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和建筑運行模式結(jié)合的研究包括在特定建筑布局條件下的自然通過改果研究和結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)的研究。計算方法主要有利用商業(yè)能耗模擬軟件和根據(jù)網(wǎng)絡(luò)法計算原理二次開發(fā)兩種。荷蘭學者Paassen的研究結(jié)果表明,簡單的夜間機械通風能降低40%的裝機容量和能耗,如果考慮采用可控窗戶以及天氣預測系統(tǒng),節(jié)能潛力達到70%以比利時的Gratia模擬發(fā)現(xiàn),只有當幕墻間距小于40cm才會存在明顯的壓力損失,在大多數(shù)幕墻中,主要壓力損失出現(xiàn)在空氣出口;對于南面幕墻,自然通風開口大小對夾層內(nèi)溫度影響很大,但是在前面則影響很小.在夜間利用穿堂風非?尚校窃诎滋煲浅I髦,防止熱空氣進人室內(nèi)。采用拔風煙囪則可以保證即使沒有風壓作用,頂層建筑也能達到通風效果,但是需要調(diào)節(jié)開口大小以平衡各層通風量。李保峰在其博士論文中對中國冬冷夏熱氣候條件下DsF的熱工性能做了大量實驗研究,提出外循環(huán)式更適宜這種氣候,而夾層寬度以400mm為宜,夏季通風應(yīng)以風壓為主而不是熱壓,遮陽百葉以及內(nèi)外幕墻比較理想的材料分別是穿孔的鋁合金和高透玻璃。
同時,一些建筑的實測結(jié)果為設(shè)計者提供了寶貴的經(jīng)驗。Pasquav在德國西門子大樓的測試結(jié)果表明,如果允許出現(xiàn)短暫高溫,整個大樓全年可以采用自然通風,如果不設(shè)吊頂,夜間通風的效果可以大大提高。大樓采用地源熱泵系統(tǒng)供冷,可滿足全年要求。作者同時指出DSF并不是在任何地方和任何建筑都是節(jié)能的,一些模擬假設(shè)的邊界條件需要仔細考慮,例如幕墻周邊的溫度往往要比氣象觀測溫度高幾度;對于每層隔斷的DSF,幕墻中的換氣量更取決于風速和風向,而不是煙囪效應(yīng)在設(shè)計中應(yīng)該將雙層幕墻空間與通風口隔斷以防止夏季熱風倒灌,或者設(shè)計小面積的DSF而不是整面,或者像德國的Dehi,中心那樣在炎熱季節(jié)完全打開外表幕墻,但是這種設(shè)計的造價較高,同時導致冬季保溫性能降低。
從全生命周期分析特別是全年建筑能耗分析的角度考察DSF的研究還很少,主要研究指標包括全生命周期經(jīng)濟性和全生命周期溫室氣體排放量。比較具有代表性的是土耳其學者Cetiner對伊斯坦布爾溫和氣候下的分析,結(jié)果表明雙層幕墻較高比單層幕墻較節(jié)能方案節(jié)能23%,而單層幕墻較便宜的比雙層幕墻較便宜的便宜25%。在雙幕墻系統(tǒng)中,較省能方案可以降低33.9%的能耗,較貴的方案在全生命周期內(nèi)節(jié)省7.7%的資金。
綜合以上研究現(xiàn)狀來看,現(xiàn)有的研究成果中已經(jīng)有部分結(jié)論可以用于指導設(shè)計,但是還無法滿足實際的需要。由于DSF傳熱過程復雜、一天當中和全年當中尺度不一、準確的室外邊界條件不易獲得等原因,目前還沒有一種準確、可靠的DSF建筑全年能耗模擬方法。同時,現(xiàn)有的計算方法操作復雜,對工程師要求很高,在工程應(yīng)用中不適合用來指導方案設(shè)計階段的工作,而適合用在深化設(shè)計階段。
3與建筑設(shè)計過程的結(jié)合
目前,關(guān)于DSF節(jié)能方面的研究主要集中在歐美的大學、科研院所和少數(shù)實力雄厚的工程設(shè)計公司。從事這方面的科研人員都具有深厚熱工知識背景,而研究的思路基本上都是從對DSF傳熱過程的分析出發(fā),以探索合理的數(shù)學模型和計算機模擬方法為目標,并且已經(jīng)取得了一些成果,比如已經(jīng)有能耗模擬軟件、CFD(ComututlonalRuldlFluidDynamics計算流體力學)模擬軟件等幾種公認可以輔助能耗研究的方法。然而,這些方法普遍比較復雜,不僅不可能被建筑師掌握,就連一般學熱工出身的工程師也需要經(jīng)過特殊的培訓才能掌握。也就是說,DSF的節(jié)能研究還是屬于前沿領(lǐng)域,將其應(yīng)用于實際工程,特別是指導建筑師做設(shè)計還有較長的路要走。
然而,工程實踐并不會因為科研沒有充分發(fā)展而停止前進步伐。事實上,近幾年來,北京、上海等國內(nèi)特大城市中也有一些豪華寫字樓、小樓陸續(xù)采用了DSF。然而這些項目的實際運行效果和所宣傳的普遍存在不同程度的差距,一些樓盤采用DSF并不是完全出于節(jié)能效果和經(jīng)濟性考慮,而是包含房地產(chǎn)炒作的目的。畢竟DSF有著時尚的外觀和先進的理念,預計今后一段時間內(nèi)國內(nèi)還將大量涌現(xiàn)出這類建筑。工程實踐迫切需要經(jīng)驗和理論研究的指導,但目前為止,很多關(guān)于DSF節(jié)能效果的基本問題還沒有令人比較滿意的答案,比如:①DSF對北京、上海、深圳的氣候都適用么?節(jié)能效果是否明顯?②DSF是否同時適用于不同朝向的立面?其構(gòu)造相同么?③DSF較適合什么類型的建筑?住宅值得使用嗎?……這些問題看似簡單、基本,實則非常尖銳,因為對于任何一個打算采用DSF的項目而言,工作伊始就要回答這些問題。雖然國外的大量實踐積累了一些經(jīng)驗,但是DSF的實際運行表現(xiàn)因不同城市的氣候條件,乃至單棟建筑周邊的情況都有很大差異。因此,想把它的優(yōu)點充分發(fā)揮出來,創(chuàng)造舒適的室內(nèi)環(huán)境,避免夏季夾層內(nèi)過熱以及真實做到節(jié)能,并不是件容易的事。只有在設(shè)計中結(jié)合具體建筑的情況合理選型,并且充分做好正確的計算、模擬甚至實驗的前提下才能實現(xiàn)。因此,國內(nèi)各大城市的建筑在采用DSF的決策中應(yīng)堅持謹慎的態(tài)度,充分重視預先的計算和實驗工作。
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