东莞中信广场节能计算.docx
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东莞中信广场节能计算
东莞中信广场
幕墙工程节能设计计算书
编制:
___________
校核:
深圳金粤幕墙装饰工程有限公司
2007年5月26日
目录
目录1
一、计算引用的规范、标准及资料2
二、计算采用的部分条件参数及规定2
三、传热学基本原理:
5
四、传热系数计算8
（一）、明框玻璃幕墙传热系数计算8
（二）、铝板幕墙传热系数计算24
（三）、石材幕墙传热系数计算25
（四）、各立面外窗传热系数计算及校核26
（五）、各立面外墙传热系数计算及校核28
五、遮阳系数计算31
一、计算引用的规范、标准及资料
《民用建筑热工设计规范》GB50176-93《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005《居住建筑节能设计标准》DBJ01-602-2004《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》JGJ26-95《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《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程意见稿》[建标2004-66号文]二、计算采用的部分条件参数及规定1.计算所采纳的部分参数：
（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）、考虑东莞市的实际天气情况，并结合《民用建筑热工设计规范》的相关规定，取：
室内环境温度：
Tin=20℃；室外环境温度：
Tout=7℃；内表面对流换热系数：
hc=8W/（m2·K）；外表面对流换热系数：
he=23W/（m2·K）；2.最新规范《公共建筑节能设计标准》的部分规定：
因为东莞市属于夏热冬暖地区，故外围护结构的传热系数限值以
及遮阳系数限值可于表4.2.2－5中查得。
如下表：
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K
W/（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。
经统计可得，各朝向外窗（包括透明幕墙）的窗墙比如下：
东立面：
0.563
南立面：
0.519
西立面：
0.566
北立面：
0.520
则根据《公共建筑节能设计标准》的规定，可以查表得到各朝向外窗（包括透明幕墙）的传热系数和遮阳系数的限值为：
传热系数遮阳系数
东立面：
3.00.35
南立面：
3.00.35
西立面：
3.00.35
北立面：
3.00.45
外墙的传热系数的限值为：
传热系数
东\南\西\北立面：
1.5
三、传热学基本原理
热量传递有三种基本的方式，热传导、热对流和热辐射，实际热量的传递过程都是以这三种方式进行的，而且绝大多数的情况下都是以这三种方式中的两种或三种同时进行的，属于组合作用的形式，而在对幕墙进行热工计算时，需要综合考虑热传递的三个因素。
1、热传导
在物体内部或相互接触的物体表面之间，由于分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象称为热传导，按照热力学的观点，当物体内部或相互接触的物体表面之间存在温差时，热量就会通过微观粒子的热运动（位移、振动）或碰撞从高温传向低温。
若室外的温度热量高于室内的温度，那么，热量将从室外传向室内，反之亦然。
本工程所使用的面板属热工研究中较常见的“大平壁”研究对象，当平壁两表面分别维持均匀恒定的温度时，可以近似地认为平壁内的温度只沿着垂直于平壁表面的方向发生变化，并且不随时间而变，热量也只沿着垂直于平壁表面的方向传递，属于导热研究中一维稳态导热，这个假设是以下所有计算的前提。
如下图所示：
实验证实，在一维稳态导热模型下，平壁内部的热流量Q与平壁的表面面积A及两侧表面的温差ΔT成正比，与面板的厚度δ成反比，并与面板本身和面板表面的涂层材料的导热性能和特性有关，可表示为：
式中系数λ为材料的热导率（导热系数），与材料本身的物理和化学性质有关；
称为导热热阻系数，用R表示，即R＝
，平壁的厚度越大，导热热阻就越大，反之就越小。
2、热对流
热对流是指由于流体的宏观运动使温度不同的流体相对位移而产生的热量传递现象。
热（或冷）的空气和它所接触的平壁表面之间如果存在温差，就必然会发生热的对流交换，而对流换热的基本计算公式满足牛顿冷却公式，形式如下：
式中：
ΔT为平壁表面温度与空气之间的温差，h为对流换热时表面传热系数，与热传导热相似地，R=
称为对流换热热阻系数。
表面传热系数的大小反映空气与之平壁对流换热的强弱，它不仅取决于空气的物理性能（热导率、粘度、密度、比热容等）、流动的形态（层流、湍流）、流动的成因（自然对流或受迫对流），还与平壁表面的形状和面积大小等因素有关。
3、热辐射
辐射是物体通过电磁波传递能量的现象。
按照产生电磁波的不同原因可以得到不同频率的电磁波，如红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线等各种电磁波。
热辐射是由于热的原因而产生的电磁波辐射。
热辐射的电磁波是物体内部微观粒子热运动状态改变时激发出来的。
只要温度高于绝对零度（0K），物体总是不断地把热能变为辐射能，向外发出热辐射。
同时，物体也不断地吸收周围物体投射到它上面的热辐射，并把吸收的辐射能重新转变成热能。
辐射换热就是指物体之间相互辐射和吸收的总效果（一般可将热辐射看作红外线辐射）。
两平壁之间的辐射换热包括三个部分，即两个平壁表面的辐射换热和平壁之间空间的空间辐射换热。
两个平壁表面1,2之间的辐射换热可表示为：
表面1净损失的热量：
式中，
为实际物体1的表面辐射热阻，
为单位面积的黑体1表面向半球空间发射的全部波长辐射能的总和（黑体1辐射力），
为单位时间内离开黑体1单位面积表面的总辐射能。
为实际物体1的半球发射率。
表面2净获得的热量为：
符号的意义同上。
两个表面直接换热的热量为：
式中，
表示表面1,2之间的净辐射换热量，
为表面1对表面2的角系数，与平壁的大小和两平壁之间的距离等有关，恒小于1。
为表面1,2之间的空间辐射热阻。
总辐射热阻用电路方式表达为：
四、传热系数计算
（一）、明框玻璃幕墙传热系数
1、透明部分传热系数计算
采用的玻璃配置为:
（1）、南/北/东面——6＋12A＋6mm镀膜中空钢化玻璃。
在美国劳伦斯伯克利国家实验室开发的软件WINDOW5.2中计算可得：
Window5.2av5.2.17aGlazingSystemThermalandOpticalProperties05/26/0710:
00:
38
ID:
10
Name:
6+12+6Dumo
Tilt:
90.0
Glazings:
2
KEFF:
0.0573
Width:
23.887
Uvalue:
2.54
SHGCc:
0.14
SCc:
0.17
Vtc:
0.03
RHG:
127.10
GlassandGasDataforGlazingSystem'106+12+6Dumo'
IDNameD（mm）Tsol1Rsol2Tvis1Rvis2Tir1Emis2Keff
------------------------------------------------------------------
Outside
818GP520.AFG#5.9.102.386.083.133.360.099.000.560.8401.00
1Air12.0.057
952GP535_6.AFG#6.0.173.268.059.219.250.066.000.672.8401.00
Inside
EnvironmentalConditions:
1NFRC100-2001
ToutTinWndSpdWndDirSolarTskyEsky
（C）（C）（m/s）（W/m2）（C）
-------------------------------------
Uvalue-18.021.05.50Windward0.0-18.01.00
Solar32.024.02.80Windward783.032.01.00
OpticalPropertiesforGlazingSystem'106+12+6Dumo'
Angle0102030405060708090Hemis
Vtc:
0.0300.0300.0300.0290.0280.0260.0220.0150.0070.0000.024
Rf:
0.3650.3590.3580.3600.3670.3790.4030.4640.6280.9990.395
Rb:
0.0710.0630.0610.0640.0750.0930.1280.2190.4580.9990.120
Tsol:
0.0200.0200.0200.0190.0180.0170.0150.0100.0050.0000.016
Rf:
0.3890.3840.3820.3850.3910.4030.4250.4850.6420.9990.417
Rb:
0.0620.0540.0520.0550.0660.0840.1190.2110.4530.9990.112
Abs1:
0.5340.5380.5400.5400.5350.5270.5120.4670.3330.0010.506
Abs2:
0.0570.0580.0570.0570.0550.0530.0480.0380.0200.0000.050
SHGCc:
0.1440.1450.1450.1430.1410.1370.1290.1100.0700.0000.130
Tdw-K:
0.022
Tdw-ISO:
0.031
Tuv:
0.012
TemperatureDistribution（degreesC）
WinterSummer
OutInOutIn
----------------
Lay1-14.5-13.949.950.7
Lay26.97.539.338.7
故玻璃中心处传热系数为2.54W/（m2·K）,玻璃的遮阳系数为0.17。
（2）、西面——6low-e＋12A＋6mm中空钢化玻璃。
在美国劳伦斯伯克利国家实验室开发的软件WINDOW5.2中计算可得：
Window5.2av5.2.17aGlazingSystemThermalandOpticalProperties05/26/0710:
04:
03
ID:
11
Name:
6+12+6low-e
Tilt:
90.0
Glazings:
2
KEFF:
0.0290
Width:
23.324
Uvalue:
1.67
SHGCc:
0.28
SCc:
0.32
Vtc:
0.45
RHG:
215.31
GlassandGasDataforGlazingSystem'116+12+6low-e'
IDNameD（mm）Tsol1Rsol2Tvis1Rvis2Tir1Emis2Keff
------------------------------------------------------------------
Outside
6066VE52M.VIR#5.7.243.109.436.506.050.025.000.840.0401.00
1Air12.0.029
5012CLEAR_6.PPG#5.7.771.072.073.886.085.085.000.840.8401.00
Inside
EnvironmentalConditions:
1NFRC100-2001
ToutTinWndSpdWndDirSolarTskyEsky
（C）（C）（m/s）（W/m2）（C）
-------------------------------------
Uvalue-18.021.05.50Windward0.0-18.01.00
Solar32.024.02.80Windward783.032.01.00
OpticalPropertiesforGlazingSystem'116+12+6low-e'
Angle0102030405060708090Hemis
Vtc:
0.4500.4530.4470.4380.4270.4040.3530.2550.1180.0000.375
Rf:
0.0730.0650.0630.0660.0770.0980.1380.2360.4750.9990.127
Rb:
0.1050.0980.0970.1020.1160.1470.2130.3620.6361.0000.188
Tsol:
0.2080.2090.2060.2020.1960.1850.1620.1170.0540.0000.173
Rf:
0.1190.1110.1100.1120.1230.1410.1760.2640.4920.9990.167
Rb:
0.3000.2950.2920.2900.2930.3030.3340.4170.5981.0000.330
Abs1:
0.6570.6630.6670.6680.6630.6560.6450.6030.4440.0010.634
Abs2:
0.0170.0170.0170.0170.0180.0180.0170.0150.0110.0000.017
SHGCc:
0.2780.2800.2770.2740.2680.2570.2320.1820.1010.0000.241
Tdw-K:
0.217
Tdw-ISO:
0.369
Tuv:
0.064
TemperatureDistribution（degreesC）
WinterSummer
OutInOutIn
----------------
Lay1-15.8-15.453.654.7
Lay211.511.933.333.0
故玻璃中心处的传热系数为1.67W/（m2·K）,玻璃的遮阳系数为0.32。
窗框的传热系数可以在THERM5.2中建模计算得到。
取如下图所示的计算单元
可在THERM5.2中建立如下模型：
节点1:
计算结果如下：
FrameTotalLength=8.78079U-factor=2.86984
FrameProjectedX=3.1147U-factor=8.09051
FrameProjectedY=4.72441U-factor=5.33389
EdgeTotalLength=5.32283U-factor=0.851599
EdgeProjectedX=0U-factor=-0.17611
EdgeProjectedY=5.32283U-factor=0.851599
则铝合金型材的传热系数为Kf＝5.33389W/（m2·K）
靠近铝合金型材处玻璃的传热系数为Keg＝0.851599W/（m2·K）
节点2:
计算结果如下：
EdgeTotalLength=11.1404U-factor=0.788006
EdgeProjectedX=0U-factor=-0.17611
EdgeProjectedY=11.1404U-factor=0.788006
FrameTotalLength=9.19603U-factor=0.772167
FrameProjectedX=3.15413U-factor=2.2513
FrameProjectedY=3.01284U-factor=2.35687
则铝合金型材的传热系数为Kf＝2.35687W/（m2·K）
靠近铝合金型材处玻璃的传热系数为Keg＝0.788006W/（m2·K）
节点3:
计算结果如下：
EdgeTotalLength=10.5193U-factor=0.847236
EdgeProjectedX=0U-factor=-0.17611
EdgeProjectedY=10.5193U-factor=0.847236
FrameTotalLength=11.2576U-factor=3.02842
FrameProjectedX=3.15244U-factor=10.8148
FrameProjectedY=4.86757U-factor=7.00409
则铝合金型材的传热系数为Kf＝7.00409W/（m2·K）
靠近铝合金型材处玻璃的传热系数为Keg＝0.847236W/（m2·K）
节点4:
计算结果如下：
FrameTotalLength=16.2497U-factor=3.12948
FrameProjectedX=6.73228U-factor=7.55363
FrameProjectedY=4.3307U-factor=11.7425
EdgeTotalLength=9.65586U-factor=0.87427
EdgeProjectedX=9.65586U-factor=0.87427
EdgeProjectedY=0U-factor=-0.17611
则铝合金型材的传热系数为Kf＝11.7425W/（m2·K）
靠近铝合金型材处玻璃的传热系数为Keg＝0.87427W/（m2·K）
节点5:
计算结果如下：
EdgeTotalLength=11.2921U-factor=0.797507
EdgeProjectedX=11.2921U-factor=0.797507
EdgeProjectedY=0U-factor=-0.17611
FrameTotalLength=11.4805U-factor=0.670978
FrameProjectedX=2.87883U-factor=2.67578
FrameProjectedY=4.32597U-factor=1.78067
则铝合金型材的传热系数为Kf＝1.78067W/（m2·K）
靠近铝合金型材处玻璃的传热系数为Keg＝0.797507W/（m2·K）
节点6:
节点6两边为铝板幕墙,只考虑φ=0.06的线传热系数。
玻璃幕墙单元的整体传热系数可由下列公式得到:
K=（ΣAg·Kg+ΣAf·Kf+ΣAeg·Keg+ΣL·φ）/A在上面的公式中：
K：
计算后的K值；Ag：
玻璃中心处的面积；Kg：
玻璃面板中心处的K值；Af：
铝合金型材总面积；Kf：
铝合金型材的K值；Aeg：
玻璃边缘处的总面积；Keg：
玻璃边缘处的K值；
L：
幕墙隐框线的总周长；A：
幕墙总面积；
（1）、在东/南/北面，以南立面为代表,对1个幕墙计算单元，统计可得：
A=5.54m2
Ag＝4.05m2
Aeg＝0.86m2
Af1＝0.0721m2
Af2＝0.0721m2
Af3＝0.144m2
Af4＝0.115m2
Af5＝0.0732m2
L＝5.24m
由此可得到玻璃幕墙的整体平均传热系数为
K东南北=（ΣAg·Kg+ΣAf·Kf+ΣAeg·Keg+ΣL·φ）/A＝（4.05×2.54＋0.0721×5.33389＋0.0721×2.35687＋0.144×7.00409＋0.115×11.7425＋0.0732×1.78067＋0.86×0.83＋5.24×0.06）/5.54＝2.41W/m2K
（2）、在西面，对1个幕墙计算单元，统计可得：
A=7.4m2
Ag＝5.66m2
Aeg＝0.99m2
Af1＝0.096m2
Af2＝0.096m2
Af3＝0.192m2
Af4＝0.115m2
Af5＝0.0732m2
L＝5.24m
由此可得到玻璃幕墙的整体平均传热系数为
K西=（ΣAg·Kg+ΣAf·Kf+ΣAeg·Keg+ΣL·φ）/A＝（5.66×1.67＋0.096×5.33389＋0.096×2.35687＋0.192×7.00409＋0.115×11.7425＋0.0732×1.78067＋0.86×0.83＋5.24×0.06）/7.4＝2.43W/m2K
2、过楼层处非透明部分传热系数计算
典型节点如下：
根据《民用建筑热工设计规范》（GB501
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