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和建筑運行模式結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合空調系統的研究。計算方法主要有利用商業能耗模擬軟件和根據網絡法計算原理二次開發兩種。荷蘭學者Paassen的研究結果表明,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,節能潛力達到70%以比利時的Gratia模擬發現,只有當幕墻間距小于40cm才會存在明顯的壓力損失,在大多數幕墻中,主要壓力損失出現在空氣出口;對于南面幕墻,自然通風開口大小對夾層內溫度影響很大,但是在前面則影響很小.在夜間利用穿堂風非常可行,但是在白天要非常慎重,防止熱空氣進人室內。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,但是需要調節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,提出外循環式更適宜這種氣候,而夾層寬度以400mm為宜,夏季通風應以風壓為主而不是熱壓,遮陽百葉以及內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,一些建筑的實測結果為設計者提供了寶貴的經驗。Pasquav在德國西門子大樓的測試結果表明,如果允許出現短暫高溫,整個大樓全年可以采用自然通風,如果不設吊頂,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能的,一些模擬假設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,而不是煙囪效應在設計中應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完全打開外表幕墻,但是這種設計的造價較高,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,結果表明雙層幕墻較高比單層幕墻較節能方案節能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節省7.7%的資金。
綜合以上研究現狀來看,現有的研究成果中已經有部分結論可以用于指導設計,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,現有的計算方法操作復雜,對工程師要求很高,在工程應用中不適合用來指導方案設計階段的工作,而適合用在深化設計階段。
3與建筑設計過程的結合
目前,關于DSF節能方面的研究主要集中在歐美的大學、科研院所和少數實力雄厚的工程設計公司。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,以探索合理的數學模型和計算機模擬方法為目標,并且已經取得了一些成果,比如已經有能耗模擬軟件、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過特殊的培訓才能掌握。也就是說,DSF的節能研究還是屬于前沿領域,將其應用于實際工程,特別是指導建筑師做設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展而停止前進步伐。事實上,近幾年來,北京、上海等國內特大城市中也有一些豪華寫字樓、小樓陸續采用了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并不是完全出于節能效果和經濟性考慮,而是包含房地產炒作的目的。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國內還將大量涌現出這類建筑。工程實踐迫切需要經驗和理論研究的指導,但目前為止,很多關于DSF節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?節能效果是否明顯?②DSF是否同時適用于不同朝向的立面?其構造相同么?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驗,但是DSF的實際運行表現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,想把它的優點充分發揮出來,創造舒適的室內環境,避免夏季夾層內過熱以及真實做到節能,并不是件容易的事。只有在設計中結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。因此,國內各大城市的建筑在采用DSF的決策中應堅持謹慎的態度,充分重視預先的計算和實驗工作。
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