玻璃幕墙节能计算书.docx

玻璃幕墙节能计算书.docx

《玻璃幕墙节能计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《玻璃幕墙节能计算书.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

玻璃幕墙节能计算书

XXXXXXXXXX

外装饰结构热工性能

设计计算书

设计：

校对：

审核：

批准：

XXXXXXX工程有限公司

二〇一一年四月七日

建筑门窗玻璃幕墙热工设计计算书

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》JGJ/T151-2008

《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》JGJ/T151-2008采用

（1）冬季标准计算条件应为：

室内空气温度：

Tin=20℃；

室外空气温度：

Tout=-20℃；

室内对流换热系数：

hc,in=3.6W/（m2·K）；

室外对流换热系数：

hc,out=16W/（m2·K）；

室内平均辐射温度：

Trm,in=Tin

室外平均辐射温度：

Trm,out=Tout

太阳辐射照度：

Is=300W/m2；

（2）夏季标准计算条件应为：

室内空气温度：

Tin=25℃；

室外空气温度：

Tout=30℃；

室内对流换热系数：

hc,in=2.5W/（m2·K）；

室外对流换热系数：

hc,out=16W/（m2·K）；

室内平均辐射温度：

Trm,in=Tin

室外平均辐射温度：

Trm,out=Tout

太阳辐射照度：

Is=500W/m2；

（3）计算传热系数应采用冬季标准计算条件，并取Is=0W/m2；

（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：

20℃；

室内环境湿度：

30%，60%；

室外环境温度：

0℃，-10℃，-20℃

（6）框的太阳光总透射比gf应采用下列边界条件：

qin=α·Is

α：

框表面太阳辐射吸收系数；

Is：

太阳辐射照度（W/m2）；

qin：

框吸收的太阳辐射热（W/m2）；

12.2规范GB50189-2005《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玻璃幕墙（门窗）结构基本参数

13.1地区参数：

XX，地区类别属于夏热冬冷地区；

13.2建筑参数：

建筑物长度：

78.5m；

建筑物宽度：

83m；

建筑物高度：

108m；

建筑物朝向：

南；

建筑物体形系数：

0.059；

建筑物窗墙比：

0.5；

计算项目类型：

门窗系统；

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）+6（mm）；

外片：

LOW-E镀膜；

内片：

普通玻璃；

中空气体间层气体：

空气；

玻璃幕墙（门窗）的面积：

A=15000m2；

玻璃幕墙（门窗）玻璃的面积：

Ag=14000m2；

玻璃幕墙（门窗）框的面积：

Af=1000m2；

玻璃幕墙（门窗）框的总表面面积：

Asurf=1000m2；

玻璃区域的总周长：

lψ=400m；

幕墙角度：

θ=90度；

计算单元高度：

H=3700mm；

13.5框传热系数相关参数：

Ad,i=1.5m2

Ad,e=0.5m2

Af,i=1m2

Af,e=0.3m2

14玻璃的传热系数U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。

U值的单位是W/（m2·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/Rt6.4.1-2[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，应该下面计算公式采用：

Rt=1/hout+∑Ri+∑Rg,i+1/hin6.4.1-3[JGJ/T151-2008]

Rg,i=tg,i/λg,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）；

Tf,i、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。

14.2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/（m2·K）；

hr,out=3.9εs,out/0.83710.3.5-3[JGJ/T151-2008]

式中：

εs,out：

玻璃外表面半球发射率；

hout=hr,out+hc,out

=3.9×0.837/0.837+16

=19.9W/（m2·K）

14.3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=4.4εs/0.83710.3.4-4[JGJ/T151-2008]

εs：

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εs取值为0.837，带入，得：

hr,in=4.4εs/0.837

=4.4×0.837/0.837

=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

=8W/（m2·K）

夏季：

hin=hr,in+hc,in

=4.4+2.5

=6.9W/（m2·K）

14.4多层玻璃系统材料的固体热阻：

Rg,i=tg,i/λg,i6.4.1-4[JGJ/T151-2008]

tg,i：

第i层固体材料的的厚度；

λg,i：

第i层固体材料的导热系数，玻璃取l.00W/m·K；

∑Rg,i=6/1000+6/1000

=0.012m2·K/W

14.5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=4σ（1/ε1+1/ε2-1）-1×Tm36.3.7[JGJ/T151-2008]

式中：

σ：

斯蒂芬－玻尔兹曼常数，取σ=5.67×10-8W/（m2·K）；

ε1、ε2：

气体间层中两表面在平均绝对温度Tm下的半球发射率：

ε1=0.1，ε2=0.837；

Tm：

气体间层两表面的平均绝对温度（K），取Tm=273K；

hr=4σ（1/ε1+1/ε2-1）-1×Tm3

=4×5.67×10-8×（1/0.1+1/0.837-1）-1×2733

=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=Nui×（λg,i/dg,i）6.3.2[JGJ/T151-2008]

式中：

Nui：

努谢尔特数，是瑞利数Raj、气体气体间层高厚比和气体间层倾角θ的函数；

λg,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Ra的计算：

Ra=γ2d3GβcpΔT/μλ6.3.3-1[JGJ/T151-2008]

β=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；

γ：

气体密度（kg/m3）；

G：

重力加速度，取9.8m/s2；

cp：

常压下气体比热容（J/（kg·K））；

μ：

常压下的气体黏度（kg/（m·s））；

λ：

常压下气体的导热系数（W/（m·K））；

ΔT：

气体间层前后玻璃表面的温度差（K）；

β：

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；

β=1/Tm

=1/273

=0.00366

Ag,i=H/dg,i

=3700/12

=308.333

Ra=γ2d3GβcpΔT/μλ

=1.29332×（12/1000）3×9.8×0.00366×1006.1034×3/0.00001722/0.0241

=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0≤θ＜60°

Nu=1+1.44[1-1708/Racosθ]×[1-1708sin1.6（1.8θ）/Racosθ]

+[（Racosθ/5830）1/3-1]×6.3.4-1[JGJ/T151-2008]

Ra<105，Ag,i>20

式中：

函数[x]×表示为：

[x]×＝（x+|x|）/2

2）气体间层倾角θ=60°

Nu=（Nu1,Nu2）max6.3.4-2[JGJ/T151-2008]

式中：

Nu1=[1+（0.0936Ra0.314/（1+GN））7]1/7

Nu2=（0.104+0.175/Ag,i）Ra0.283

GN=0.5/（[1+（Ra/3160）20.6]）0.1

3）气体间层倾角60°＜θ＜90°

按公式6.3.4-2和6.3.4-3做线性插值：

4）θ=90°

Nu=（Nu1,Nu2）max6.3.4-3[JGJ/T151-2008]

Nu1=0.0673838Ra1/3Ra>5×104

Nu1=0.028154Ra0.4134104＜Ra≤5×104

Nu1=1+1.7596678×10-10Ra2.2984755Ra≤104

Nu2=0.242（Ra/Ag,i）0.272

本计算中θ=90度，带入上面公式，得：

Nu=1.0007

代入6.3.2，得

hc,i=Nui×（λg,i/dg,i）

=1.0007×（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，则：

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+∑Ri+∑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）

15玻璃幕墙（门窗）框的传热系数U值的计算

15.1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/m2·K和外表面换热系数hout=23W/m2·K。

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

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：

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：

没有隔热的金属框，Uf0=5.9W/（m2·K）；具有隔热的金属框，Uf0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：

（B.0.2-3）

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：

（B.0.2-3）

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

图4.2.2幕墙各部件面积划分示意

图B.0.2-3带隔热的金属窗框的传热系数值

图B.0.2-4截面类型1（采用导热系数低于0.3W/m.K的隔热条）

图B.0.2-5截面类型2（采用导热系数低于0.2W/m.K的泡沫材料）

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：

表B.0.3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中空玻璃

ψ（W/m.K）

双层Low-E镀膜或三层（其中两片Low-E镀膜）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

对于塑钢型材，框的传热系数可直接按规范表B.0.2取值；

对于铝合金型材，需要按规范图B.0.2-3取Uf0，然后依次代入下面公式求Uf：

Rf=1/Uf0-0.17B.0.2-2[JGJ/T151-2008]

Uf=1/（Af,i/hiAd,i+Rf+Af,e/heAd,e）B.0.2-1[JGJ/T151-2008]

本结构采用断热铝合金型材型材，因此：

Uf=3.318W/（m2·K）[Uf0=2.76]

ψ=0.06W/（m·K）

16玻璃幕墙（门窗）整体的传热系数U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。

按JGJ/T151-2008规定：

对于整樘门窗结构：

Ut=（ΣAg·Ug+ΣAf·Uf+Σlψ·ψ）/At3.3.1[JGJ/T151-2008]

在上面的公式中：

Ut：

整樘窗的传热系数；

Ag：

窗玻璃面积；

Af：

窗框面积；

At：

窗面积；

lψ：

玻璃区域边缘长度；

Ug：

窗玻璃的传热系数；

Uf：

窗框的传热系数；

ψ：

窗框和窗玻璃间的线传热系数；

对于单幅幕墙结构：

UCW=（ΣAg·Ug+ΣAp·Up+ΣAf·Uf+Σlg·ψg+Σlp·ψp）/（Ag+Ap+Af）4.3.1[JGJ/T151-2008]

在上面的公式中：

UCW：

单幅幕墙的传热系数；

Ag：

玻璃或透明面板面积；

lg：

玻璃或透明面板边缘长度；

Ug：

玻璃或透明面板的传热