單、雙層玻璃幕墻對高層辦公樓空調負荷及造價的影響分析一例

    深圳市深南東路興建了一座高層辦公樓——深業(yè)中心。該建筑地上34層，地下4層，總建筑面積78000㎡。

    該大廈原設計打算全部采用雙層彩色反光隱框玻璃幕墻。考慮到雙層玻璃幕墻的造價比單層玻璃幕墻的造價高，而單層玻璃幕墻的能耗與設備費用卻多于前者，筆者從使用、節(jié)能、投資等角度以深業(yè)中心為例對深圳地區(qū)做玻璃幕墻的辦公樓建筑物，究竟是采用雙層還是單層玻璃幕墻合算這一問題進行了分析和探討。

    1. 標準層采用雙、單層玻璃幕墻(窗)的冷負荷計算

    深業(yè)中心大廈辦公樓標準層平面圖如圖1。擬采用的玻璃幕墻(窗)及外圍護結構構造大樣圖如圖2。單層熱反射玻璃和雙層中空玻璃的熱工參數值見表1。冷負荷計算采用冷負荷系數法[1]。

    ①玻璃幕墻(窗)日射得熱引起的冷負荷

        Cl1= F·CZ·DJ·maxCCL                         (1)

        式中 F——標準層各朝向玻璃幕墻(窗)面積(m2)，見表2;

        CZ——綜合遮擋系數,CZ=Cs·Cn;

        Cs——玻璃幕墻的遮光系數,單層0.24,雙層0.16;

        Cn——內遮陽系數,取1;

        DJ·max——日射得熱因素的最大值,W/m2,緯度為25b時的數值見表3。

        CCL——冷負荷系數，深圳屬南大區(qū)，無內遮陽，CCL值見表4。

        標準層分別采用單層、雙層玻璃幕墻時的日射得熱逐時冷負荷計算結果見表5(單層)、表6(雙層)。

    ②玻璃幕墻(窗)瞬變傳熱引起的冷負荷

        CL2= F·K(tl- tn)                               (2)

式中 F——玻璃幕墻(窗)面積，標準層計算得F=326m2;

     K——傳熱系數,單層K= 4.46W/(m2·K),雙層K= 2.31W/(m2·K);

        tl——玻璃幕墻(窗)冷負荷計算溫度逐時值℃,如表7。

        tn——室內計算溫度,一般取為25℃。

       標準層采用單層、雙層玻璃幕墻(窗)瞬變傳熱引起的冷負荷計算結果見表8。

       標準層采用單層、雙層玻璃幕墻(窗)逐時冷負荷匯總表(日射+傳熱)如表9。

        CL=F·K(t1- tn)              (3)

        式中F——各朝向外墻面積,m2;

        K——傳熱系數,W/(m2·K);

        t1——各朝向逐時外墻冷負荷計算溫度,℃;

        tn——室內計算溫度，取25℃;

        K值的確定：K=1/(Rn+ΣR+Rw)             (4)

        查得玻璃 λ=0.76W/(m·K)，δ=6mm時,

       R≈0.01m2·K/W，空氣間層厚度δ=12mm時，查得R=0.13m2·K/W;

       外圍護結構按Ⅱ類型墻20號構造計算，熱阻R=0.72m2·K/W，經計算得：K單≈1.126W/(m2·K)，K雙≈0.973 W/(m2·K)。

       各朝向外墻逐時冷負荷計算溫度及面積如表10。

       標準層外圍護結構(外墻)采用單層或雙層玻璃幕墻的冷負荷分別見表11(單層)、表12(雙層)。

        為計算方便，1~6層裙房用標準層近似代替。

        3.1 單層玻璃幕墻

        從窗戶傳入的冷負荷為23155*34=787270W

        從外墻傳入的冷負荷為3655*34=124270W

        3.2 雙層中空玻璃幕墻

        從窗戶傳入的冷負荷為13659*34=464406W

        從外墻傳入的冷負荷為3169*34=107746W

        采用單層和雙層玻璃幕墻，經窗戶及外墻傳入的冷負荷之差值分別為320kW和18kW，其和為338kW。

     深業(yè)中心大廈全樓空調設計計算的冷負荷為8740kW，采用單層玻璃幕墻所增加的空調冷負荷占全樓冷負荷的比例約為4%。

        4.1 采用單層玻璃幕墻增加的空調冷負荷所需設備耗電量計算

        冷凍機的用電量=冷凍機電量*（增加的冷量/冷凍機的冷量）=500*(338/1860)=91(kW)；

        冷凍水泵用電量=全樓冷凍水泵電量*(增加的冷量/全樓系統冷量)=316*(338/8740)=12.2(kW)；

        冷卻水泵用電量=全樓冷卻水泵電量*(增加的冷量/全樓系統冷量)=337*(338/8740)=13.0(kW)；

        冷卻塔風機用電量=全樓冷卻塔風機電量*(增加的冷量/全樓系統冷量)=35.5*(338/8740)=1.4(kW)；

        風機盤管用電量=每臺盤管耗電量*臺數=72*(增加冷量/每臺盤管冷量)=72*(340.916/1806)=13.6(kW)

        總增加的用電量為：

        91+12.2+13.0+1.4+13.6=131.2(kW)

        4.2 根據當量滿負荷運行計算全年的耗電量，辦公樓的滿負荷運行時間為560h/a，則

        131.2*560=73472(kWh/a)

       目前的電價為0.95元/kWh，則每年所需用電費為73472*0.95=7(萬元)

        4.3 增加空調冷負荷所增加的設備費用

    所增空調設備費用估價為351.46kW*2850元/kW=100萬元。根據電專業(yè)提供的資料，電容量增加150kW時，所增費用為：增容費10.8萬元，設備費1.5萬元，配電費1萬元，線路等2.5萬元，共15.8萬元。

設備總價約為116萬元。

        4.4 有關公司對深業(yè)中心大廈玻璃幕墻建造的投標報價(玻璃幕墻總面積約為22600m2)

       ①采用進口雙層中空鍍膜反射玻璃幕墻(25mm厚)，其建造價格為人民幣7238萬元。

       ②采用進口單層鍍膜反射玻璃幕墻(用8mm厚的規(guī)格報價)，其建造價格為人民幣6600萬元。

        ③經濟比較

        采用雙層中空鍍膜反射玻璃幕墻其總造價為7238萬元；采用單層玻璃幕墻其總造價為玻璃幕墻造價+所增設備造價=6716萬元。即采用單層比采用雙層減少投資522萬元。

        如采用雙層玻璃幕墻，每年節(jié)能所省費用7萬元，需522/7≈75(a)才能收回所增加的投資成本(考慮電價上漲因素，電費不計貼現率)。

    5.1 由于深圳冬季不供暖，僅夏天空調，從節(jié)能的角度考慮，玻璃幕墻僅在夏天起作用；同時辦公樓的使用時間不是全天，而是間歇性的，空調運行時間也就減短，能源消耗及運行費用相對降低。所以在深圳辦公樓建筑中采用雙層玻璃幕墻不像北方和運行時間長的旅館那樣比采用單層玻璃幕墻能取得較大的節(jié)能效果。

    5.2 辦公樓窗臺下面有保溫板、防火板以及裝飾板等外圍護結構，窗戶上面有混凝土梁等，這些材料熱阻較大，外層玻璃幕墻采用雙層或單層形式對其傳熱引起的空調負荷影響不大，從計算結果看，其差值僅為17573W，可以忽略。

    5.3 由于辦公樓空調負荷的特有性質，內部發(fā)熱量對供冷的影響較大，相對來說，外圍護結構的負荷在總負荷中所占的比例減少。通過計算，本工程玻璃幕墻采用單層形式時，冷負荷的增加只占總負荷的4%左右，選擇的機組容量不會有太大的差別。

    5.4 夏天圍護結構冷負荷中，玻璃窗的日射得熱負荷占有很大的比例，而從單層反射玻璃的熱工特性看，其反射和遮陽性能比一般玻璃的效果好得多。據有關資料介紹，反射玻璃能反射約30%的太陽輻射熱。INTERPANE提供的鍍膜熱反射玻璃IA108達到37%。由于反射玻璃幕墻具有良好的反射太陽光及遮陽性能，大大減少了玻璃窗的日射得熱負荷。這本身已顯示出很好的節(jié)能性，而單層與雙層的反射效果差別不大。

    綜上所述，在深圳等南方溫暖地區(qū)，對于現代化高層辦公樓，外墻面采用大面積玻璃幕墻時，從降低造價和節(jié)能兩方面綜合考慮，玻璃幕墻采用單層鍍膜反射玻璃就可以了，采用雙層玻璃幕墻節(jié)能效果不太顯著，而造價卻較高，經濟上不合算。