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节能计算书
德和8#办公楼幕墙装饰工程节能设计报告书
北京市金星卓宏幕墙工程有限公司公司
二〇〇八年十二月七日
目录
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最新规范《公共建筑节能设计标准》的部分规定：
2
3幕墙结构基本参数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
4玻璃的传热系数K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多层玻璃系统内部传热系数：
7
4.5K值的计算：
10
5幕墙框的传热系数K值的计算10
5.1框的传热系数Kf：
10
5.2幕墙框与玻璃结合处的线传热系数ψ13
6幕墙整体的传热系数K值14
7太阳能透射比及遮阳系数计算14
7.1太阳能总透射比gt：
14
7.2幕墙计算单元的遮阳系数15
7.3幕墙计算单元可见光透射比计算15
8结露计算15
8.1水（冰）表面的饱和水蒸汽压计算：
15
8.2在空气相对湿度f下，空气的水蒸汽压计算：
16
8.3空气的结露点温度计算：
16
8.4幕墙玻璃内表面的计算温度：
16
玻璃幕墙（门窗）热工设计计算书
11计算引用的规范、标准及资料
《建筑幕墙》GB/T21086-2007
《民用建筑热工设计规范》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
《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2001
《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75-20031
《居住建筑节能设计标准意见稿》[建标2006-46号]
《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程意见稿》[建标2004-66号]
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003
《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000
《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
12计算中采用的部分条件参数及规定
12.1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意见稿》采用
（1）各种情况下都应选用下列光谱：
S（λ）：
标准太阳辐射光谱函数（ISO9845-1）；
D（λ）：
标准光源光谱函数（CIED65，ISO10526）；
R（λ）：
视见函数（ISO/CIE10527）；
（2）冬季计算标准条件应为：
室内环境计算温度：
Tin=20℃；
室外环境计算温度：
Tout=0℃；
内表面对流换热系数：
hc=3.6W/（m2·K）；
外表面对流换热系数：
he=23W/（m2·K）；
室外平均辐射温度：
Trm=Tout
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=25℃；
室外环境温度：
Tout=30℃；
内表面对流换热系数：
hc=2.5W/（m2·K）；
外表面对流换热系数：
he=19W/（m2·K）；
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=25℃；
（6）抗结露性能计算的标准边界条件应为：
室内环境温度：
Tin=20℃；
室外环境温度：
Tout=-10℃或Tout=-20℃
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=α·Is
qin：
通过框传向室内的净热流（W/m2）；
α：
框表面太阳辐射吸收系数；
Is：
太阳辐射照度=500W/m2；
12.2最新规范《公共建筑节能设计标准》的部分规定：
（1）结构所在的建筑气候分区应该按下面表格取用。
表4.2.1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4.2.2-1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）
0.3＜体型系数≤0.4
传热系数KW/（m2·K）
屋面
≤0.35
≤0.30
外墙（包括非透明幕墙）
≤0.45
≤0.40
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
≤0.45
≤0.40
非采暖房间与采暖房间的隔墙或楼板
≤0.6
≤0.6
单一朝
向外窗
（包括透明幕墙）
窗墙面积比≤0.2.
≤3.0
≤2.7
0.2＜窗墙面积比≤0.3
≤2.8
≤2.5
0.3＜窗墙面积比≤0.4
≤2.5
≤2.2
0.4＜窗墙面积比≤0.5
≤2.0
≤1.7
0.5＜窗墙面积比≤0.7
≤1.7
≤1.5
屋顶透明部分
≤2.5
表4.2.2-2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≤0.3
传热系数KW/（m2·K）
0.3＜体型系数≤0.4
传热系数KW/（m2·K）
屋面
≤0.45
≤0.35
外墙（包括非透明幕墙）
≤0.50
≤0.45
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
≤0.50
≤0.45
非采暖房间与采暖房间的隔墙或楼板
≤0.8
≤0.8
单一朝
向外窗
（包括透明幕墙）
窗墙面积比≤0.2.
≤3.2
≤2.8
0.2＜窗墙面积比≤0.3
≤2.9
≤2.5
0.3＜窗墙面积比≤0.4
≤2.6
≤2.2
0.4＜窗墙面积比≤0.5
≤2.1
≤1.8
0.5＜窗墙面积比≤0.7
≤1.8
≤1.6
屋顶透明部分
≤2.6
表4.2.2-3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≤0.3
传热系数KW/（m2·K）
0.3＜体型系数≤0.4
传热系数KW/（m2·K）
屋面
≤0.55
≤0.45
外墙（包括非透明幕墙）
≤0.60
≤0.50
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
≤0.60
≤0.50
非采暖空调房间与采暖空调房间的隔墙或楼板
≤1.5
≤1.5
外窗（包括透明幕墙）
传热系数KW/（m2·K）
遮阳系数SC
（东、南、西向/北向）
传热系数KW/（m2·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≤0.2
≤3.5
—
≤3.0
—
0.2＜窗墙面积比≤0.3
≤3.0
—
≤2.5
—
0.3＜窗墙面积比≤0.4
≤2.7
≤0.70/—
≤2.3
≤0.70/—
0.4＜窗墙面积比≤0.5
≤2.3
≤0.60/—
≤2.0
≤0.60/—
0.5＜窗墙面积比≤0.7
≤2.0
≤0.50/—
≤1.8
≤0.50/—
屋顶透明部分
≤2.7
≤0.50
≤2.7
≤0.50
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4.2.2-4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/（m2·K）
屋面
≤0.70
外墙（包括非透明幕墙）
≤1.0
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
≤1.0
外窗（包括透明幕墙）
传热系数KW/（m2·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≤0.2
≤4.7
—
0.2＜窗墙面积比≤0.3
≤3.5
≤0.55/—
0.3＜窗墙面积比≤0.4
≤3.0
≤0.50/0.60
0.4＜窗墙面积比≤0.5
≤2.8
≤0.45/0.55
0.5＜窗墙面积比≤0.7
≤2.5
≤0.40/0.50
屋顶透明部分
≤3.0
≤0.40
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4.2.2-5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/（m2·K）
屋面
≤0.90
外墙（包括非透明幕墙）
≤1.5
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
≤1.5
外窗（包括透明幕墙）
传热系数KW/（m2·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≤0.2
≤6.5
—
0.2＜窗墙面积比≤0.3
≤4.7
≤0.50/0.60
0.3＜窗墙面积比≤0.4
≤3.5
≤0.45/0.55
0.4＜窗墙面积比≤0.5
≤3.0
≤0.40/0.50
0.5＜窗墙面积比≤0.7
≤3.0
≤0.35/0.45
屋顶透明部分
≤3.5
≤0.35
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。
13幕墙结构基本参数
13.1地区参数：
临汾，地区类别属于寒冷地区；
13.2建筑参数：
建筑物长度：
111.9m；
建筑物宽度：
34m；
建筑物高度：
64.5m；
建筑物朝向：
南；
建筑物体型系数：
0.092；
建筑物窗墙比：
0.33；
13.3环境参数：
建筑物采用空气调节系统：
13.4单元参数：
中空玻璃：
6+12（中空层）+6mm
玻璃组成：
外片；LOW-E镀膜6mm；
内片：
普通玻璃6mm；
中空层：
12mm，充氙气；
幕墙的总面积：
A=8492m2；
幕墙玻璃的总面积：
Ag=7926m2；
幕墙框的总面积：
Af=566m2；
幕墙框的总表面面积：
Asurf=780m2；
玻璃区域的总周长：
lψ=143.26m；
14玻璃的传热系数K值的计算
玻璃传热分析简图如下：
14.1计算基础及依据：
计算玻璃的传热系数K值，主要是依据《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003进行的，该规程附录C给出了计算的详细方法。
K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。
K值的单位是W/（m2·K）。
计算采用的基本计算公式是：
1/K=1/he+1/ht+1/hiC.0.2-1……[JGJ113-2003]
在上面的公式中：
he：
玻璃的室外表面换热系数；
hi：
玻璃的室内表面换热系数；
ht：
多层玻璃系统内部传热系数；
14.2室外表面换热系数:
室外表面换热系数he是玻璃附近风速的函数，可用下式近似表达：
he=10.0+4.1νC.0.4-1……[JGJ113-2003]
式中:
ν：
风速（m/s）；
在比较K值时，冬季时he可选取等于23W/（m2·K）。
夏季时he可选取等于19W/（m2·K）。
14.3室内表面换热系数:
室内表面换热系数hi可用下式表达：
hi=hr+hcC.0.4-2……[JGJ113-2003]
上式中hr是辐射导热，hc是对流导热。
普通玻璃表面的辐射导热率是4.4W/（m2·K），如果内表面校正发射率比较低，则辐射导热率由下式给出：
hr=4.4ε/0.837C.0.4-3……[JGJ113-2003]
这里是ε镀膜表面的校正发射率（0.837是清洁的、未镀膜玻璃的校正发射率）。
本处玻璃表面是普通玻璃，按上面的约定，其ε取值为0.837，带入，得：
hr=4.4ε/0.837
=4.4×0.837/0.837
=4.4W/（m2·K）
对于自由对流而言，hc的值冬季取是3.6W/（m2·K），夏季取2.5W/（m2·K）。
对于通常情况下的普通垂直玻璃表面和自由对流：
冬季：
hi=hr+hc
=4.4+3.6
=8W/（m2·K）
夏季：
hi=hr+hc
=4.4+2.5
=6.9W/（m2·K）
14.4多层玻璃系统内部传热系数：
（1）总体计算公式：
1/ht=Σ1/hs+Σdmrm（s=1-N,m=1-M）C.0.2-2……[参JGJ113-2003]
hs：
气体空隙的导热率；
N：
气体层的数量，此处为1；
dm：
每一个材料层的的厚度；
rm：
每一个材料层的热阻，玻璃的热阻（玻璃的热阻为lm·K/W）；
M：
材料层的数量，此处为2层，即双片玻璃；
其中：
hs=hg+hrC.0.2-3……[参JGJ113-2003]
hs：
气体空隙的导热率；
hg：
气体空隙的导热系数；
hr：
辐射导热系数；
（2）辐射导热系数hr：
hr=4σ（1/ε1+1/ε2-1）-1×Tm3C.0.2-4……[参JGJ113-2003]
在上面公式中：
σ：
斯蒂芬-波尔兹曼常数，取σ=5.67×10-8W/（m2·K）；
ε1和ε2：
间隙层中两表面在平均绝对温度Tm下的校正发射率：
ε1=0.1，ε2=0.837；
Tm：
气体平均温度（K），冬季Tm=273K，夏季Tm=303K；
带入相关参数，得，
冬季参数：
hr=4σ（1/ε1+1/ε1-1）-1×Tm3
=4×5.67×10-8×（1/0.1+1/0.837-1）-1×2733
=0.453W/（m2·K）
夏季参数：
hr=4σ（1/ε1+1/ε2-1）-1×Tm3
=4×5.67×10-8×（1/0.1+1/0.837-1）-1×3033
=0.619W/（m2·K）
（3）气体的导热系数hg：
hg=Nuλ/sC.0.2-5……[参JGJ113-2003]
在上面公式中：
hg：
气体的导热系数；
λ：
气体导热率，W/（m·K），对于氙气，冬季λ=0.00516W/（m·K），夏季λ=0.00567W/（m·K）；
s：
气体层的厚度，为12mm；
Nu：
努塞尔准数，由下式给出，如果其计算结果小于1，则取1：
Nu=A（Gr·Pr）nC.0.2-6……[参JGJ113-2003]
在上面的公式中：
A：
是常数；
n：
幂指数；
Gr：
格拉晓夫准数；
Pr：
普朗特准数；
对于垂直空间，A=0.035，n=0.38；水平情况；A=0.16，n=0.28；
格拉晓夫准数由下式计算：
Gr=9.81s3ΔT2ρ/（Tmμ2）C.0.2-7……[参JGJ113-2003]
普朗特准数按下面公式计算：
Pr=μc/λC.0.2-8……[参JGJ113-2003]
式中：
s：
气体层的厚度，为12mm；
ΔT：
气体间隙前后玻璃表面的温度差，取3K；
ρ：
气体的密度，取5.862Kg/m3；
μ：
气体的动态黏度，冬季取0.00002130922kg/（ms），夏季取0.00002345928kg/（ms）；
c：
气体的比热，为1006J/（kg·K）；
Tm：
气体平均温度（K），冬季Tm=273K，夏季Tm=303K；
a.冬季参数：
Pr=μc/λ
=0.00002130922×1006/0.00516
=4.154
Gr=9.81s3ΔT2ρ/（Tmμ2）
=9.81×（12/1000）3×32×5.862/（273×0.000021309222）
=7214.451
Nu=A（Gr·Pr）n
=0.16×（7214.451×4.154）0.28
=2.868W/（m2·K）
因为：
2.868≥1，所以，取Nu=2.868
hg=Nuλ/s
=2.868×0.00516/（12/1000）
=1.233W/（m2·K）
hs=hg+hr
=1.233+0.453
=1.686W/（m2·K）
b.夏季参数：
Pr=μc/λ
=0.00002345928×1006/0.00567
=4.162
Gr=9.81s3ΔT2ρ/（Tmμ2）
=9.81×（12/1000）3×32×5.862/（303×0.000023459282）
=5363.263
Nu=A（Gr·Pr）n
=0.16×（5363.263×4.162）0.28
=2.641W/（m2·K）
因为：
2.641≥1，所以，取Nu=2.641
hg=Nuλ/s
=2.641×0.00567/（12/1000）
=1.248W/（m2·K）
hs=hg+hr
=1.248+0.619
=1.867W/（m2·K）
（4）多层玻璃系统内部传热系数：
1/ht=Σ1/hs+Σdmrm（s=1-N,m=1-M）C.0.2-2……[参JGJ113-2003]
冬季参数：
1/ht=Σ1/hs+Σdmrm（s=1-N,m=1-M）
=1/1.686+6/1000+6/1000
=0.605m2·K/W
夏季参数：
1/ht=Σ1/hs+Σdmrm（s=1-N,m=1-M）
=1/1.867+6/1000+6/1000
=0.548m2·K/W
14.5K值的计算：
冬季的K值为：
1/K1=1/he+1/ht+1/hi
=1/23+0.605+1/8
=0.773m2·K/W
K1=1.2937W/（m2·K）
夏季的K值为：
1/K2=1/he+1/ht+1/hi
=1/19+0.548+1/6.9
=0.746m2·K/W
K2=1.3405W/（m2·K）
15幕墙框的传热系数K值的计算
15.1框的传热系数Kf：
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=8.0W/m2·K和外表面换热系数hoKt=23W/m2·K。
框的传热系数Kf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Kf0=5.9W/（m2·K）；
b）对具有断桥的金属框，Kf0的数值从下图粗线中选取；
带热断桥的金属窗框的传热系数值
金属窗框Rf的热阻通过下式获得：
金属窗框Kf的传热系数公式为：
截面类型1（采用导热系数低于0.3W/m.K的隔热条）
式中：
Ad.i,Ad,e,Af,i,Af,e——窗各部件面积，m2；其定义如下图所示。
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0.2～0.3W/m.K），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。
截面类型2（采用导热系数低于0.2W/m.K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。
15.2幕墙框与玻璃结合处的线传热系数ψ
窗框与玻璃结合处的线传热系数ψ，主要描述了在窗框、玻璃和间隔层之间交互作用下附加的热传递，线性热传递传热系数ψ主要受间隔层材料传导率的影响。
在没有精确计算的情况下，可采用下表估算窗框与玻璃结合处的线传热系数ψ：
铝合金、钢（不包括不锈钢）中空玻璃的线传热系数ψ
窗框材料
双层或者三层
未镀膜
充气或者不充气中空玻璃
ψ（W/m.K）
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
ψ（W/m.K）
木窗框和塑料窗框
0.04
0.06
带热断桥的金属窗框
0.06
0.08
没有断桥的金属窗框
0
0.02
注：
这些值用来计算低辐射的中空玻璃窗，Kg=1.3W/（m2.K），以及更低传热系数的中空玻璃。
本结构采用断热型材型材，通过近似计算，查表得：
Kf=2.8W/（m2·K）；
ψ=0.08W/m·K
16幕墙整体的传热系数K值
实际结构中需要考虑金属框及周边洞口的影响，并进行加权计算。
K=（ΣAg·Kg+ΣAf·Kf+Σlψ·ψ）/A
在上面的公式中：
K：
计算后的K值；
Ag：
玻璃总面积；
Kg：
玻璃板的K值；
Af：
金属框总面积；
Kf：
金属框的K值；
lψ：
玻璃区域的总周长；
ψ：
线传热系数；
A：
幕墙总面积；
K冬季=（ΣAg·Kg+ΣAf·Kf+Σlψ·ψ）/A
=（7926×1.2937+566×2.8+143.26×0.08）/8492
=1.395W/（m2·K）
K夏季=（ΣAg·Kg+ΣAf·Kf+Σlψ·ψ）/A
=（7926×1.3405+566×2.8+143.26×0.08）/8492
=1.439W/（m2·K）
按规范GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》的要求，本处的K值应该不大于2.7W/（m2·k），所以满足规范要求!
17太阳能透射比及遮阳系数计算
17.1太阳能总透射比gt：
通过门窗或幕墙构件成为室内的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。
（1）框的太阳能总透射比gf
gf=αf·Kf/（Asurf/Af·hout）
式中：
hout：
外表面换热系数W/（m2·K）；
αf：
框表面太阳辐射吸收系数，取0.4；
Kf：
框的传热系数W/（m2·K）；
Asurf：
框的外表面面积m2；
Af：
框面积m2；
gf=αf·Kf/（Asurf/Af·hou
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