 20 0. 60 0. 52 0. 50 0. 38 单层玻璃幕墙(窗)日射得热逐时冷负荷计算表(单位:W) 表 5 朝　向 时　　刻 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 S SE E NE N NW W SW 合　计 635 6150 1136 2188 925 759 378 667 8336 807 1826 1445 2635 977 848 402 807 9747 925 1422 1349 2411 1048 895 426 878 10070 1038 1896 899 1608 1119 938 450 948 8896 1154 1569 753 1429 1172 982 473 1018 8310 1545 1299 710 1429 1208 1205 663 1299 9158 1545 1264 686 1384 1208 1697 947 1685 10216 1096 1229 662 1295 1208 1245 1183 1931 10747 999 1125 659 1205 1226 2411 1278 2352 11233 846 985 545 1072 1226 2813 1445 2106 11036 673 807 497 895 1066 2322 1183 1334 8775 30 　　标准层采用单层、双层玻璃幕墙(窗)瞬变 传热引起的冷负荷计算如表 8。 标准层采用单层、双层玻璃幕墙(窗)逐时 冷负荷汇总表(日射十传热)如表 9。 双层玻璃幕墙(窗)日射得热逐时冷负荷计算表(单位:W) 表 6 朝　向 时　　刻 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 S SE E NE N NW W SW 合　计 423 1099 757 1458 615 506 252 445 5555 538 1217 963 1756 651 565 268 538 6496 615 1428 899 1607 698 595 284 585 6711 692 1263 599 1072 746 625 300 632 5929 756 912 488 952 781 654 315 678 5536 896 866 473 952 805 803 442 866 6103 896 843 457 922 805 1131 631 1123 6808 730 819 441 865 805 1428 788 1287 7161 666 748 423 803 817 1607 852 1568 7484 564 655 363 715 817 1875 963 1403 7355 448 538 331 595 710 1547 788 889 5846 玻璃幕墙(窗)冷负荷计算温度逐时值(℃) 表 7 时　刻 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 t e 27. 9 28. 9 30 30. 9 31. 8 32. 5 32. 9 33. 2 33. 2 33 32. 6 单层、双层玻璃幕墙(窗)瞬变传热引起的冷负荷汇总表(单位:W) 表 8 时　刻 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 单层冷负荷 双层冷负荷 4216 2183 5670 2936 7270 3765 8578 4442 9887 5120 10905 5648 11486 5949 11922 6175 11922 6175 11632 6024 11050 5723 单层、双层玻璃幕墙(窗)逐时冷负荷汇总表(单位:W) 表 9 时　刻 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 单层冷负荷 双层冷负荷 12552 7738 15417 9432 17340 110476 17472 10371 18197 10656 20063 11751 21702 12757 22669 13336 23155 13659 22668 13379 19825 11569 1. 2　外围护结构(外墙)冷负荷 采用单层、双层玻璃幕墙外围护结构的冷 负荷计算按下述公式进行: 　　CL = FK ( t1- tn ) 式中　F——各朝向外墙面积( m 2) ; K ——传热系数( W/ m 2·K) ; t 1——各朝向逐时外墙冷负荷计算温度 (℃) ; t n——室内计算温度,取 t n= 25℃。 K 值的确定: K = 1 Rn+∑R+ Rw 查得: R n = 0. 115, Rw = 0. 043, 玻璃 �= 0. 76、�= 0. 006时, R≈0. 01( m 2·K/W) ;空气 间层热阻 �= 12mm 时, R≈0. 13( m 2·K/W ) ; 外围护结构选用Ⅱ类型墙 20号构造,经计算得 R≈0. 72( m2·K/W)。将 Rn、R w、∑R 代入公 式中计算得: 　　K 1≈1. 1261( W/ m2·K) , 　　K 2≈0. 973( W / m2·K) 各朝向外墙逐时冷负荷计算温度及面积如 表 10。 标准层采用外围护结构(外墙)单层或双层 玻璃幕墙冷负荷,见表 11、12。 31 各朝向外墙逐时冷负荷计算温度(℃)及面积 表 10 时　刻 朝　　　　　　向 S SW W NW N NE E SE 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 34. 6 34. 2 33. 9 33. 5 33. 2 32. 9 32. 8 32. 9 33. 1 33. 4 33. 9 37. 1 36. 6 36. 1 35. 7 35. 2 34. 9 34. 6 34. 4 34. 3 34. 4 34. 7 37. 8 37. 3 36. 8 36. 3 35. 9 35. 5 35. 2 34. 9 34. 8 34. 8 34. 9 35. 4 35. 1 34. 7 34. 3 33. 9 33. 6 33. 4 33. 2 33. 2 33. 2 33. 3 32. 3 32. 1 31. 8 31. 6 31. 4 31. 3 31. 2 31. 2 31. 3 31. 4 31. 6 34. 3 33. 9 33. 6 33. 5 33. 5 33. 7 33. 9 34. 3 34. 6 34. 9 35. 2 36. 0 35. 5 35. 2 35. 0 35. 0 35. 2 35. 6 36. 1 36. 6 37. 1 37. 5 35. 8 35. 3 34. 9 34. 6 34. 5 34. 6 34. 8 35. 2 35. 7 36. 2 36. 7 td - 1. 9 - 1. 2 0 1. 3 1. 7 1. 2 0 - 1. 2 F ( m2) 55. 25 44. 2 19. 38 44. 2 55. 25 44. 2 19. 38 44. 2 　　注:表中 td 为各朝向不同地区计算温度的修正值。 采用单层玻璃幕墙的冷负荷值(单位: W) 表 11 朝　向 时　　　　刻 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 　　S 　　SW 　　W 　　NW 　　N 　　NE 　　E 　　SE 　合　计 476 539 278 579 556 514 238 475 3655 451 514 266 564 544 499 227 450 3515 433 490 256 544 525 485 221 430 3384 408 470 245 524 515 480 217 415 3272 389 445 236 505 501 480 217 410 3183 371 430 228 490 495 490 221 415 3140 365 415 221 480 488 499 230 425 3123 371 405 215 470 488 514 241 445 3149 383 401 212 470 495 534 251 470 3216 402 405 212 470 501 549 262 495 3296 433 420 215 475 513 564 271 519 3410 采用双层玻璃幕墙的冷负荷值(单位: W) 表 12 朝　向 时　　　　刻 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 　　S 　　SW 　　W 　　NW 　　N 　　NE 　　E 　　SE 　合　计 413 467 241 502 482 446 206 412 3169 391 446 230 489 472 433 197 390 3048 375 425 222 472 455 421 192 373 2935 354 407 212 455 445 416 188 360 2837 337 386 205 438 435 416 188 355 2760 322 373 198 425 429 425 192 360 2724 316 360 191 416 423 433 199 369 2707 322 351 186 408 423 446 209 386 2731 332 348 184 408 429 463 217 408 2739 349 351 184 408 435 476 227 429 2859 375 364 186 412 445 489 235 450 2956 32 2　对比分析 2. 1　空调负荷的对比分析 为计算方便, 第 1～6层裙房用标准层近似 代替。 ( 1) 采用单层玻璃幕墙时 从窗户传入的冷负荷为: 23155×34= 787270≈224(冷吨) 从外墙传入的冷负荷为: 3655×34= 124270≈35(冷吨) ( 2) 采用双层中空玻璃幕墙时 从窗户传入的冷负荷为: 13659×34= 464406≈132(冷吨) 从外墙传入的冷负荷为: 3169×34= 107746≈30(冷吨) 采用单层或双层玻璃幕墙时, 经窗户及外 墙传入的设计冷负荷之差值分别为 92冷吨和 5冷吨。两个差值之和为 97冷吨, 近似的取为 100冷吨。 深圳某中心大厦全楼空调设计计算的冷负 荷为 8733kW( 2484RT ) ,而采用单层玻璃幕墙 时所增加的空调冷负荷占全楼冷负荷的比例 为: 100/ 2484≈0. 04= 4%。 2. 2　经济分析比较 ( 1) 本工程增加的空调冷负荷所需设备耗 电量计算结果是:冷却机的用电量约 91kW ;冷 冻水泵用电量约 13kW ; 冷冻水泵用电量约 13. 5kW;冷却塔风机用电量约 1. 5kW; 风机盘 管用电量 13kW。故总增加的用电量为: 132kW。 ( 2) 根据当量满负荷运行计算法,计算全 年的耗电量。办公楼的满负荷运行为 560小时 /年, 考虑深圳运行时间长,经取值计算得 750 小时/年,则 132×750= 9900度/年。 每度电按目前的价格为 0. 95元,则每年所 需用电费为: 0. 95×9900≈9. 4万元, 取为 10 万元。 ( 3) 增加空调冷负荷所增加的空调设备费 用按冷吨估价为: 100冷吨×1万元/冷吨= 100 万元。 根据电专业提供的资料, 电容量增加 150kW 时, 所增费用为: 增容费 10. 8万元, 设 备费 1. 5 万元, 配电费 1 万元, 线路等 2. 5 万 元,共计 15. 8万元。 设备总价格为: 100+ 15. 8≈116万元。 ( 4) 根据有关公司对深圳某中心大厦玻璃 幕墙建造的投标报价估计: � 采用进口双层中 空镀膜反射玻璃幕墙( 25mm 厚) , 其建造总价 格为 7238万元; � 采用进口单层镀膜反射玻璃 幕墙( 8mm 厚) ,其建造总价格为 6600万元。 ( 5) 经济比较结果为:采用双层中空镀膜 反射玻璃幕墙其总价格为 7238万元,采用单层 玻璃幕墙其总价格为 6716万元。建造价格差为 522万元。也就是说,如果采用双层玻璃幕墙, 节能所省费用要用 522/ 10≈52年才能收回所 增加的投资成本。 3　结　语 ( 1) 由于深圳冬季不采暖, 仅夏天采用空 调,且办公楼的运行时间不是全天,而是间隙性 的, 运行时间短, 能源消耗及运行费用相对降 低。所以玻璃幕墙采用双层时,不像北方和运行 时间长的旅馆那样,比采用单层时呈现出较大 的节能效果。 ( 2) 办公楼窗台下面部分有保温板、防火 板以及装饰板等外围护结构,窗户上面部分有 混凝土梁等,这二部分热阻较大,外层玻璃幕墙 采用双层或单层形式, 对其传热引起的空调负 荷影响不大, 从计算结果看, 其差仅为 5 冷吨, 可以忽略。 ( 3) 由于办公楼空调负荷的特有性质, 其 内部发热量对供冷的影响较大。相对来说,外围 护结构的负荷在总负荷中所占的比例减少。通 过计算表明,本工程玻璃幕墙采用单层形式时, 冷负荷的增加只占总负荷的 4%左右, 这对选 择机组的容量方面不会显示出太大的差别。 ( 4) 由于反射玻璃幕墙具有良好的反射太 阳光及遮阳性能,从而大大减少了玻璃窗的日 33 射得热负荷。这本身就显示出了很好的节能因 素,而单层与双层相比较,其反射效果的差别不 大。 综上所述,在深圳等南方温暖地区,对于现 代化高层公用建筑, 外墙面采用大面积玻璃幕 墙时,从降低造价和节能等方面综合考虑, 采用 单层镀膜反射玻璃就可以了。而采用双层玻璃 幕墙, 不仅节能效果不太明显, 而且造价较高, 在经济上是不合算的。 衷心感谢何炳麟、周正石高级工程师, 陈尚 义高级建筑师, 许遵良副总工程师以及卢耀麟 副理事长对本文的指导和热情帮助。 参考文献 1　单寄平主编,空调负荷实用计算法,中国建筑工业出版社, 1989年 2　陈沛霖、曹叔维、郭建雄编著,空气调节负荷计算理论和方 法,同济大学出版社, 1987年 3　钱以明编著,高层建筑空调与节能,同济大学出版社, 1990 年 4　龙维定、范存养, 现代办公楼的空调设计,暖通空调, 1994 年,第 2期 5　(日)山田雅士著,果贵琴译,建筑绝热, 中国建筑工业出版 社 1987年 6　(苏) B. H 巴格罗夫斯基著,单寄平译,建筑热物理学,中国 建筑工业出版社, 1988年 7　江苏省建工局编,建筑装饰材料, 中国建筑工业出版社, 1990年 8　(日)中原信生著,龙维定等译,建筑与建筑设备的节能,中 国建筑工业出版社, 1990年 9　陈沛霖、岳寿方主编,空调与制冷技术手册, 同济大学出版 社, 1990年 The Air-Conditioning Load and Construction Cost for Double/ Single Glass Curtain Wall in High-Rise Office Buildings H uang L ieyu ( Shenzhen S heny e Group Co. , L td . ) 　　Abstract　T his article discussed the feasibility o f w het her adopting double layer s or sing le layer type of g lass cur tain w all fo r high r ise buildings w ith lar ge scale g lass cur tain w alls in Shenzhen area , from the viewpoint of ap- plication, ener gy saving and investment, in conjunction w ith the constr uct ion o f a Center Mansion Pro ject in Shen- zhen. Keywords　glass cur tain w all; 　double layer s o r sing le lay er g lass curtain wall;　energ y sav ing (上接第 28页) An Experimental Research on Failure Mechanism of Organic Mud under the Passive State Ye Yan ( I nstitute of Foundation E ngineering, China A cademy of Build ing Resear ch) Abstract　At present, the collapse accidents o f deep excavation occur mainly at o rg anic mud regions along coast and river s. The key r eason lies in lacking of enough know ledge to the passive ear th pr essur e of soil. This pa- per is fo cused on the problem . By the w ay o f a ser ies of indoor model tests, the failure mechanism o f or g anic mud w as st udied and analy zed w ith numer ical calculating in t he condition of ro tating around the t op o f wall-plate . When the wall r ot ating ar ound its t op, the sliding face in soil behind the w all had the behav io r o f expanding gr adual- ly . Under the passive stat e, t he developing pr ocess included t hr ee stag es: linear stag e, sliding face expanding sta ge and failur e developing stag e. Dur ing t he developing pr ocess of passive stat e, the value of passiv e pr essur e relied on the fluidity o f mud and the ro tating displacement of w all. Keywords　stiff w all-plate; 　ro tating ar ound the top o f w all; 　sliding face; 　ro tating displacement of w all 34