建筑门窗热功性能计算书.docx
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建筑门窗热功性能计算书
建筑门窗热功性能计算书
I、设计依据：
《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》JGJ75-2003
《民用建筑热功设计规范》GB50176-93
《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003
《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》（征求意见稿）
相关计算和定义均按照ISO10077-1和ISO10077-2方法进行计算和定义
II、计算基本条件：
1、设计或评价建筑门窗、玻璃幕墙定型产品热工参数时，所采用环境边界条件应统一采用本标准规定计算条件。
2、计算实际工程所用建筑门窗和玻璃幕墙热工性能所采用边界条件应符合相应建筑设计或节能设计标准。
3、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）。
4、冬季计算标准条件应为：
室内环境温度：
Tin=20℃
室外环境温度：
Tout=0℃
内表面对流换热系数：
hc,in=3.6W/m2.K
外表面对流换热系数：
hc,out=20W/m2.K
室外平均辐射温度：
Trm=Tout
太阳辐射照度：
Is=300W/m2
5、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,in=2.5W/m2.K
外表面对流换热系数：
hc,out=16W/m2.K
室外平均辐射温度：
Trm=Tout
太阳辐射照度：
Is=500W/m2
6、计算传热系数应采用冬季计算标准条件，并取Is=0W/m2。
7、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℃
8、抗结露性能计算标准边界条件应为：
室内环境温度：
Tin=20℃
室外环境温度：
Tout=-10℃或-20℃
室内相对湿度：
RH=30%、50%、70%
室外风速：
V=4m/s
9、计算框太阳能总透射比gf应使用下列边界条件
qin=α*Is
qin：
通过框传向室内净热流（W/m2）
α：
框表面太阳辐射吸收系数
Is：
太阳辐射照度（Is=500W/m2）
10、设计或评价建筑门窗、玻璃幕墙定型产品热工参数时，门窗框或幕墙框与墙连接界面应作为绝热边界条件处理
11、整窗截面几何描述
整窗应根据框截面不同对窗框分段，有多少个不同框截面就应计算多少个不同框传热系数和对应框和玻璃接缝线传热系数。
两条框相交处传热不作三维传热现象考虑。
如上图所示窗，应计算1-1、2-2、3-3、4-4、5-5、6-6、7-7七个框段框传热系数和对应框和玻璃接缝线传热系数。
两条框相交部分简化为其中一条框来处理。
计算1-1、2-2、4-4截面传热时，与墙面相接边界作为绝热边界处理。
计算3-3、5-5、6-6截面传热时，与相邻框相接边界作为绝热边界处理。
计算7-7截面传热时，框材中心线对应边界作为绝热边界处理。
12、门窗在进行热工计算时应进行如下面积划分：
窗框面积Af：
指从室内、外两侧可视凸出框投影面积大者
玻璃面积Ag：
室内、外侧可见玻璃边缘围合面积小者
整窗总面积At：
窗框面积Af与窗玻璃面积Ag（或者是其它镶嵌板面积Ap）之和
13、玻璃区域周长Lψ是门窗玻璃室内、外两侧全部可视周长之和较大值
14、当所用玻璃为单层玻璃，由于没有空气层影响，不考虑线传热，线传热系数ψ=0。
15、本系统中给出所有数值全部是窗垂直安装情况。
计算传热系数时，按以下取值:
内表面换热系数：
hi=8W/m2.k
外表面换热系数：
he=23W/m2.k
一、门窗基本信息
地区类型:
寒冷地区
所在城市:
济南
窗墙面积比范围:
0.2<窗墙面积比≤0.3
建筑物型系数:
0.3<体型系数≤0.4
门窗朝向:
东、南、西向
型材厂家:
虎标铝材
门窗系列:
52
门窗类型:
平开窗
窗型尺寸:
窗宽W（mm）:
1800
窗高H（mm）:
1800
窗型样式:
二、窗框传热系数Uf计算
1、窗框面积计算：
窗框面积计算示意图如下：
（1）平开类窗框面积计算示意图：
（2）推拉类窗框面积计算示意图：
（3）该门窗窗框由以下截面组成：
序号
窗框名称
窗框类型
室内投影面积Afi（m2）
室内表面面积Adi（m2）
室外投影面积Afe（m2）
室外表面面积Ade（m2）
隔热桥对应铝合金截面之间最小距离dmm
1
窗框1
穿条式隔热铝窗框
0.402
0.402
0.502
0.502
7.5
2
窗框2
穿条式隔热铝窗框
0.402
0.402
0.502
0.502
7.5
（4）窗框室内总投影面积Afi（m2）
ΣAfi=0.402+0.402
=0.804
（5）窗框室外总投影面积Afe（m2）
ΣAfe=0.502+0.502
=1.004
（6）窗框总面积Af（m2）
Af=max（ΣAfi,ΣAfe）
=max（0.804,1.004）
=1.004
2、窗框传热系数计算（Uf）：
可以通过输入数据，用二维有限元法进行数字计算，得到窗框传热系数。
在没有详细计算结果可以应用时，可以按以下方法得到窗传热系数：
窗框类型：
穿条式隔热铝合金
（1）穿条式隔热铝合金框，相对应金属框之最小距离d（mm），示意图：
注意：
1）采用导热系数<=0.3（w/m.k）隔热条
2）隔热条总宽度b1+b2+b3+b4<=0.2*bf（窗框宽）
（2）穿条式隔热铝合金框Uf0数值，根据“相对应金属框之间最小距离d（mm）”，从下图粗线中选取：
（3）窗框传热系数计算：
1）<窗框1>传热系数计算：
1.1）<窗框1>隔热条相对应金属框之间最小距离d=7.5（mm）
从上图中查出Uf0=3.588（W/m2.K）
1.2）<窗框1>窗框热阻Rf计算：
Rf=1/Uf0-0.17
=1/3.588-0.17
=0.109（m2K/W）
1.3）<窗框1>窗框传热系数计算：
窗框室内投影面积：
Af,i=0.402（平方米）
窗框室内表面面积：
Ad,i=0.402（平方米）
窗框室外投影面积：
Af,e=0.502（平方米）
窗框室外表面面积：
Ad,e=0.502（平方米）
窗框热阻：
Rf=3.588m2.K
内表面换热系数：
hi=8W/m2.k
外表面换热系数：
he=23W/m2.k
Uf=1/（Af,i/（hi*Ad,i）+Rf+Af,e/（he*Ad,e））
=1/（0.402/（8*0.402）+0.109+0.502/（23*0.502））
=3.604（W/m2.K）
2）<窗框2>传热系数计算：
2.1）<窗框2>隔热条相对应金属框之间最小距离d=7.5（mm）
从上图中查出Uf0=3.588（W/m2.K）
2.2）<窗框2>窗框热阻Rf计算：
Rf=1/Uf0-0.17
=1/3.588-0.17
=0.109（m2K/W）
2.3）<窗框2>窗框传热系数计算：
窗框室内投影面积：
Af,i=0.402（平方米）
窗框室内表面面积：
Ad,i=0.402（平方米）
窗框室外投影面积：
Af,e=0.502（平方米）
窗框室外表面面积：
Ad,e=0.502（平方米）
窗框热阻：
Rf=3.588m2.K
内表面换热系数：
hi=8W/m2.k
外表面换热系数：
he=23W/m2.k
Uf=1/（Af,i/（hi*Ad,i）+Rf+Af,e/（he*Ad,e））
=1/（0.402/（8*0.402）+0.109+0.502/（23*0.502））
=3.604（W/m2.K）
该门窗各窗框传热系数列表：
序号
窗框名称
窗框类型
窗框投影面积Af（m2）
该类型材传热系数Uf（W/（m2.K））
1
窗框1
穿条式隔热铝窗框
0.502
3.604
2
窗框2
穿条式隔热铝窗框
0.502
3.604
三、窗框与玻璃边缘结合处线传热系数计算（ψ）：
窗框与玻璃边缘结合处线传热系数（ψ），主要描述了在窗框、玻璃和间隔层之间交互作用下附加热传递。
线性热传递系数ψ，主要受间隔层材料传导率影响。
在没有精确计算情况下，可采用下表数据，来估算窗框与玻璃结合处线传导系数ψ。
窗框与单层玻璃边缘结合处线传热系数很小，计算时默认为0。
各类窗框、中空玻璃线传热系数
窗框材料
双层或三层玻璃
未镀膜
充气或不充气中空玻璃
双层LOW-E镀膜
三层采用两片LOW-E镀膜
充气或不充气中空玻璃
塑料窗框
0.04
0.06
带热断桥铝合金窗框
0.06
0.08
无热断桥铝合金窗框
0
0.02
注意：
这些数据用来计算低辐射中空玻璃，即：
Ug<=1.3W/（m2.K）
各玻璃板块查询上表后，各玻璃板块线传热系数如下：
序号
玻璃板块名称
窗框类型
玻璃块板类型
第一层玻璃
第二层玻璃
第三层玻璃
玻璃边缘长度（m）
线传热系数（W/m.K）
1
玻璃板块1
隔热铝合金窗框
双层玻璃
普通玻璃
普通玻璃
11.606
0.06
（玻璃排列顺序由室外到室内，分别为第一层、第二层、第三层）
四、玻璃传热系数（Ug）计算：
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003附录C
1、<玻璃板块1>传热系数计算：
1）<玻璃板块1>基本信息：
玻璃板块面积：
2.745（m2）：
玻璃板块类型：
双层玻璃
第一层玻璃种类：
普通玻璃
第一层玻璃厚度：
5（mm）
第一层校正发射率：
0.837
第一气体层气体类型：
空气
第一气体层气体厚度：
9
第二层玻璃种类：
普通玻璃
第二层玻璃厚度：
5（mm）
第二层校正发射率：
0.837
2）<中空玻璃间隔层气体：
空气>普朗特准数Pr计算：
计算依据：
Pr=μ*С/λ
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003C.0.2-8
气体动态粘度μ：
0.00001711kg/（ms）
气体比热С：
1008J/（kg.K）
气体热导率λ：
0.02416W/（m.K）
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003表D.0.3
Pr=μ*С/λ
=0.00001711*1008/0.02416
=0.714
3）<中空玻璃间隔层气体：
空气>格尔晓夫数Gr计算：
计算依据：
Gr=9.81*S3*ΔT*ρ2/（Tm*μ2）
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003C.0.2-7
气体动态粘度μ：
0.00001711kg/（ms）
气体密度ρ：
1.277kg/m3
气体平均绝对温度Tm：
283K
气体间隙前后玻璃表面温度差ΔT：
15K
气体间隔层厚度s：
0.009m
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003表D.0.3及C.0.5
Gr=9.81*S3*ΔT*ρ2/（Tm*μ2）
=9.81*0.0093*15*1.2772/（283*0.000017112）
=2111.461
4）<中空玻璃间隔层气体：
空气>努塞尔准数Nu计算：
计算依据：
Nu=A*（Gr*Pr）n
格尔晓夫准数Gr：
2111.461
普朗特准数Pr：
0.714
A和n是常数：
垂直空间，A=0.035，n=0.38；水平空间，A=0.16，n=0.28；倾斜45度，A=0.1，n=0.31；
（门窗按垂直空间计算）
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003C.0.2-6
Nu=A*（Gr*Pr）n
=0.035*（2111.461*0.714）0.38
=0.565
由于：
Nu=1<1
所以，努塞尔准数取1。
即：
Nu=1
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003C.0.2-6
5）<中空玻璃间隔层气体：
空气>气体导热系数hg计算：
计算依据：
hg=Nu*（λ/s）
努塞尔准数Nu：
1
气体热导率λ：
0.02416W/（m.K）
气体间隔层厚度s：
0.009m
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003C.0.2-5
hg=Nu*（λ/s）
=1*（0.02416/0.009）
=2.684
6）<中空玻璃间隔层气体：
空气>气体辐射导热系数hr计算：
计算依据：
hr=4*σ*（1/ε1+1/ε2-1）-1*Tm3
斯蒂芬-波尔兹曼常数σ：
5.67*10-8
间隔层中两表面在平均绝对温度Tm下校正发射率ε1、ε2：
ε1：
0.837
ε2：
0.837
平均绝对温度Tm：
283K
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003C.0.2-4
hr=4*σ*（1/ε1+1/ε2-1）-1*Tm3
=4*5.67*10-8*（1/0.837+1/0.837-1）-1*2833
=3.7
7）<中空玻璃间隔层气体：
空气>气体间隔层导热率hs计算：
计算依据：
hs=hg+hr
气体辐射导热系数hr：
3.7
气体导热系数hg：
2.684
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003C.0.2-3
hs=hg+hr
=2.684+3.7
=6.384
8）<玻璃板块1>多层玻璃系统内部传热系数计算：
计算依据：
1/ht=Σ1/hs+Σdm*rm
气体间隔层导热率hs：
6.384
第一层玻璃厚度dm：
0.005m
第二层玻璃厚度dm：
0.005m
玻璃热阻rm：
1m.K/W
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003C.0.2-2
1/ht=Σ1/hs+Σdm*rm
=1/6.384+0.005*1.0+0.005*1.0
=0.167
多层玻璃系统内部传热系数ht=5.988
9）<玻璃板块1>玻璃传热系数计算：
计算依据：
1/U=1/he+1/ht+1/hi
玻璃室外表面换热系数he：
23.0
玻璃室内表面换热系数hi：
8.0
多层玻璃系统内部传热系数ht：
5.988
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003C.0.2-1
1/U=1/he+1/ht+1/hi
=1/23.0+1/5.988+1/8.0
=0.335
<玻璃板块1>传热系数Ug=2.985W/（m2.K）
五、整窗传热系数计算（Ut）：
1、整窗面积计算（At）：
At=ΣAg+ΣAf
窗框面积Af=0.502+0.502=1.004m2
玻璃面积：
Ag=2.745m2
At=ΣAf+ΣAg
=1.004+2.745
=3.749
2、整窗传热系数计算（Ut）：
Ut=（ΣAg*Ug+ΣAf*Uf+Σlψ*ψ）/At
各玻璃块板面积：
Ag（m2）
各玻璃块板传热系数：
Ug（W/m2.K）
各窗框面积：
Af（m2）
各窗框传热系数：
Uf（W/m2.K）
各玻璃块板与窗框相结合边缘周长：
lψ（m）
各玻璃块板与窗框相结合边缘传热系数：
ψ（W/m2.K）
Ut=（ΣAg*Ug+ΣAf*Uf+Σlψ*ψ）/At
=（0.502*3.604+0.502*3.604
+2.745*2.985
+11.606*0.06）/3.749
=3.337
该门窗整窗传热系数3.337>该门窗允许整窗传热系数=3.5。
该门窗整窗传热性满足要求。
六、太阳能透射比（gt）、遮阳系数（Sc）计算：
太阳能透射比是指：
通过门窗构件成为室内得热量太阳辐射，与投射到门窗构件上太阳辐射比值。
成为室内得热量太阳辐射部分包括：
直接太阳能透射得热和被构件吸收太阳辐射再经传热进入室内得热。
1、窗框太阳能透射比（gf）计算：
1）<窗框1>太阳能透射比（gf）计算：
窗框表面太阳辐射吸收系数αf：
0.4
窗框传热系数Uf：
3.604W/m2.K
窗框外表面积Asurf：
0.502m2
窗框外投影面积Af：
0.502m2
窗框外表面换热系数hout：
19W/m2.K
gf=αf*Uf/（Asurf/Af*hout）
=0.4*3.604/（0.502/0.502*19）
=0.076
2）<窗框2>太阳能透射比（gf）计算：
窗框表面太阳辐射吸收系数αf：
0.4
窗框传热系数Uf：
3.604W/m2.K
窗框外表面积Asurf：
0.502m2
窗框外投影面积Af：
0.502m2
窗框外表面换热系数hout：
19W/m2.K
gf=αf*Uf/（Asurf/Af*hout）
=0.4*3.604/（0.502/0.502*19）
=0.076
2、玻璃区域太阳能透射比（gg）：
玻璃区域太阳能透射比gg：
取近似值0.800
3、太阳能总透射比（gt）计算：
各玻璃板块面积：
agm2
各玻璃板块太阳能透射比：
gg
各窗框外表面投影面积：
afm2
各窗框太阳能透射比：
gf
gt=（ΣAf*gf+ΣAg*gg）/At
=（0.502*0.076+0.502*0.076
+2.745*0.800）/3.749
=0.606
4、整窗遮阳系数（Sc）计算：
整窗遮阳系数：
整窗太阳能总透射比与标准3mm厚透明玻璃太阳能总透射比比值。
0.889是：
标准3mm厚透明玻璃太阳能总透射比理论值
Sd=gt/0.889
=0.606/0.889
=0.682
该类地区门窗遮阳系数不做要求。
七、可见光透射比（τt）计算：
标准光源透过门窗构件成为室内人眼可见光与投射到门窗构件上人眼可见光，采用人眼视见函数加权比值。
各玻璃板块面积：
Ag（m2）
门窗总面积：
At（m2）
玻璃可见光透射比：
τv为0.800
τt=（ΣAg*τv）/At
=（2.745*0.800）/3.749
=0.586
八、结露计算：
标准计算条件：
室内环境温度Tin=20℃
室外环境温度Tout=-20℃
室内相对湿度：
RH=30%、50%、70%
室外风速：
V=4m/s
1、室内空气饱和水蒸汽压（Es）计算：
空气温度为0℃时饱和水蒸汽压E0为：
6.11HPa
室内环境温度t为：
10℃
当t>0℃时，a、b参数分别取：
a=7.5，b=237.3
Es=E0*10（a*t/（b+t））
=6.11*10（7.5*10/（237.3+10））
=12.283
2、在相对湿度f=0.5下，空气水蒸汽压（e）计算：
空气相对湿度f为：
0.5
室内空气饱和水蒸汽压（Es）：
12.283
e=f*Es
=0.5*12.283
=6.142
3、空气结露点温度（Td）计算：
在相对湿度f=0.5下，空气水蒸汽压e：
6.142
室内空气水蒸汽压（E）：
6.142
当t>0℃时，a、b参数分别取：
a=7.5，b=237.3
Td=b/（a/lg（e/6.11）-1）
注意：
lg（e/6.11）为以10为底自然对数
=237.3/（7.5/lg（6.142/6.11）-1）
=0.072
4、室内玻璃表面温度（Tpj）计算：
1）玻璃板块：
<玻璃板块1>室内表面温度（Tpj）计算：
室内环境温度Tin：
10
室外环境温度Tout：
-10
玻璃传热系数Ug：
2.985
玻璃室内表面换热系数hbi：
8
Tpj=Tin-（Tin-Tout）*Ug/hbi
=10-（10+10）*2.985/8
=2.538
空气结露点温度0.072℃<=该玻璃板块玻璃表面温度Tpj==2.538℃。
该玻璃板块不结露。
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