幕墙热工计算规程

1 总则1.0.1 在建筑围护结构的节能中，建筑门窗、玻璃幕墙的能耗均比较大，是节能的重点之一。已经颁布的公共建筑节能设计标准，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均对门窗的性能提出了明确的要求。由于我国一直没有门窗的热工计算规程，所以在实际工程中，门窗的传热系数都是由实验室测试得到的。即使这样， 由于测试的条件并不是实际工程所在的环境条件，测试的数据由于实际工程也是不正确的。而且，由于实际工程的窗 的大小、分格往往与测试样品的不一致，所以传热系数也不一样，也没有办法由测试数据进行修正。要在建筑门窗和幕墙工程中贯彻执行国家的建筑节能标准，只有测试方法是不够的。而且，随着南方节能标准的出台， 遮阳系数成为非常重要的指标，而遮阳系数很难用实验室进行测试，这样，实验室的测试更加无法满足广大工程的节 能设计需要。本规程的编制，规定了门窗和玻璃幕墙的传热系数、遮阳系数、可见光透射比的热工计算的有关方法，并给出了详细 的计算公式，这对于门窗幕墙工程的节能设计将非常方便。一来，产品设计过程中不需要实际产品生产出来，也不需 要进行大量的物理测试，仅仅由电脑模拟计算就可以预知产品的性能，这将大大加快了产品设计的速度。对于建筑节 能工程设计，选择、设计门窗或者幕墙都很方便了。可以预先进行玻璃、型材、配件的选择，选择的范围可以很宽， 速度也可以大大加快。1.0.2 本规程主要以平整的玻璃门窗和玻璃幕墙为计算对象，适当地增加一些非透明的面板也可以采用本规程的方法 计算。对于复杂的建筑幕墙、门，本标准将不完全适用。而且，本规程也只能适用于门窗和玻璃幕墙自身的计算，并 不能计算门窗、玻璃幕墙与周边墙体复杂的连接边界。1.0.3 本规程以下列标准为参照标准：ISO 15099 Thermal performance of windows, doors and shading devices Detailed calculations；ISO 100771: Thermal performance of windows, doors and shutters Calculation of thermal transmittance Part 1:Simplified method；ISO 100772: Thermal performance of windows, doors and shutters Calculation of thermal transmittance Part 2:Numerical method for frames；ISO 10211-1: Thermal bridges in building construction Heat flow and surface temperatures, Part 1. General calculation methods；ISO 10292: Glass in building Calculation of steady state U-values ( thermal transmittance ) of multiple glazing；ISO 9050 Glass in building Determination of light transmittance, solar direct transmittance, total solar energy transmittance, ultraviolet transmittance and related glazing factors。1.0.4门窗的热惰性不大，因而采用稳态的方法进行有关计算。这在ISO系列标准和各个发达国家的相关标准中均是 如此。例如 ISO10077-1、ISO10077-2、ISO15099 等等。空气渗透会影响门窗和幕墙的传热和抗结露的性能。由于空气渗透与门窗的质量有关，一般在计算中很难知道渗漏的 部位，因而传热的计算不可能考虑空气渗透的影响。空气渗透的影响必须另外考虑。1.0.5 本规程规定了计算门窗和玻璃幕墙节能指标的标准计算条件，但这些条件并不能反映工程的实际情况，因而实 际工程并不能使用标准计算条件。实际的工程节能设计标准中都会规定室内计算条件，室外计算条件可以通过当地的 建筑气象数据来确定。1.0.6 本规程给出了部分建筑门窗、玻璃幕墙计算所用的材料热工参数，但这些参数如果与其它强制性的标准不符， 应采用强制性标准中的参数。实际工程中所使用的材料热工参数如果与本规程没有冲突，可以使用本规程的数据。对 于本规程没有列入的材料，应该进行测试，得到实际的数据。2 术语、符号2.1 术语本规程所列出的术语是本规程所特有的。给出的术语尽可能考虑了与其它标准的一致性。但也可能与其它标准不一致 应用时应该注意。每个术语均给出了英文翻译，但该翻译不一定与国际上的标准术语一致，谨供参考。2.2 符号本规程的符号采用 ISO 系列标准的符号，与我国的标准所采用的符号可能不一致，采用时应以其物理意义进行对应。3 基本规定3.1 计算环境边界条件3.1.13.1.2 本规程规定了计算门窗和玻璃幕墙节能指标的标准计算条件，但这些条件并不能在实际工程使用， 仅仅用于建筑门窗、玻璃幕墙产品的设计、评价。实际的工程节能设计标准中都会规定室内计算条件，室外计算条件可以通过当地的建筑气象数据来确定。3.1.43.1.7规定了用于建筑门窗、玻璃幕墙产品的设计、评价的标准计算条件。这些条件是参照ISO15099确定 的。其中，夏季室外的外表面换热系数适当增大，取 16 W/m2.K 。计算传热系数之所以采用冬季计算标准条件，并取Is= 0 W/m2,主要是因为传热系数主要是对于冬季节能计算 很重要。夏季虽然说传热系数与冬季不同，但传热系数随着条件的变化不是很大，对夏季的节能和负荷计算所 带来的影响也不大。计算遮阳系数、太阳能总透射比采用夏季计算标准条件，并取Tout=25C，这样规定是因为遮阳系数对于夏季节能和空调负荷的计算是非常重要的。冬季的遮阳系数的不同所带来的变化也不大。以上这样规定与美国NFRC的规定也是类似的，与欧洲标准的规定更加接近。3.1.8 抗结露性能计算的条件参照了美国 NFRC 的计算标准。3.1.10 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作为绝热边界 条件处理，主要是为了计算上的简单化。3.2 对流换热计算本节等同于ISO15099的计算方法，所采用的公式均与ISO15099相同。在写法和格式方面符合工程建设标准的 规定。本节主要规定了窗和幕墙室内和室外表面对流换热计算的有关方法和具体公式。这些公式主要用于实际工程的设计、计算。设计或评价建筑门窗、玻璃幕墙定型产品的热工参数时，门窗或幕墙室内、外表面的对流换热系 数应符合 3.1 节的规定。3.3 长波辐射换热本节参照采用ISO15099的计算方法和计算公式。产品的辐射换热系数参考了欧洲标准和ISO10292。3.4 综合对流和辐射换热本节等同于ISO15099的计算方法，所采用的公式均与ISO15099相同。4 玻璃光学热工性能4.1 单层玻璃的光学热工性能计算本节单层玻璃的计算完全按照ISO9050计算。其中4.1.7条“遮阳系数”为增加条款，这主要是因为遮阳系数是我国空调规范已经习用的参数。如果这里不规定遮阳系数，最终要使用的遮阳系数将无法确定。在计算遮阳系数时，规定标准的3mm透明玻璃的太阳能总透射比为0.87，这主要是为了与国际上通用的数据接轨,使得我国的玻璃遮阳系数与国际上惯用的遮阳系数一致，不至于在工程中引起混淆。4.2 多层玻璃的光学热工性能计算多层玻璃的光学性能计算计算是按照 ISO15099 的通用方法来进行计算的。这一方法也可以适用于多层窗、多层幕墙等的光学性能计算。只是计算时将窗、幕墙、遮阳装置按照玻璃来对待。4.3 玻璃区域的热传递本节按照ISO15099给出的计算方法和公式。本节规定了气体间层的热平衡方程，给出了对流换热和辐射换热两方面的计算，并且给出了混合气体的气体间层对流换热计算。4.4 玻璃系统的热工参数计算本节主要参考ISO15099给出了玻璃系统热工参数的计算方法。本节给出了玻璃系统的总热阻和传热系数的计算方法, 太阳能总透射比和遮阳系数的计算方法。5 框的传热计算5.1 一般规定框的计算方法及有关定义均按照IS010077-1和IS010077-2的方法及定义。5.2框的传热系数和框与面板接缝的线传热系数框的传热系数和框与面板接缝的线传热系数采用了 ISO10077 的方法。5.3 传热控制方程本节的有关规定采用了 ISO15099的有关规定。热桥的计算采用了平均的等效传热系数，这对于计算传热系数是合适的。如果计算结露性能，可能会有些不同，但一般影响不大。5.4 玻璃空气间层的传热玻璃空气层采用等效导热系数来代替空气层，这主要是为了统一计算，方便编程。5.5 封闭空腔的传热本节按照ISO15099给出的计算方法和公式。5.6 敞口的空腔、槽的传热本节按照ISO15099给出的计算方法和公式。5.7 框的太阳能总透射比计算本节按照ISO15099给出的计算方法和公式。6 空气层传热计算6.1 热平衡方程本节按照 ISO15099 给出的计算方法和公式。6.2 通风间层的空气温度计算本节按照 ISO15099 给出的计算方法和公式。6.3通风间层的气流和速度本节规定的气流量和速度的关系，给出的是一个平均效果。这样处理对于传热计算是一个平均的效果，应用于 6.2 节是比较合适的，符合 6.2的计算模型条件。空气层的气流量的计算是一个复杂的问题。强制通风可以比较准确的预知空气的流量，但自然条件下的对流、烟囱 效应对流等均比较复杂。在各种情况下，进、出口的阻力和通风间层的阻力都是未知数，很难估计。对于这些复杂的 情况，采用数字流体模拟计算软件进行分析是一个可行的途径7 整窗热工性能计算7.1 一般规定本节的有关规定主要参照 ISO10077 的有关规定进行相应的规定。7.1.1 关于整窗传热系数、遮阳系数、可见光总透射比计算方法说明。一个窗户有多个组成部分，窗框、玻璃等部分 的传热过程光学性能各不一样，在计算整窗的传热系数、遮阳系数以及可见光透射比时应采用各部分按面积加权平均。 各计算公式见7.3节7.5节。7.1.2 关于窗户边缘（或者不透明板）与窗框组合传热效应所产生的附加传热传热系数计算规定。窗框与玻璃结合处的线传热系数肖主要描述了在窗框、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 热系数肖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，可采用附表D.0.3估算窗框与玻璃结合处的线 传热系数屮。7.1.3关于窗框的传热系数、太阳能总透过率的计算方法规定7.1.4关于窗户玻璃中央区域传热系数、太阳能总透过率、可见光透射比的计算方法规定。7.2整窗的几何描述本节的有关规定采用IS010077的相应规定。图7.2.1窗的几何分段7.2.1 关于计算窗框传热系数时对窗框分段处理以及边界条件处理方法。每条窗框的传热系数按第5章规定进行计算。在两条框相交处的传热不予作三维传热现象考虑，简化为其中的一条 框来处理，且忽略建筑与窗框的热桥效应，即窗框与墙相接边界做绝热处理。如图7.2.1所示的窗，应计算1-1、2-2、3-3、4-4、5-5、6-6六个框段的框传热系数和对应的框和玻璃接缝线传热系 数。两条框相交部分简化为其中的一条框来处理。计算1-1、2-2、4-4截面的二维传热时，与墙面相接的边界作为绝热边界处理。计算3-3、5-5、6-6截面的二维传热时，与相邻框相接的边界作为绝热边界处理。如图7.2.2所示的推拉窗，应计算1-1、2-2、3-3、4-4、5-5五个框的框传热系数和对应的框和玻璃接缝线传热系数。 两扇窗框叠加部分5-5作为一个截面进行计算。3-3 H图7.2.2推拉窗几何分段一个框两边均有玻璃的情况，应该从框中间剖开，按照两个框计算，两个框之间接触面作为绝热边界条件。如图7.2.3 所示窗框两边均有玻璃，从框中间剖开形成两个断面1-1、2-2，分别计算框1-1和2-2的传热系数和线传热系数，虚 线所示的面为绝热边界面。c17C10J图7.2.3窗橫隔几何分段7.2.2关于窗户各部分面积划分规定。参照条文7.2.2窗各部件面积划分示图，注意区分窗框的内外表面暴露部分面积和投影面积。内部暴露框面积是框 与室内空气接触的面积，为图中和部分；外部暴露框面积是框与室外空气接触框的面积，为图中部分。内外 两侧凸出的框的投影面积是指投影到平行于玻璃板面的框的面积。7.2.3关于玻璃区域周长取值方法7.3整窗传热系数计算本节的有关规定采用IS010077的相应规定。7.3.1整窗传热系数计算公式该计算式为单层窗整窗传热系数计算公式。按7.1.1规定，采用面积加权平均的计算方法计算整窗的传热系数。当 所用的玻璃为单层玻璃，由于没有空间层的影响，不考虑线传热，线传热系数丫=0。关于多层窗计算可参考IS010077 相关标准。7.4 遮阳系数计算本节的有关计算采用 ISO15099 的计算方法。遮阳系数的计算采用了4.1 节的基本计算公式。7.4.1 整整体门窗太阳能总透射比计算公式按 7.1.1 规定，采用面积加权平均的计算方法计算整体门窗的太阳能总透射比。玻璃区域太阳能透射比计算参考 4.1 节，窗框的太阳能透射比计算方法参考 5.7 节。7.4.2 整窗遮阳系数计算公式在计算遮阳系数时，规定标准的3mm透明玻璃的太阳能总透射比为0.87，这主要是为了与国际上通用的数据接轨, 使得我国的玻璃遮阳系数与国际上惯用的遮阳系数一致，不至于在工程中引起混淆。7.5 可见光透射比计算本节的有关计算采用 ISO15099 的计算方法。7.5.1整窗可见光透射比计算公式采用面积加权平均的计算方法计算整体门窗的可见光透射比。窗框部分透光比为0， 所以在进行面积加权平均时，只考虑玻璃部分。8 建筑幕墙热工计算8.1 一般规定本节的有关规定主要参照IS010077的有关规定进行相应的规定。本章的有关计算只是适用于只有幕墙作为围护结构的幕墙的热工计算。对于幕墙内侧有窗间墙的幕墙，窗间墙部分的热工计算比较复杂。在这种情况下，可以将幕墙和窗间墙中间 的空气间层按照第6 章进行计算，把墙体作为一层非透明的板。8.2 幕墙的几何描述本节的有关规定主要参考欧洲标准prEN13947的有关规定。8.3 传热系数计算本节的有关计算主要采用IS010077的计算方法。8.4 遮阳系数计算本节的有关计算采用ISO15099的计算方法。遮阳系数的计算也采用了 4.1节的基本计算公式。8.5 可见光透射比计算本节的有关计算采用ISO15099的计算方法。9 遮阳系统计算9.1 一般规定9.2 遮阳装置的光学性能9.3 百页类遮阳装置的性能计算9.4遮阳装置与门窗或幕墙系统组合的简化计算9.5 遮阳装置与门窗或幕墙系统组合的详细计算10 结露性能10.1 一般规定10.2 露点温度的计算10.2饱和水汽压的计算采用Magnus公式。相对湿度的定义采用我国的定义:xlOO%式中：e水汽压，hPa；esw水面饱和水汽压，hPa；露点温度，即对于一定质量、温度T、相对湿度为f的湿空气，维持汽压P不变，冷却降温达到对水面饱和时的温 度。参考文献：1刘树华编著.环境物理学.北京：化学工业出版社，200410.3结露的计算与评价文档可能无法思考全面，请浏览后下载，另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意