幕墙热工计算书.docx
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幕墙热工计算书
昆山康佳电子有限公司
外装饰结构热工性能
设计计算书
设计：
校对：
审核：
批准：
苏州鑫泰建筑装潢有限公司
00九年十月一日
1计算引用的规范、标准及资料1
2计算中采用的部分条件参数及规定1
2.1计算所采纳的部分参数：
1
2.2规范GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》的部分规定：
2
3玻璃幕墙（门窗）结构基本参数5
3.1地区参数：
5
3.2建筑参数：
5
3.3环境参数：
5
3.4单元参数：
5
3.5框传热系数相关参数：
6
4玻璃的传热系数U值的计算6
4.1计算基础及依据：
6
4.2室外表面换热系数:
7
4.3室内表面换热系数:
7
4.4多层玻璃系统材料的固体热阻：
8
4.5多层玻璃系统内部气体间层的热阻：
8
5玻璃幕墙（门窗）框的传热系数U值的计算10
5.1框的传热系数Uf：
10
5.2幕墙框与玻璃结合处的线传热系数“13
6玻璃幕墙（门窗）整体的传热系数U值14
7太阳光透射比及遮阳系数计算15
7.1太阳光总透射比gt：
15
7.2玻璃幕墙（门窗）计算单元的遮阳系数：
16
7.3幕墙（门窗）计算单元可见光透射比计算：
16
8结露计算17
8.1水表面的饱和水蒸气压计算：
17
8.2在空气相对湿度f下，空气的水蒸气压计算：
17
8.3空气的结露点温度计算：
17
8.4玻璃幕墙或门窗玻璃内表面的计算温度：
17
8.5结露性能评价18
建筑门窗玻璃幕墙热工设计计算书
1计算引用的规范、标准及资料
《建筑幕墙》
《民用建筑热工设计规范》
GB/T21086-2007
GB50176-93
《公共建筑节能设计标准》
GB50189-2005
〈〈民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》JGJ26-95
《建筑玻璃可见光、透射比等以及有关窗玻璃参数的测定》GB/T2680-94
2计算中采用的部分条件参数及规定
2.1计算所采纳的部分参数:
按《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T151-2008采用
（1）冬季标准计算条件应为:
室内空气温度：
Tn=20C；
室外空气温度：
Tout=-20C；
室内对流换热系数室外对流换热系数室内平均辐射温度室外平均辐射温度
2
hc,in=3.6W/（m•K）;hc,out=16W/（m•K）;
Trm,in=Tn
太阳辐射照度：
Is=300W/金
（2）夏季标准计算条件应为：
室内空气温度：
Tn=25C；
室外空气温度：
T°ut=30C；
室外平均辐射温度：
Trm,out=Tout
太阳辐射照度：
Is=500W/金
（3）计算传热系数应采用冬季标准计算条件，并取
Is=0W/^
（4）计算遮阳系数、太阳光总透射比应采用夏季标准计算条件;
（5）结露性能计算的标准边界条件应为：
室内环境温度：
20C；
室内环境湿度：
30%60%
室外环境温度：
0C,-10C,-20C
⑹框的太阳光总透射比gf应采用下列边界条件:
qin=a•Is
a:
框表面太阳辐射吸收系数；
is：
太阳辐射照度（w/m）；
qin:
框吸收的太阳辐射热（W/m）；
2.2规范GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》的部分规
疋:
（1）结构所在的建筑气候分区应该按下面表格取用
表421主要城市所处气候分区
气候分区
代表性城市
严寒地区A区
海伦、博克图、伊春、呼玛、海拉尔、满洲里、齐齐哈尔、富锦、哈尔滨、牡丹江、克拉玛依、佳木斯、安达
严寒地区B区
长春、乌鲁木齐、延吉、通辽、通化、四平、呼和浩特、抚顺、大柴旦、沈阳、大同、本溪、阜新、哈
密、鞍山、张家口、
酒泉、伊宁、吐鲁番、西宁、银川、丹东
寒冷地区
兰州、太原、唐山、阿坝、喀什、北京、天津、大连、阳泉、
平凉、石家庄、德州、晋城、天水、西安、拉萨、康定、济南、青岛、安阳、郑州、洛阳、宝鸡、徐州
夏热冬冷地区
南京、蚌埠、盐城、南通、合肥、安庆、九江、武汉、黄石、岳阳、汉中、安康、上海、杭州、宁波、宜昌、长沙、南昌、株洲、零陵、赣州、韶关、桂林、重庆、达县、万州、涪陵、南充、宜宾、成都、贵阳、遵义、凯里、绵阳
夏热冬暖地区
福州、莆田、龙岩、梅州、兴宁、英德、河池、柳州、贺州、泉州、厦门、广州、深圳、湛江、汕头、海口、南宁、北海、梧州
（2）根据建筑所处城市的建筑气候分区，围护结构的热工性能应分别符合下面各表的相关规定。
表422-1严寒地区A区围护结构传热系数限值
围护结构部位
体型系数＜0.3传热系数KW/
（m2•K）
0.3V体型系数w0.4传热系数KW/
（m2•K）
屋面
<0.35
w0.30
外墙（包括非透明幕墙）
<0.45
w0.40
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
w0.45
w0.40
非采暖房间与采暖房间的隔墙或楼板
w0.6
w0.6
单一朝向外窗（包括透明幕墙）
窗墙面积比w02
w3.0
w2.7
0.2v窗墙面积比w
0.3
w2.8
w2.5
0.3v窗墙面积比w
0.4
w2.5
w2.2
0.4v窗墙面积比w
0.5
w2.0
w1.7
0.5v窗墙面积比w
0.7
w1.7
w1.5
屋顶透明部分
w2.5
表422-2严寒地区B区围护结构传热系数限值
围护结构部位
体型系数w0.3传热系数
KW/（m•K）
0.3v体型系数w0.4传热系数KW/（m・K）
屋面
w0.45
w0.35
外墙（包括非透明幕墙）
w0.50
w0.45
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
w0.50
w0.45
非采暖房间与采暖房间的隔墙或楼板
w0.8
w0.8
单一朝向外窗（包括透明幕
墙）
窗墙面积比w0.2.
w3.2
w2.8
0.2v窗墙面积比w
0.3
w2.9
w2.5
0.3v窗墙面积比w
0.4
w2.6
w2.2
0.4v窗墙面积比w
0.5
w2.1
w1.8
0.5v窗墙面积比w
0.7
w1.8
w1.6
屋顶透明部分
w2.6
表422-3寒冷地区围护结构传热系数和遮阳系数限值
围护结构部位
体型系数w0.3
传热系数KW/（m•K）
0.3v体型系数w0.4传热系数KW/俑•K）
屋面
w0.55
w0.45
外墙（包括非透明幕墙）
w0.60
w0.50
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
w0.60
w0.50
非采暖空调房间与采暖空调房间的隔墙或楼板
w1.5
w1.5
外窗（包括透明幕墙）
传热系数
KW/（m・K
）
遮阳系数
SC
（东、
南、西向
/北向）
传热系数
2
KW/（m•K）
遮阳系数
SC
（东、南、西向/北向）
单一朝向外窗
（包括透明幕墙）
窗墙面积比w0.2
w3.5
——
w3.0
——
0.2v窗墙面积比w
0.3
w3.0
——
w2.5
——
0.3v窗墙面积比w
0.4
w2.7
w0.70/
w2.3
w0.70/—
0.4v窗墙面积比w
0.5
w2.3
w0.60/
w2.0
w0.60/—
0.5v窗墙面积比w
0.7
w2.0
w0.50/
w1.8
w0.50/—
屋顶透明部分
w2.7
w0.501
w2.7
w0.50
注：
有外遮阳时，遮阳系数=玻璃的遮阳系数外遮阳的遮阳系数；无外遮阳时,遮阳系数=玻璃的遮阳系数。
表422-4夏热冬冷地区围护结构传热系数和遮阳系数限值
围护结构部位
传热系数KW/（m•K）
屋面
w0.70
外墙（包括非透明幕墙）
w1.0
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
w1.0
外窗（包括透明幕墙）
传热系数
KW/（m•K）
遮阳系数SC
（东、南、西向/北向）
单一朝向外窗
（包括透明幕
墙）
窗墙面积比w0.2
w4.7
——
0.2v窗墙面积比w
0.3
w3.5
w0.55/—
0.3v窗墙面积比w
0.4
w3.0
w
0.50/0.60
0.4v窗墙面积比w
0.5
w2.8
w
0.45/0.55
0.5v窗墙面积比w
0.7
w2.5
w
0.40/0.50
屋顶透明部分
w3.0
w0.40
注：
有外遮阳时，遮阳系数=玻璃的遮阳系数外遮阳的遮阳系数；无外遮阳时,遮阳系数=玻璃的遮阳系数。
表422-5夏热冬暖地区围护结构传热系数和遮阳系数限值
围护结构部位
传热系数KW/怖•K）
屋面
w0.90
外墙（包括非透明幕墙）
w1.5
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
w1.5
外窗（包括透明幕墙）
传热系数
KW/（m•K）
遮阳系数SC
（东、南、西向/北向）
单一朝向外窗（包括透明幕
墙）
窗墙面积比w0.2
w6.5
——
0.2V窗墙面积比w0.3：
w4.7
w0.50/0.60
0.3V窗墙面积比w0.4
w3.5
w0.45/0.55
0.4V窗墙面积比w0.51
w3.0
Pw0.40/0.501
0.5V窗墙面积比w0.7
w3.0
w0.35/0.45
屋顶透明部分
w3.5
w0.35
注：
有外遮阳时，遮阳系数=玻璃的遮阳系数外遮阳的遮阳系数；无外遮阳时,遮阳系数=玻璃的遮阳系数。
3玻璃幕墙结构基本参数
3.1地区参数：
昆山，地区类别属于夏热冬冷地区;
3.2建筑参数:
建筑物长度：
47.8m；建筑物宽度：
52.16m；建筑物高度：
23.5m；建筑物朝向：
北；建筑物体形系数：
0.123；建筑物窗墙比：
0.46；计算项目类型：
幕墙系统;
3.3环境参数:
建筑物采用集中取暖系统:
3.4单元参数：
中空玻璃：
6+12（中空层）+6（mm）;外片：
LOW-ES膜；
内片：
普通玻璃；
中空气体间层气体：
空气；
2
玻璃幕墙（门窗）的面积：
A=6m；
玻璃幕墙（门窗）玻璃的面积：
Ag=4.45m2；
玻璃幕墙（门窗）框的面积：
A=im；
玻璃幕墙（门窗）框的总表面面积：
Auf=4m；玻璃区域的总周长：
I5=9.94m；
幕墙角度：
9=80度；
计算单元高度：
H=3000mm
3.5框传热系数相关参数:
2
Ad,i=1.5m
2
Ad,e=0.5m
2
Af,i=1m
2
Af,e=0.3m
4玻璃的传热系数U值的计算
玻璃传热分析简图如下：
中空玻璃结构传热简图
4.1计算基础及依据:
计算玻璃的传热系数U值，依据《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》
JGJ/T151-2008进行计算。
U值是表征玻璃传热的参数。
表示热量通过玻璃中心部位而不考虑边缘效应，稳态条件下，玻璃两表面在单位环境温度差条件时，通过单位面积的热量CU值的单位是W/（mf•K）。
按规范6.4.1规定，计算玻璃的传热系数应该采用下面的公式：
Ug=1/Rt641-2[JGJ/T151-2008]
而玻璃系统的传热阻Rf应为各层玻璃、气体间层、内外表面换热阻之和,
应该下面计算公式米用：
Rt=1/hout+ER+刀％+1/hin6.4.1-3[JGJ/T151-2008]
Rg,i=tg,i/入g,ii=1〜n6.4.1-4[JGJ/T151-2008]
Ri=（Tf,i-Tb,i-1）/qii=2〜n6.4.1-5[JGJ/T151-2008]
qi=hc,i（Tf,i-Tb,i-1）+hr,i（Tf,i-Tb,i-1）6.3.1-6[JGJ/T151-2008]
式中：
Rg,i:
第i层玻璃的固体热阻（m2•K/W）；
Ri：
第i层气体间层的热阻（m2•K/W）；
T仃、Tb,i-1:
第i层气体间层的外表面和内表面的温度（K）;
qi：
第i层气体间层的热流密度。
4.2室外表面换热系数：
外表面的换热系数应按如下公式计算：
hout=hr,out+hc,out参10.4.1-2[JGJ/T151-2008]式中：
hout:
玻璃外表面的换热系数；
hr,out:
玻璃外表面的辐射换热系数；
hc,out:
玻璃外表面的对流换热系数，按规范取16W/（m・K）；
hr,out=3.9&s,out/0.83710.3.5-3[JGJ/T151-2008]式中：
&s,out:
玻璃外表面半球发射率；
hout=hr,out+hc,out
=3.9X0.837/0.837+16=19.9W/（m2•K）
4.3室内表面换热系数：
室内表面换热系数hin可用下式表达：
hin=hr,in+hc,in参10.4.1-2[JGJ/T151-2008]
上式中：
hr,in:
辐射导热系数；
hc,in:
对流导热系数；
hr,in=4.4&s/0.83710.3.4-4[JGJ/T151-2008]
&s：
玻璃表面校正发射率，由厂家给出；本处玻璃是普通玻璃，按上面的约定，其&s取值为0.837，带入，得：
hr,in=4.4£s/0.837
=4.4X0.837/0.837
=4.4W/（m2•K）
按规范：
hc,in的值冬季取是3.6W/（m2•K），夏季取2.5W/（m2•K）。
对于通常情况下的玻璃表面辐射和自由对流：
冬季：
hin=hr,in+hc,in
=4.4+3.6
2
=8W/（m•K）
夏季:
=4.4+2.5
2
=6.9W/（m・K）
4.4多层玻璃系统材料的固体热阻:
Rg,i=tg,i/入g,i6.4.1-4[JGJ/T151-2008]
tg,i:
第i层固体材料的的厚度；
入g,i:
第i层固体材料的导热系数，玻璃取l.00W/m•K;
刀％=6/1000+6/1000
=0.012m2•K/W
4.5多层玻璃系统内部气体间层的热阻：
（1）玻璃中空气体间层两侧玻璃的辐射换热系数：
hr=4c（1/£1+1/&2-1）-1XTm36.3.7[JGJ/T151-2008]
式中：
（T:
斯蒂芬—玻尔兹曼常数，取（T=5.67X10-8W/（m•K）;
£1、&2：
气体间层中两表面在平均绝对温度Tm下的半球发射率：
£1=0.1,
£2=0.837;
Tm：
气体间层两表面的平均绝对温度（K），取Tm=273K;
hr=4c（1/£1+1/£2-1）-1XTm3
813
=4X5.67X10-X（1/0.1+1/0.837-1）-X273
=0.453W/（m2•K）
（2）玻璃中空气体间层两侧玻璃的对流换热系数：
hc,i=NuX（入g,i/dg,i）6.3.2[JGJ/T151-2008]
式中：
Nui:
努谢尔特数，是瑞利数Rj、气体气体间层高厚比和气体间层倾角9的
函数；
入g,i:
所充气体的导热系数W/（m•K）;
dg,i:
气体间层的厚度；
瑞利数艮的计算：
Ra=丫2d3GBCpAT/卩入6.3.3-1[JGJ/T151-2008]
B=1/Tm6.3.3-2[JGJ/T151-2008]
Ag,i=H/dg,i6.3.3-3[JGJ/T151-2008]
式中：
Ra：
瑞利（Rayleigh）数；
Y:
气体密度（kg/m3）;
G:
重力加速度，取9.8m/s;
cp：
常压下气体比热容（J/（kg•K））;
卩：
常压下的气体黏度（kg/（m•s））;
入：
常压下气体的导热系数（W/（m•K））;
AT:
气体间层前后玻璃表面的温度差（K）;
B:
将填充气体作为理想气体处理时的气体热膨胀系数；
Tm：
填充气体的平均温度（K）；
H:
气体间层顶底距离，取窗或幕墙透光区域高度（m）;
Ag,i:
气体间层的高厚比；
dg,i:
气体间层的厚度；
B=1/Tm
=1/273
=0.00366
Ag,i=H/dg,i
=3000/12
=250
23
Ra=丫dGBCpAT/卩入
=1.29332X（12/1000）3X9.8X0.00366X1006.1034
3/0.00001722/0.0241
=753.986
空腔的努谢尔特数应该按下面的公式计算：
1）气体间层倾角0W9v60°
Nu=1+1.44[1-1708/Racos9「[1-1708sin1.6（1.89）/Racos9]
1/3x
+[（Racos9/5830）-1]6.3.4-1[JGJ/T151-2008]
Ra<105,Ag,i>20
式中：
函数[x]X表示为：
[x]X=（x+|x|）/2
2）气体间层倾角9=60°
Nu=（Nu1,Nu2）max6.3.4-2[JGJ/T151-2008]
式中：
Nu1=[1+（0.0936Ra0.314/（1+Gj）7]1/7
0.283
Nu2=（0.104+0.175/Ag,i）Ra
GN=0.5/（[1+（Ra/3160）20.6]）0.1
3）气体间层倾角60°v9v90°
按公式6.3.4-2和6.3.4-3做线性插值：
4）9=90°
Nu=（Nu1,Nu2）max6.3.4-3[JGJ/T151-2008]
Nu1=0.0673838Ra1/3Ra>5X104
Nu1=0.028154Rai.4134104vRa<5X104
-102.29847554
Nu1=1+1.7596678X10RaRa<10
Nu2=0.242（Ra/Ag,i）0.272
本计算中9=80度，带入上面公式，得：
Nu=1.0009
代入6.3.2，得
hc,i=NuX（入g,i/dg,i）
=1.0009X（0.0241/（12/1000））
=2.01W/（m2•K）
公式6.4.1-5及6.3.1-6两项合并，对于两片中空玻璃，贝U:
Ri=1/（hc,i+hr,i）
=1/（2.01+0.453）
=0.406（m2•K/W）
代入6.4.1-3，得：
冬季玻璃U值为：
Rt=1/hout+XR+刀Rg,i+1/hin
=1/19.9+0.406+0.012+1/8
=0.593（m2•K/W）
U1=1/Rt
=1.686W/（m2•K）
5玻璃幕墙（门窗）框的传热系数U值的计算
5.1框的传热系数Uf：
在计算框的传热系数时，按照《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T151-2008的规定，可以通过输入数据，用二维有限单元法进行数字计算，得到框的传热系数。
也可以采用该规范附录B提供的方法计算框的传热系数，本
计算中采用的是后者，以下关于框的传热系统的说明均来自《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T151-2008附录B，其图表索引号同样是该规范中的图表号！
本计算中给出的所有的数值全部是窗垂直安装的情况。
传热系数的数值包括了外框面积的影响。
计算传热系数的数值时取内表面换热系数hin=8.0W/m2K和
外表面换热系数hout=23W/m2K。
框的传热系数Uf的数值可以通过下列程序获得：
1:
塑料窗框
表B.0.2带金属钢衬的塑料窗框的传热系数
窗框材料
窗框种类
2
Uf[W/（m2.K）]
聚氨酯
带有金属加强筋，型材壁厚的净厚度》5mm
2.8「
PVC腔体截
面
从室内到室外为两腔结构，无金属加强筋
2.2
从室内到室外为两腔结构，带有金属加强筋
2.7:
从室内到室外为三腔结构，无金属加强筋
2.0
2:
金属窗框
框的传热系数的数值可通过下面的步骤计算获得:
1）金属框Uf的传热系数公式为:
Uf-
f出Rf出hiAd,iheAd,e
式中：
Ad.i,Ad,e,Af,i,Af,e——窗或幕墙各部件面积，m2;其定义如下图3.2.2、图4.2.2所示。
hi框的内表面换热系数，W/m2K;
he框的外表面换热系数，W/m2K;
Rf——框截面的热阻（隔热条的导热系数为0.2〜0.3W/m.K），m2K/W。
2）金属窗框Rf的热阻通过下式获得：
1
Rf0.17
Uf0
没有隔热的金属框，Ufo=5.9W/（m2K）;具有隔热的金属框，Ufo的数值可按图B.0.2-3中阴影区域上限的粗线选取，图B.0.2-4、B.0.2-5为两种不同的隔热金属框截面类型示意。
在表B.0.2-3中，带隔热条的金属窗框的适用的条件是：
送bjW0.2bf（B.0.2-3）
j
其中：
d——热断桥对应的铝合金截面之间的最小距离；
bj——热断桥j的宽度；bf窗框的宽度。
在表B.0.2-3中，采用泡沫材料隔热金属框的适用的条件是:
Zbj兰0.3bf（B.0.2-3）
j
其中：
d——热断桥对应的铝合金截面之间的最小距离;bj——热断桥j的宽度；bf——窗框的宽度。
图3.2.2窗各部件面积划分示意
4.0
ApAma
二二一」一丄
室内
A
AmaxA」，A,e
A=A+Ag+A?
Ad,i=A+A2+A
Ad,e=A+Aa+A
室外
A
图4.2.2幕墙各部件面积划分示意
'
ST
、
、
'—,
■―
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