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排风隔热窗的热工性能参数分析 华中科技大学 张冲，王劲柏*，曾中平，严清 摘要：排风隔热窗由三层普通白玻璃、内置的遮阳百叶及玻璃之间的气流空腔组成，通过将 室内空调排风通过玻璃间的气流空腔排到室外，从而利用排风的冷量/热量减少外窗在供冷/ 供热季时形成的空调负荷，实现建筑节能，同时它可以根据供冷/供热季的不同切换其排风 通道。通过建立排风隔热窗的区域模型，对该结构和内置百叶中空玻璃窗在典型夏热气候条 件下的热工特性进行分析比较。本文还进一步研究了排风速度对该结构外窗传热特性的影响。 关键词：排风隔热窗，内置百叶中空玻璃，热工特性，建筑节能 0 引言 外窗是建筑围护结构中保温隔热性能最薄弱的环节，透明的玻璃结构在夏季还会产生大 量的太阳辐射得热，大面积外窗会导致空调负荷增加，耗能增大 [1]。在多数建筑中，外窗 形成的热损失约占外围护结构总热损失的 60%左右[2]。提高建筑外窗的热工性能是实现建筑 节能的重要途径。近年来，外窗的动态隔热技术备受学者关注，它是通过直接降低外窗室内 侧玻璃表面与室内空气的温度差，从而减少外窗形成的负荷。例如，陈清焰提出的双向通风 窗技术[3]，它可以有效的减少建筑能耗和提高室内空气品质。水流窗[4],内嵌管式围护结构技 术[5]和机械排风的玻璃幕墙[6]也属于这一类，都可以利用低品位能来直接降低围护结构与室 内的换热。 排风隔热窗是一种新型的外窗动态隔热技术，其由三层普通白玻璃、可调节的遮阳百叶 及玻璃之间的气流空腔构成。该结构可以充分利用空调排风的冷/热量减少外窗形成的空调 负荷，达到排风热回收的效果，同时可以有效提高室内的热舒适性。本文建立排风隔热窗的 传热数学模型，利用数值计算的方法研究其在夏季工况的热工性能，分析不同排风速度对该 结构外窗性能的影响，并与内置遮阳中空玻璃窗进行比较。 1 排风隔热窗的隔热机理 新型内置遮阳的排风隔热窗的构造如图 1 所示，它是由 3 层 6mm 透明白玻璃，两个 15mm 的气流空腔和可调节的遮阳百叶构成，根据冬夏季其可以切换运行模式，以达到最佳 的隔热效果。这种结构外窗的保温隔热机制为：利用空调新风机提供的室内正压，让空调排 风进入玻璃夹层之间的气流空腔后最终排向室外，此时排风气流可以将以导热形式传向室内 的热量（冬季为冷量）反向带出至室外，从而使得室内侧玻璃表面的温度极为接近室内的空 气温度。 冬季模式时（见图 1a）：排风气流和遮阳百叶切换至室内侧的玻璃夹层之间，此时室外 侧的玻璃夹层处于封闭状态（即双层中空玻璃）起到隔热的作用，此时排风气流直接作用于 室内侧玻璃，使室内侧玻璃表面温度极为接近室内空气温度，减少温差造成的热散失。冬季 时，遮阳百叶一般处于开启状态，让太阳辐射热尽可能进入室内。当太阳直射辐射较大时， 由于冬季的太阳高度角较低，太阳直射辐射不做任何遮挡直接进入室内（特别是南向），会 对室内人员造成严重的眩晕[7]，此时则调整遮阳百叶的角度防止眩晕的发生，遮阳百叶吸收 的太阳辐射热，使排风气流的温度升高，因此可以进一步的提高室内侧玻璃表面温度。 夏季模式时（见图 1b）：排风气流和遮阳百叶位于室外侧的玻璃夹层之间，此时室内侧 [基金项目] 国家自然科学基金；中央高校基本科研业务费资助 HUST (0118261034)； 华中科技大学博士学位论文创新基金(0118261030) [作者简介] 张冲（1988-），男，博士研究生，E-mail: zhangchong@hust.edu.cn  的玻璃夹层处于封闭状态（即双层中空玻璃），利用排风的冷量，一定程度上阻止室内外导 热形式的热量传递，同时内置的遮阳百叶可以阻止太阳辐射进入室内，减少室内太阳辐射得 热。遮阳百叶吸收大量的太阳辐射热后，会造成严重热堆积现象，此时室内侧的双层中空玻 璃可以阻止太阳辐射得热传递进入室内，同时利用温度较低的排风气流将堆积的热带出到室 外。 排风空腔 密闭空腔 Section 1 T1 1 Te 1 T2 1 Te 1 T3 1 Tc 1 T4 1 室外 室内 室外 室内 Section 2 T1 2 Te 2 T2 2 Te 2 T3 2 Tc 2 T4 2 透明白玻 透明白玻 Section j T1 j Te j T2 j Te j T3 j Tc j T4 j T4 9 遮阳百叶 排风气流 排风气流 遮阳百叶 Section n-1 y Section n T1 n-1 T1 n Te n-1 T2 n-1 Te n T2 n Te n-1 Te n T3 n-1 T3 n Tc n-1 Tc n T4 n-1 T4 n a 冬季模式 b 夏季模式 x 玻