玻璃幕墙热工计算.docx
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玻璃幕墙热工计算
常熟--局幕墙热工性能计算书
（一）本计算概况：
气候分区：
夏热冬冷地区工程所在城市：
南京传热系数限值：
＜（W/遮阳系数限值（东、南、西向）：
＜遮阳系数限值（北向）：
＜
（二）参考资料：
《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》JGJ26-95
《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2001
GB50176-93
GB50189-2005
DBJ01-621-2005
DBJ01-602-2004
JGJ113-2003
民用建筑热工设计规范》公共建筑节能设计标准》公共建筑节能设计标准》居住建筑节能设计标准》建筑玻璃应用技术规程》
建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》（JGJ/T151-2008）
建筑门窗幕墙热工计算及分析系统（W-Energy2010）》
（三）计算基本条件：
1.计算实际工程所用的建筑门窗和玻璃幕墙热工性能所采用的边界条件应符合相应的建筑设计或节能设计标准。
2.设计或评价建筑门窗、玻璃幕墙定型产品的热工参数时，所采用的环境边界条件应统一采用规定的计算条件。
3.以下计算条件可供参考：
（1）各种情况下都应选用下列光谱：
S（入）：
标准太阳辐射光谱函数（ISO9845-1）;
D（入）：
标准光源（CIED65,ISO10526）光谱函数；
R（入）：
视见函数（ISO/CIE10527）。
（2）冬季计算标准条件应为：
室内环境温度Tin=20C
室外环境温度Toct=0C内表面对流换热系数hc,in=W/外表面对流换热系数hc,out=20W/太阳辐射照度Is=300W/m2
（3）夏季计算标准条件应为：
室内环境温度Tin=25C
室外环境温度Toit=30C外表面对流换热系数hc,in=W/外表面对流换热系数hc,out=16W/
室外平均辐射温度Trm=Tout
太阳辐射照度Is=500W/m2
（4）计算传热系数应采用冬季计算标准条件，并取Is=0W/m2。
（5）计算遮阳系数、太阳能总透射比应采用夏季计算标准条件，并取Tout=25C。
（6）抗结露性能计算的标准边界条件应为：
室内环境温度Tin=20C
室外环境温度Toit=-20C或Tout=-30C
室内相对湿度RH=30%或RH=50%或RH=70%
室外风速V=4m/s
（7）计算框的太阳能总透射比gf应使用下列边界条件：
qin=a，Is
qin通过框传向室内的净热流（W/m）;
a框表面太阳辐射吸收系数；
Is太阳辐射照度=500W/m2。
4.设计或评价建筑门窗、玻璃幕墙定型产品的热工参数时，门窗框或幕墙框与墙的连接界面
应作为绝热边界条件处理。
5•《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005有关规定：
（1）各城市的建筑气候分区应按表421确定。
表421-1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、石豕庄、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表422-1
表、表、表、表以及表的规定，其中外墙的传热系数为包括结构性热桥在内的平均值
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＜传热系数K
2
W/（m•K）
V体型系数w传热系数K
2
W/（m•K）
屋面
w
外墙（包括非透明幕墙）
w
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
非米暖房间与米暖房间的隔墙或楼板
单一朝向外窗（包括透明幕墙）
窗墙面积比W.
V窗墙面积比W
V窗墙面积比W
V窗墙面积比W
V窗墙面积比W
屋顶透明部分
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W传热系数K
2
W/（m•K）
V体型系数w传热系数K
2
W/（m•K）
屋面
w
外墙（包括非透明幕墙）
w
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
w
非米暖房间与米暖房间的隔墙或楼板
w
单一朝
向外窗（包括透明幕墙）
窗墙面积比W.
w
V窗墙面积比W
w
V窗墙面积比W
w
V窗墙面积比W
w
V窗墙面积比W
w
屋顶透明部分
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w
传热系数K
2
W/（m•K）
V体型系数w传热系数K
2
W/（m•K）
屋面
w
w
外墙（包括非透明幕墙）
w
w
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
w
w
非采暖空调房间与采暖空调房间的隔墙或楼板
w
w
外窗（包括透明幕墙）
传热系数K
2
W/（m•K）
遮阳系数SC
（东、南、西向/北向）
传热系数K
2
W/（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w
w
一
w
一
V窗墙面积比w
w
一
w
一
V窗墙面积比w
w
w—
w
w—
V窗墙面积比w
w
w—
w
w—
V窗墙面积比w
w
w—
w
w—
屋顶透明部分
w
w
w
w
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
围护结构部位
传热系数KW/（m•K）
屋面
外墙（包括非透明幕墙）
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
外窗（包括透明幕墙）
传热系数K
2
W/（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W
一
V窗墙面积比W
<—
V窗墙面积比W
V窗墙面积比W
V窗墙面积比W
屋顶透明部分
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
2
传热系数KW/（m•K）
屋面
外墙（包括非透明幕墙）
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
外窗（包括透明幕墙）
传热系数K
2
W/（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W
一
V窗墙面积比W
V窗墙面积比W
V窗墙面积比W
V窗墙面积比W
屋顶透明部分
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422-6不同气候区地面和地下室外墙热阻限值
气候分区
围护结构部位
2
热阻R（m•K）/W
严寒地区A区
地面：
周边地面
非周边地面
米暖地下室外墙（与土壤接触的墙）
严寒地区B区
地面：
周边地面
非周边地面
米暖地下室外墙（与土壤接触的墙）
寒冷地区
地面：
周边地面
非周边地面
米暖、空调地下室外墙（与土壤接触的墙）
夏热冬冷地区
地面
地下室外墙（与土壤接触的墙）
夏热冬暖地区
地面
地下室外墙（与土壤接触的墙）
注：
周边地面系指距外墙内表面2米以内的地面；地面热阻系指建筑基础持力层以上各层材料的热阻之和；地下室外墙热阻系指土壤以内各层材料的热阻之和。
（3）外墙与屋面的热桥部位的内表面温度不应低于室内空气露点温度。
一、基本计算参数：
本计算为幕墙系统的热工性能计算。
1.幕墙计算单元的有关参数
总宽：
W=4700mm
总高：
H=4200mm
幕墙计算单元的总面积：
At=WH=
幕墙计算单元的玻璃总面积：
Ag=
幕墙计算单元的框总面积：
Af=
幕墙计算单元的玻璃区域周长：
I产
、幕墙计算单元的传热系数计算：
1.框的传热系数U
框的传热系数Uf：
可以通过输入数据，用二维有限单元法进行数字计算，得到窗框的传热系数。
在没有详
细的计算结果可以应用时，可以应用按以下方法得到窗框的传热系数。
本系统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=W/m2K和外表面换热系数hout=23
W/m2K。
⑴塑料窗框：
表带有金属钢衬的塑料窗框的传热系数
窗框材料
窗框种类
Uf
（W/m2K）
聚胺脂
带有金属加强筋
净厚度》5mm
PVC腔体截面
从室内到室外为两腔结构
从室内到室外为三腔结构
（2）木窗框
木窗框的Uf值是在水气含量在12%的情况下获得，窗框厚度df的定义见图。
Uf的数值可以从图中选取。
in
图木窗框以及金属-木窗框的热传递与窗框厚度df的关系
会属亠木
内訓
窗框断囱右边
（/[+<人
<1=4
f2
木
金馬-木
扇
框
木
B
5
外諏
窗柩靳面左边
不同窗户系统窗眶厚皮*时定义
图不同窗户系统窗框厚度df的定义
（3）金属窗框:
框的传热系数Uf的数值可以通过下列程序获得:
a）对没有热断桥的金属框，使用Ufo=W/（m2K）；
gW：
（m2K）
图带热断桥的金属窗框的传热系数值
金属窗框
Rf
Rf的热阻通过下式获得:
1
0.17
Uf0
（）
金属窗框
Uf
Uf的传热系数公式为:
1
Af,i
hAd,i
（）
heAd,e
图截面类型1（采用导热系数低于的隔热条）
Av
max（备，比）
吗十生十玉十凡
图窗各部件面积划分示意图
hi窗框的内表面换热系数，W/m2K；
he窗框的外表面换热系数，W/m2K;
Rf——窗框截面的热阻（隔热条的导热系数为〜），m2K/W。
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（bj0.2bf）。
图截面类型2（采用导热系数低于的泡沫材料）其中：
d――热断桥对应的铝合金截面之间的最小距离；
bj――热断桥的宽度j;
bf――窗框的宽度（bj0.3bf）。
j
框的传热系数：
Uf=
2.框与玻璃结合处的线传热系数®
3.
窗框与玻璃结合处的线传热系数山:
情况下，可采用表估算窗框与玻璃结合处的线传热系数2:
表铝合金、钢（不包括不锈钢）中空玻璃的线传热系数2
窗框材料
双层或者三层
未镀膜
充气或者不充气中空玻璃
2（W/
双层Low-E镀膜
三层采用两片Low-E镀膜充气或者不充气中空玻璃
2（W/
木窗框和塑料窗框
带热断桥的金属窗框
没有断桥的金属窗框
0
注：
这些值用来计算低辐射的中空玻璃窗，Ug=,以及更低传热系数的中空玻璃。
线传热系数2g=
4.玻璃的传热系数Ug
玻璃传热系数计算方法
基本公式
（1）一般原理
式中
hr――辐射导热系数；
hg――气体的导热系数（包括传导和对流）。
（2）辐射导热系数hr
辐射导热系数hr由下式给出：
1113hr4
（1）1Tm（4）
12
式中
斯蒂芬-波尔兹曼常数:
1和2――在间隙层中的玻璃界面平均绝对温度Tm下的校正发射率。
（3）气体导热系数hg
气体导热系数hg由下式给出:
hgNu（5）
s
式中
s—气体层的厚度，m
――气体导热率，W/（mK）;
Nu是努塞特准数，由下式给出:
（6）
NuA（GrPr）n
式中
A――一个常数;
Gr――格拉斯霍夫准数;
Pr――普兰特准数;
n――幕指数。
如果Nu1，则取1。
格拉斯霍夫准数由下式计算:
普兰特准数按下式计算:
式中
T――玻璃两侧的温度差，K；
P――气体密度，kg/m3；
气体的动态粘度，kg/（ms）；
c――气体的比热，J/（kgK）,
Tm――气体平均温度，Ko
A=,n=.
对于垂直空间，其中A=,n=;水平情况：
A=,n=;倾斜45度:
本工程中，玻璃系统的计算过程选择玻璃类型：
中空玻璃
计算模型如下所示：
玻璃采用++中空玻璃
（1）、计算玻璃系统的总热阻RSum
1第一块玻璃的热阻计算过程
玻璃厚度=mm
玻璃导热系数=W/
玻璃校正发射率=
Ri=blhd1/bldrxs=
=W
2第一块玻璃与第二块玻璃之间的总热阻计算过程
玻璃厚度=mm
玻璃导热系数=W/
玻璃校正发射率=
气体层厚度=mm
气体密度=kg/m3气体导热率=*10A-2W/
气体比热=*10J/（kgk）
5
气体动态粘度=*10kg/（ms）
Pr=c/入=
Nu=A（Gr*Pr）An
hs=hg+hr=
Ra=1/hs=W
Rb=blhd2/bldrxs2
=W
Ri=W
玻璃内表面换热系数取为W/
玻璃外表面换热系数取为W/
玻璃传热系数Ug=1/（1/hin+1/hhou+Ri）
Ug=W/
5.幕墙计算单元的传热系数Ut的计算
Ut=（工Ag•Lg+SAf•Uf+Sl）/At
=X+x+x/
传热系数满足要求！
三、太阳能透射比及遮阳系数计算：
1.太阳能总透射比gt
通过门窗或幕墙构件成为室内得热量的太阳辐射与投射到门窗或幕墙构件上的太阳辐射的比值。
成为室内得热量的太阳辐射部分包括直接的太阳能透射得热和被构件吸收的太阳辐射再经传热进入室内的得热。
2.框的太阳能总透射比gf
gf=afL/（Asurf/Af•hout）
式中：
hout--外表面换热系数W/；
af--框表面太阳辐射吸收系数；
Uf--框的传热系数W/；
2
Asurf--框的外表面面积m2；
Af--框面积m2；
gf=afLf/（Asurf/Af•hout）
=X/X16）
3.玻璃（或者其它镶嵌板）区域太阳能总透射比
gg--玻璃区域太阳能总透射比；
S（1#c）--玻璃区域的遮阳系数；
gp--其它镶嵌板区域太阳能总透射比；
gg=ScX=X=
4.太阳能总透射比gt：
gt=（sAggg+sA•g"/At
=X+X/
5.遮阳系数
幕墙计算单元的遮阳系数应为整个计算单元的太阳能总透射比与标准3mm厚透明玻璃
的太阳能总透射比的比值：
SC=gt/式中：
SC--幕墙计算单元的遮阳系数；
gt--幕墙计算单元的太阳能总透射比。
SC=gt/==幕墙计算单元的遮阳系数满足要求！
幕墙计算单元的遮阳系数满足要求！
四、可见光投射比计算Tt标准光源透过门窗或幕墙构件成为室内的人眼可见光与投射到门窗或幕墙构件上的人
眼可见光，采用人眼视见函数加权的比值。
幕墙计算单元的可见光透射比的计算公式为
Tt=（2Ag•Tv）/At
式中：
Tt--幕墙计算单元的可见光透射比；
2
Ag--幕墙计算单元的玻璃的面积m2；
At--幕墙计算单元的总面积m2。
Tv--玻璃可见光透射比为；
Tt=（2Ag•Tv）/At
=X/
五、结露计算：
1.在进行建筑门窗、玻璃幕墙产品性能分级时，所采用的计算条件如下：
室内环境温度Tin=20C；
室外环境温度Tout=-20C;
室内相对湿度RH=30%或RH=50%或RH=70%；室外风速V=4m/s；
室外平均辐射温度等于室外环境气温；室内平均辐射温度等于室内环境气温。
2.水（冰）表面的饱和水蒸汽压可采用下式计算：
Es=&x10A（（aXt）/（b+t））
式中：
Eo--空气温度为OC时的饱和水蒸汽压，取Eo=hPa;
t--空气温度，C；
a、b--参数，对于水面（t>0C）,a=,b=;对于冰面（t3.在空气相对湿度f下，空气的水蒸汽压可按下式计算：
e=f•Es
式中：
e--空气的水蒸汽压，hPa；
f--空气的相对湿度，％；
Es--空气的饱和水蒸汽压，hPa。
4.空气的结露点温度可以采用下面公式计算：
Td=b/（a/lg（e/-1）[注：
lg（e/表示取以10为底，e/的对数。
]式中：
Td--空气的结露点温度，C；
e--空气的水蒸汽压，hPa；
a、b--参数，对于水面（t>0°C）,a=,b=;对于冰面（t<0°C）,a=,b=。
5.本计算所采用的计算条件：
室内环境温度Tin=C；室外环境温度Tout=C；室内相对湿度f=50%；
a、b--参数，对于水面（t>0C）,a=,b=;
E0=hPa。
Es=&xl0A（（axt）/（b+t））
=X10A（X/+）
=hPa
e=f•Es
=X
=hPa
Td=b/（a/lg（e/-1）=（lg）-1）
=C
6.本计算只对幕墙计算单元的玻璃的结露性能进行计算分析：
室内环境温度Tin=C室外环境温度Tout=C玻璃内表面换热系数hbi=玻璃外表面换热系数hbe=幕墙计算单元的玻璃结露性能评价指标（室内玻璃表面温度）Tpj幕墙计算单元的玻璃的传热系数Ug=
Ug•（Tin-Tout）=hbi•（Tin-Tpj）
Tpj=Tin-（Tin-Tout）•Ug/hbi
=C
因为Td=C小于室内玻璃表面温度Tpj=C;结露性能满足要求。
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