引言呼吸式双层玻璃幕墙又为双层幕墙、双层通风幕墙或热通道幕墙等，最早出现于20世纪90年代的欧洲［1］。呼吸式玻璃幕墙因其美观通透时尚的视觉效果和相对于单层玻璃幕墙所具有的节能优势，在国外被广泛应用于现代商业建筑中［2-3］。近年来，呼吸式玻璃幕墙得到更多的应用，国内很多专家、学者对呼吸式幕墙的节能效果进行了研究分析。张晓明［4］利用CFD分析方法针对多层建筑外呼吸玻璃幕墙存在的“气流短路”问题，提出改进措施以提高幕墙通风效果。甘润华［5］等以广州市某大厦项目的内呼吸玻璃幕墙为研究对象，按内层玻璃和排气阀的启闭状态设置3种不同的状态，进行对比测试，评价了内呼吸玻璃幕墙的节能效果。然而，从实际工程案例出发，对目前应用较多的外呼吸玻璃幕墙进行实验测试，分析其通风散热效果的文献并不多见，而且均未给出具体的测试方法和结果［6-7］。本研究以广州市某项目的外呼吸玻璃幕墙为研究对象，分别对室外平均风速、室外侧玻璃外表面平均温度、室外侧玻璃内表面平均温度、热通道内的平均风速、进风口空气温度、出风口空气温度进行测试，计算得出其通风除热效率，从而对其节能效果进行定量分析。1建筑概况该项目位于广州市越秀区，项目用地面积5 610 m2，建筑层数共30层，其中地下2层，地上28层。项目总建筑面积50 396.8 m 2。本项目效果图如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.019.F001图1项目效果图本项目南面及东南面采用开放式外循环双层幕墙（呼吸式幕墙），总面积约3 000 m2，每一个单元板块大小为2 900 mm×1 200 mm。幕墙类型为全隐框形式，外层幕墙采用8 mm+1.52PVB+6 mm钢化夹胶玻璃，内层幕墙采用6 mm（LOW-E）+12A+6 mm钢化中空玻璃，中间空气层间层厚度为160 mm。本项目外呼吸双层玻璃幕墙结构如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.019.F002图2外呼吸双层幕墙结构示意图2外呼吸幕墙夏季通风散热效果的数值计算结果采用CFD通用软件Fluent对外呼吸玻璃幕墙在夏季运行情况下进行热工模拟，得到双层玻璃幕墙热通道内的温度场。在此基础上，计算进风口的空气流量、平均温度等物理量，进而求出玻璃幕墙综合传热系数K和通风除热效率η两个关键的设计及评估参数。计算结果表明［8］，外呼吸玻璃幕墙在夏季平均气象条件下，其通风除热效率约为57%；在夏季最热的时候，其通风除热效率为32.41%，说明该呼吸幕墙在夏季具有良好的通风散热效果。3外呼吸幕墙夏季通风散热效果的实测分析3.1测试对象的选取选取本项目12层南向幕墙作为本次测试对象，测试得到当天气象参数为：温度28~34 ℃、湿度75%~84%、多云、东北风1级。3.2测试点的布置该项目的外呼吸双层玻璃幕墙室外侧为8 mm+1.52PVB+6 mm钢化夹胶玻璃，室内侧为6 mm（LOW-E）+12A+6 mm钢化中空玻璃。双层幕墙中间为160 mm宽的呼吸腔，下侧为进风口可调百叶窗（冬季可关闭），上侧为排风口。在室外侧玻璃外表面中部、室外侧玻璃内表面中部、热通道中部、进风口中部、出风口中部布置测试点，分别测试室外侧玻璃外表面平均温度、室外侧玻璃内表面平均温度、热通道内的平均风速、进风口空气温度、出风口空气温度。3.3测试仪器3.3.1温度传感器对外层玻璃外表面平均温度\外层玻璃内表面平均温度的测试采用贴片式热电偶GG-T-24-72，温度范围均为-40~125 ˚C，容差值为读数的±0.4%。3.3.2数据采集仪为实现对玻璃表面温度的自动采集，采用了多功能数据采集主机。该主机可实现15通道的数据采集，各采集通道使用了开放式设计，通过对接口的定义可识别。在本次测试中只采集温度数据。3.3.3风系统测试系统对于对室外平均风速、热通道内的平均风速、出风口空气温度、进风口空气温度的测试，采用SWEMA3000风系统测试系统，该系统具有温湿度、风速、风量测量与自动记录功能，在1.33~30.00 m/s风速范围内、室温条件下，其风速准确度为±3%读数值。3.4测试方法测试为夏季工况，选取12楼南向的幕墙单元作为测试对象，分别对室外平均风速、热通道内的平均风速、出风口空气温度、进风口空气温度、外层玻璃外表面平均温度，外层玻璃内表面平均温度进行连续监测，依据上述测试数值计算得出所测幕墙单元的通风除热效率η。η值越高，说明同等条件下由热通道带走的热量越多，传入室内的热量也就越少，因此幕墙节能性能也就越好。通风除热效率η定义为热通道中气流带走的热量与投射到幕墙上的太阳辐射总热量的比值：η=QW2QW1 (1)式中： QW1——外层玻璃经太阳辐射传递给模型通道的热量；QW2——热通道中流动热气流所带走的能量。3.5测试结果分析测试从6月28日13：23开始，至15：13结束，共23组数据，具体测试数据如表1所示，通风除热效率计算过程中用到的基本参数如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.019.T001表1温度和风速测试记录及通风除热效率计算结果采集时间外层玻璃外表面平均温度Tia /℃外层玻璃内表面平均温度Tw1/℃出风口空气温度Tout/℃进风口空气温度Tin/℃热通道内的平均风速uf/ (m/s)通道中空气质量流量Qa /(kg/s)通风除热效率η/%平均值38.6930.8534.7533.161.515.0319.7413:23:3038.5130.9733.6032.961.685.5810.7213:28:3038.4130.5634.2033.161.414.709.9513:33:3038.6130.9734.2033.061.685.5918.9113:38:3038.7131.0734.1033.041.073.544.4813:43:3038.4130.8734.4032.791.234.0910.5813:48:3038.2131.0734.4032.841.244.1211.0713:53:3039.0130.9734.7033.001.765.8330.4413:58:3038.6131.0734.8033.541.775.8724.5614:03:3038.6130.8734.9033.441.595.2720.0814:08:3038.0130.8734.9033.041.545.1025.0914:13:3038.3130.9734.8032.931.685.5932.3514:18:3038.7130.9734.7033.071.284.2511.7114:23:3038.8130.8734.8033.191.765.8329.1914:28:3038.7130.7734.8033.421.525.0416.1614:33:3039.2230.8734.9033.671.214.037.0014:38:3038.8130.4635.1033.551.595.2719.7214:43:3039.1230.4634.9033.531.755.8222.6214:48:3038.7130.4635.1033.431.535.0919.3514:53:3039.2231.0735.3032.941.424.7322.1814:58:3039.0230.8735.2032.931.214.0313.2415:03:3038.7131.0735.1033.051.735.7537.0715:08:3038.7130.5635.0033.071.535.1022.7715:13:3038.8130.9735.3033.081.665.5334.6910.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.019.T002表2计算过程中的相关参数项目空气密度ρ/(kg/m³)空气比热Cpa /[J /(kg·K)]外层玻璃传热系数Kw1 /[W/(㎡·K)]通道面积A1/m2（高×宽）数值1.1541.43.52.883.5.1外呼吸幕墙内外层玻璃表面温度外呼吸幕墙内外层玻璃表面温度分布如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.019.F003图3内外层玻璃表面温度分布由图3可知，在太阳辐射作用下，外层玻璃外表面温度平均测试值为38.69 ℃，远高于室外空气平均温度。由于外层玻璃自身热阻及热气流带走热通道内的部分热量，其内表面温度大幅下降，平均测试温度为30.85 ℃，玻璃内外表面平均温差为7.84 ℃。3.5.2外呼吸幕墙热通道进出口空气温度变化外呼吸幕墙热通道进出口空气温度编号如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.019.F004图4外呼吸幕墙热通道进出口空气温度变化由图4可知，室外空气进入热通道内被加热导致温度上升，进风口空气平均温度为33.16 ℃，出风口空气平均温度为34.75 ℃，进出风口空气平均温差为1.59 ℃。3.5.3外呼吸幕墙通风除热效率外呼吸幕墙逐时通风除热效率如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.019.F005图5外呼吸幕墙逐时通风除热效率由图5可知，测试结果表明逐时幕墙通风除热效率η值波动较大，主要原因是热通道内气流的流动不平稳，风速变化大，导致风量变化大。呼吸幕墙在测试工况下的通风除热效率η值最高为37.07%，最低为4.48%，平均值为19.74%。4结语分别对室外平均风速、热通道内的平均风速、出风口空气温度、进风口空气温度、外层玻璃外表面平均温度，外层玻璃内表面平均温度进行连续监测，计算所测外呼吸玻璃幕墙单元通风除热效率，通过测试分析得出如下结论：（1）在热压作用下，热通道内的气流带走热通道内的部分热量，使外层玻璃内表面温度大幅下降，实际测得外层玻璃内外表面平均温差为7.84 ℃，隔热效果明显。（2）测试工况下的通风除热效率η值最高为37.07%，最低为4.48%，平均值为19.74%。η值波动较大的主要原因是热通道内气流的流动不平稳，风速变化大，导致风量变化大。（3）与理论模拟值相比，实际测得的通风除热效率值偏低，进一步分析其可能原因是进风口附近可能存在有局部的回流区，阻碍了热空气的排出，降低了热通道的通风散热速度。