幕墙热工计算书.doc

*幕墙设计热工计算书(一)本计算概况： 气候分区：夏热冬冷地区 工程所在城市：无锡 传热系数限值： 2.10 (W/(m2.K) 遮阳系数限值(东、南、西向/北向)： 0.40(二)参考资料： 严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准 JGJ26 -2010 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准JGJ/T134-2010 民用建筑热工设计规范GB50176-93 公共建筑节能设计标准GB50189-2005 公共建筑节能设计标准DBJ 01-621-2005 居住建筑节能设计标准DBJ 01-602-2004 建筑玻璃应用技术规程JGJ 113-2009 建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程JGJ/T 151-2008 建筑门窗幕墙热工计算及分析系统(W-Energy3.0)(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()：标准太阳辐射光谱函数（ISO 9845-1）； D()：标准光源（CIE D65，ISO 10526）光谱函数； R()：视见函数（ISO/CIE 10527）。 (2)冬季计算标准条件应为： 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=3.6 W/(m2.K) 室外对流换热系数 hc,out=16 W/(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=300 W/m2 (3)夏季计算标准条件应为： 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=2.5 W/(m2.K) 室外对流换热系数 hc,out=16 W/(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=500 W/m2 (4)计算传热系数应采用冬季计算标准条件，并取Is= 0 W/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=0 或 Tout=-10 或 Tout=-20 室内相对湿度 RH=30% 或 RH=60% 室外对流换热系数 hc,out=20 W/(m2.K) 室外风速 V=4 m/s (7)计算框的太阳能总透射比gf应使用下列边界条件： qin=·Is qin 通过框传向室内的净热流(W/m2)； 框表面太阳辐射吸收系数； Is 太阳辐射照度 =500 W/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4.2.1确定。表4.2.1-1 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表4.2.2-1、表4.2.2-2、表4.2.2-3、表4.2.2-4、表4.2.2-5以及表4.2.2-6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Km。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0.350.30外 墙(包括非透明幕墙)0.450.40底面接触室外空气的架空或外挑楼板0.450.40非采暖房间与采暖房间的隔墙或楼板0.60.6单一朝向外窗(包括透明幕墙)窗墙面积比0.2. 3.02.70.2 窗墙面积比0.32.82.50.3 窗墙面积比0.42.52.20.4 窗墙面积比0.52.01.70.5 窗墙面积比0.71.71.5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0.450.35外 墙(包括非透明幕墙)0.500.45底面接触室外空气的架空或外挑楼板0.500.45非采暖房间与采暖房间的隔墙或楼板0.80.8单一朝向外窗(包括透明幕墙)窗墙面积比0.2. 3.22.80.2 窗墙面积比0.32.92.50.3 窗墙面积比0.42.62.20.4 窗墙面积比0.52.11.80.5 窗墙面积比0.71.81.6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0.550.45外墙(包括非透明幕墙)0.600.50底面接触室外空气的架空或外挑楼板0.600.50非采暖空调房间与采暖空调房间的隔墙或楼板1.51.5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0.23.53.00.2窗墙面积比0.33.02.50.3窗墙面积比0.42.70.70/2.30.70/0.4窗墙面积比0.52.30.60/2.00.60/0.5窗墙面积比0.72.00.50/1.80.50/屋顶透明部分2.70.502.70.50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K W/(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 4.70.2窗墙面积比0.3 3.5 0.55/0.3窗墙面积比0.4 3.0 0.50/0.600.4窗墙面积比0.5 2.8 0.45/0.550.5窗墙面积比0.7 2.5 0.40/0.50屋顶透明部分3.00.40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K W/(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 6.50.2窗墙面积比0.3 4.7 0.50/0.600.3窗墙面积比0.4 3.5 0.45/0.550.4窗墙面积比0.5 3.0 0.40/0.500.5窗墙面积比0.7 3.0 0.35/0.45屋顶透明部分3.50.35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。表4.2.2-6 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热阻 R (m2·K)/W严寒地区A区地 面: 周边地面非周边地面³ 2.0³ 1.8采暖地下室外墙（与土壤接触的墙）³ 2.0严寒地区B区地 面: 周边地面非周边地面³ 2.0³ 1.8采暖地下室外墙（与土壤接触的墙）³ 1.8寒冷地区地 面: 周边地面非周边地面³ 1.5采暖、空调地下室外墙（与土壤接触的墙）³ 1.5夏热冬冷地区地面³ 1.2地下室外墙（与土壤接触的墙）³ 1.2夏热冬暖地区地面³ 1.0地下室外墙（与土壤接触的墙）³ 1.0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=2238 mm 总高： H=1125 mm 幕墙计算单元的总面积： At=W×H=2.5 m2 幕墙计算单元的玻璃总面积： Ag=2.45 m2 幕墙计算单元的框总面积： Af=0.07 m2 幕墙计算单元的玻璃区域周长： l=6.600 m二、幕墙计算单元的传热系数计算： 1.框的传热系数Uf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=8.0W/(m2·K)和外表面换热系数hout=23 W/(m2·K)。(1) 塑料窗框：窗框材料窗框种类UfW/(m2·K)聚胺脂带有金属加强筋型材壁净厚度5mm2.8PVC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表B.0.2 带有金属钢衬的塑料窗框的传热系数(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B.0.2-2，Uf的数值可以从图B.0.2-1中选取。图B.0.2-1:木窗框以及金属-木窗框的热传递与窗框厚度df的关系图B.0.2-2: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步骤计算获得：1）金属窗框Uf的传热系数公式为： （JGJ/T 151-2008 B.0.2-1）式中：Ad.i, Ad,e, Af,i, Af,e窗各部件面积(m2)，其定义如图3.2.2所示；图3.2.2 窗各部件面积划分示意图hi窗框的内表面换热系数W/(m2·K)；he窗框的外表面换热系数W/(m2·K)；Rf窗框截面的热阻当隔热条的导热系数为0.20.3W/(m·K) (m2·K/W)。2）金属窗框截面的热阻Rf按下式计算： （JGJ/T 151-2008 B.0.2-2）没有隔热的金属框，使用Uf0 =5.9 W/(m2·K)；具有隔热的金属窗框，Uf0的数值从图B.0.2-3中粗线中选取，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。图B.0.2-3中，带隔热条的金属窗框适用的条件是： （JGJ/T 151-2008 B.0.2-3）式中：d热断桥对应的铝合金截面之间的最小距离(mm)；bj热断桥j的宽度(mm)；bf窗框的宽度(mm)。图B.0.2-3 带热断桥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）图B.0.2-3中，采用泡沫材料隔热金属窗框的适用条件是： （JGJ/T 151-2008 B.0.2-4）其中：d热断桥对应的铝合金截面之间的最小距离(mm)；bj热断桥j的宽度 (mm);bf窗框的宽度(mm)。 框的传热系数: Uf=2.80 W/(m2.K)2.框与玻璃结合处的线传热系数窗框与玻璃结合处的线传热系数：窗框与玻璃结合处的线传热系数，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，可采用表B.0.3估算窗框与玻璃结合处的线传热系数：表B.0.3铝合金、钢（不包括不锈钢）中空玻璃的线传热系数窗框材料双层或者三层未镀膜充气或者不充气中空玻璃 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 ( W/m·K)木窗框和塑料窗框0.040.06带热断桥的金属窗框0.060.08没有断桥的金属窗框00.02注：这些值用来计算低辐射的中空玻璃窗，Ug=1.3W/(m2·K)，以及更低传热系数的中空玻璃。 线传热系数=0.02 W/(m.k)3.玻璃的传热系数Ug玻璃传热系数计算方法1.1基本公式(1)一般原理本方法是以下列公式为计算基础的： （JGJ 113-2009 A.0.1-2）式中玻璃的外表换热系数W/(m2·K)；玻璃的内表换热系数W/(m2·K)；多层玻璃系统导热系数W/(m2·K)。多层玻璃系统导热系数按下式计算： （JGJ 113-2009 A.0.2-1）式中气体空隙的导热率W/(m2·K)；气体层的数量；材料层的数量；每一个材料层的厚度(m)；每一个材料层的热阻(m·K/W)。气体间隙的导热率按下式计算： （JGJ 113-2009 A.0.2-2）式中辐射导热系数W/(m2·K)；气体的导热系数(包括传导和对流) W/(m2·K)。(2)辐射导热系数辐射导热系数由下式给出： （JGJ 113-2009 A.0.2-10）式中斯蒂芬波尔兹曼常数：=0.0000000567；和在间隙层中的玻璃界面平均绝对温度下的校正发射率；气体平均绝对温度(K) ，=273+T，T为摄氏温度()。(3)气体导热系数气体导热系数由下式给出： （JGJ 113-2009 A.0.2-3）式中气体层的厚度(m)；气体导热率W/(m·K)。是努塞特准数，由下式给出： （JGJ 113-2009 A.0.2-4）式中一个常数；格拉斯霍夫准数；普兰特准数；幂指数。如果，则取1。格拉斯霍夫准数由下式计算： （JGJ 113-2009 A.0.2-5）普兰特准数按下式计算： （JGJ 113-2009 A.0.2-6） 式中 气体间层两侧玻璃内表面的温度差(K)；气体密度()；气体的动态粘度；气体的比热J/(kg·K)。对于垂直空间，其中A0.035,n=0.38；水平情况：A=0.16,n=0.28;倾斜45度：A=0.10,n=0.31（JGJ 113-2009 A.0.2-4）。本系统中取=15K（JGJ 113-2009 A.0.3-3）；采用垂直空间，取A0.035,n=0.38。本工程中，玻璃系统传热系数的计算过程 选择玻璃类型： 中空玻璃 计算模型如下所示： 玻璃采用:6.000+12.000A+6.000中空玻璃(1)、计算玻璃系统的总热阻Rsum第一块玻璃的热阻R1计算过程 玻璃厚度:6.000 mm 玻璃导热系数:1.000 W/(m.k) 玻璃校正发射率:1=0.100 R1=d1r1 (第一层玻璃的热阻) =(6.000/1000)/1.000 =0.006 m2.K/W第一块玻璃与第二块玻璃之间的总热阻R2计算过程 玻璃厚度:6.000 mm 玻璃导热系数:1.000 W/(m.k) 玻璃校正发射率:2=0.837 气体层厚度:S=12.000 mm 气体密度:P=1.232 kg/m3 气体导热率:=2.496×10-2 W/(m.k) 气体比热:c=1.008×103 J/(kg.K) 气体动态粘度:=1.761×10-5 kg/(m.s) 气体名称:空气 气体绝对温度:Tm=283.000 K Pr=×c/ =1.761/100000×1.008×103/(2.496/100) =0.711 Gr=9.81×S3×T×P2/(Tm×2) =9.81×(12.000/1000)3×15×(1.232)2/(283.000×(1.761×10-5)2) =4397.646 Nu=A(Gr×Pr)n =0.035×(0.711×4397.646)0.38 =0.745 因为Nu<=1,所以Nu的取值为1 hg=Nu×/s =1.000×(2.496/100)/(12.000/1000) =2.080 hr=4(1/1+1/2-1)-1Tm3 =4×0.0000000567×(1/0.100+1/0.837-1)-1×283.0003 =0.504 hs=hg+hr=2.080+0.504=2.584 Ra=1/hs=1/2.584=0.387 m2.K/W (第一层气体的热阻) Rb=d2r2=(6.000/1000)/1.000=0.006 m2.K/W (第二层玻璃的热阻) R2=R1+Ra+Rb =0.006+0.387+0.006 =0.399 m2.K/W Rsum=R2=0.399 m2.K/W 玻璃内表面换热系数取为8.000 W/(m2.K) 玻璃外表面换热系数取为21.000 W/(m2.K) 玻璃传热系数Ug=1/(1/hin+1/hhou+Rsum) Ug=1/(1/8.000+1/21.000+0.399)=1.75 W/(m2.K)4.幕墙计算单元的传热系数Ut的计算 Ut=(Ag·Ug+Af·Uf+l·)/At =(2.45×1.75+0.07×2.80+6.600×0.02)/2.52 =1.83 W/(m2.K) 1.83<=2.10 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 通过玻璃、门窗或玻璃幕墙成为室内得热量的太阳辐射部分与投射到玻璃、门窗或玻璃幕墙构件上的太阳辐射照度的比值。成为室内得热量的太阳辐射部分包括太阳辐射投射的得热量和太阳辐射被构件吸收再传入室内的得热量两部分。2.框的太阳能总透射比gf gf=f·Uf/(Asurf/Af·hout)式中： hout - 外表面换热系数 W/(m2.K)； f - 框表面太阳辐射吸收系数； Uf - 框的传热系数 W/(m2.K)； Asurf - 框的外表面面积 (m2)； Af - 框面积 (m2)。 gf=f·Uf/(Asurf/Af·hout) =(0.4×2.80)/(0.07/0.07×21) =0.0533.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； Sc - 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=Sc×0.87=0.350×0.87=0.3054.太阳能总透射比gt： gt=(Ag·gg+Af·gf)/At =(2.45×0.305+0.07×0.053)/2.52 =0.305.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/0.87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/0.87=0.30/0.87=0.34 0.34<=0.40 幕墙计算单元的遮阳系数满足要求！ 四、可见光投射比计算t 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 t=(Ag·v)/At式中： t - 幕墙计算单元的可见光透射比； 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)； v - 玻璃可见光透射比为0.766。 t=(Ag·v)/At =(2.45×0.766)/2.52 =0.75五、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=20 ； 室外环境温度 Tout=0 或 Tout=-10 或 Tout=-20 ； 室内相对湿度 RH=30% 或 RH=60%； 室外对流换热系数 hc,out=20 W/(m2.K) 室外风速 V=4 m/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=E0×10(a×t)/(b+t)式中： E0 - 空气温度为0时的饱和水蒸汽压，取E0=6.11 hPa； t - 空气温度 ()； a、b - 参数，对于水面（t>0），a=7.5，b237.3；对于冰面（t0），a=9.5，b265.5。3.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/6.11)-1) 注：lg(e/6.11)表示取以10为底，e/6.11的对数。式中： Td - 空气的结露点温度 ()； e - 空气的水蒸汽压 (hPa)； a、b - 参数，对于水面（t>0），a=7.5，b=237.3；对于冰面（t0），a=9.5，b=265.5。5.本计算所采用的计算条件： 室内环境温度 Tin=20.000 ； 室外环境温度 Tout=0.000 ； 室内相对湿度 f=50 %； a、b - 参数，对于水面（t>0），a=7.5，b237.3； E0=6.11 hPa。 Es=E0×10(a×t)/(b+t) =6.11×10(7.5×20.000)/(237.3+20.000) =6.11×100.583 =23.389 hPa e=f·Es =0.500×23.389 =11.695 hPa Td=b/(a/lg(e/6.11)-1) =237.3/(7.5/lg(11.695/6.11)-1) =9.27 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=20.000 室外环境温度 Tout=0.000 玻璃内表面换热系数 hbi=8.000 W/(m2.K) 玻璃外表面换热系数 hbe=21.000 W/(m2.K) 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=1.75 W/(m2.K) Ug·(Tin-Tout)=hbi·(Tin-Tpj) Tpj=Tin-(Tin-Tout)·Ug/hbi =20.000-(20.000-0.000)×1.75/8.000=15.63 因为Td=9.27 小于 室内玻璃表面温度Tpj=15.63 ；结露性能满足要求。 满足节能设计要求！