广州西塔节能计算

广州天河城西城楼幕墙工程节能计算一)、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DBJ 01-602-2004民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)玻璃幕墙光学性能JGJ26-95GB/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建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程 意见稿GB/T 2680-94建标 2004-66 号文(二)、计算中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 (入)：标准太阳辐射光谱函数(ISO 9845-1)；D (入)：标准光源光谱函数(CIE D65, ISO 10526)；R(入)：视见函数(ISO/CIE 10527)；(2) 冬季计算标准条件应为：室内环境计算温度：T =20C；in室外环境计算温度： T =0C；out内表面对流换热系数：h =3.6W/(m2 K)；c外表面对流换热系数：h =23W/(m2 K)；e室外平均辐射温度： T =Trm out太阳辐射照度： I=300W/m2；s(3) 夏季计算标准条件应为：室内环境温度： T =25C；in室外环境温度：T =30C；out内表面对流换热系数：h=2.5W/(m2 K)；c外表面对流换热系数：h =19W/(m2 K)；e室外平均辐射温度： T =T ；rm out太阳辐射照度： I=500W/m2；s(4) 考虑广州市的实际天气情况，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： T =20C；in室外环境温度： T =7C；out内表面对流换热系数：h =8W/(m2 K)；c外表面对流换热系数：h =23W/(m2 K)；e2. 最新规范公共建筑节能设计标准的部分规定： 因为广州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 4.2.25 中查得。如下：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/(m2K)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)单一朝向外窗窗墙面积比0.2 6.5(包括透明幕0.2 V窗墙面积比0.3 4.7 0.50/0.60墙）0.3 V窗墙面积比0.4 3.5 0.45/0.550.4 V窗墙面积比0.5 3.0 0.40/0.500.5 V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,遮阳系数二玻璃的遮阳系数外遮阳的遮阳系数；无外遮阳时， 遮阳系数二玻璃的遮阳系数。各朝向外窗（包括透明幕墙）的窗墙比在 0.5 到 0.7 之间 故查表得：传热系数的限值为3.0 W/（m2K） 遮阳系数的限值为 0.35，北向为 0.45。（三）、传热系数计算采用的玻璃配置为8mmLowe+12A+8mm镀膜钢化玻璃。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：ID:1Name:Single ClearTilt:90.0Glazings: 2KEFF:0.0315Width:23.320Uvalue:1.76SHGCc:0.26SCc:0.30Vtc:0.22RHG:201.34Glass and Gas Data for Glazing System 1 Single ClearID NameD(mm) Tsol 1 Rsol 2 Tvis 1 Rvis 2 Tir 1 Emis 2 KeffOutside6047FVE140.VIR # 8.0 .253 .261 .244 .406 .141 .139 .000 .090 .840 1.00 1 Air12.0 .0326156FE1-55-6.VIR # 8.0 .337 .239 .204 .525 .101 .091 .000 .092 .840 1.00 InsideEnvironmental Conditions: 1 NFRC 100-2001Tout(C)Tin(C)WndSpd(m/s)Wnd DirSolar(W/m2)Tsky(C)EskyUvalue-18.021.05.50Windward0.0-18.01.00Solar32.024.02.80Windward783.032.01.00OpticalProperties forGlazingSystem 1 Single ClearAngle01020 30405060 7080 90 HemisVtc :0.217 0.219 0.213 0.2070.200 0.187 0.159 0.1100.048 0.000 0.174Rf : 0.158 0.150 0.148 0.151 0.161 0.179 0.212 0.297 0.515 0.999 0.203Rb : 0.130 0.121 0.118 0.121 0.133 0.152 0.186 0.273 0.499 0.999 0.176Tsol :0.1090.1100.1070.1040.1000.0940.0800.0550.0250.0000.087Rf :0.2720.2650.2630.2660.2750.2890.3170.3890.5770.9990.308Rb :0.2290.2210.2190.2210.2310.2470.2760.3510.5510.9990.267Abs1 :0.5090.5120.5170.5180.5150.5110.5040.4750.3530.0010.494Abs2 :0.1110.1130.1130.1120.1100.1060.0990.0810.0460.0000.100SHGCc:0.2570.2600.2580.2550.2490.2390.2190.1760.1020.0000.226Tdw-K : 0.070Tdw-ISO: 0.136Tuv : 0.030Temperature Distribution (degrees C)WinterSummerOut InOut InLay1-15.4-15.054.355.2Lay211.111.440.439.9故玻璃中心处的传热系数约为1.76 W/(m2K)窗框的传热系数，可以按以下方法得到：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h =8.0 W/m2 K和外表面换热系数inh =23 W/m2 K。oKt带热断桥的金属窗框的传热系数值金属窗框Rf的热阻通过下式获得:R =丄-0.17fKf0金属窗框K的传热系数公式为：ff，i + R +f，eh A f h Ai d ,ie d ,e截面类型1 （采用导热系数低于0.3W/m.K的隔热条）h窗框的内表面换热系数，W/m2K；ih 窗框的外表面换热系数， W/m2KeR 窗框截面的热阻（隔热条的导热系数为0.20.3W/m.K）, mzK/W。 fd热断桥对应的铝合金截面之间的最小距离；b热断桥j的宽度; jb 窗框的宽度。fno?毎T聊截面类型2 （采用导热系数低于0.2W/m.K的泡沫材料） 其中：d热断桥对应的铝合金截面之间的最小距离；bj热断桥的宽度j；bf窗框的宽度。窗框与玻璃结合处的线传热系数屮，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屮主要受间隔层材料传导率的影响。可采用下表估 算窗框与玻璃结合处的线传热系数屮:铝合金、钢(不包括不锈钢)中空玻璃的线传热系数屮窗框材料双层或者三层未镀膜 充气或者不充气中空玻璃屮(W/m.K)双层Low-E镀膜三层米用两片Low-E镀膜 充气或者不充气中空玻璃屮(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，Kg=1.3W/(m2.K),以及更低传热系数的中空玻璃。本工程幕墙设计采用铝型材典型节点如下：节点1：节点2：节点3：对于节点 1，通过近似计算，查表可得K=3.8W/(m2 K)；f屮=0.06W/m K对于节点 2，通过近似计算，查表可得K=3.7W/(m2 K)；f屮=0.06W/m K对于节点 3，通过近似计算，查表可得K=3.5W/(m2 K)；f屮=0.08W/m K取如下图所示的计算单元整体传热系数按下式进行加权平均计算K=(Z A K+工 A K+Z l 屮)/Aggff屮在上面的公式中：K：计算后的K值；A ：玻璃总面积；gK :玻璃板的K值；gA ：金属框总面积；fK :金属框的K值；fl ：玻璃区域的总周长；屮屮：线传热系数；A：幕墙总面积；在本工程中，对1个幕墙计算单元，统计可得A =6.12m2gA =0.72m2f1A =0.18m2f2A =0.18m2f3l =17. 929m屮由此可得到玻璃幕墙的整体平均传热系数为K =(Z A K+Z A K+Z l 屮)/Aggff屮= (6.12X 1.62 + 0.72X3.8 + 0.18X3.7 + 0.18X3.5 + 17.929X0.08) /7.2 = 2.1 W/m2K按规范公共建筑节能设计标准 GB50189-2005 的要求，传热系数的限值为 3.0W/(m2K)。2.1 W/(m2K) 1 时，取 PF = 1 ；A遮阳板外挑长度(图1.51)；B遮阳板根部到窗对边距离(图1.5-1)。遮阳板的外遮阳系数的乘积。SD = SD XSDout H VSD ：水平遮阳板外遮阳系数HSD ：垂直遮阳板外遮阳系数V表1.51 水平和垂直外遮阳计算系数气候医遽阳装置计算系数东南西南西西北北东北水平ak0.350.530.630.370.350.350.290.52寒冷遮阳板bk-0.76-0.95-0.99-Q.63-0.7S-0.66J.54-0.92地区垂直Ov0.320.390.430.440.310.420.470.41遮阳板h-0.3-0.75-0.73-Q25-0.61-0.83恥9-0.79水平Ctk0.350.480.470.360.360.360.300.4S夏热东诬阳板加-0.75-0.33-0.79-Q.63-0.76-0.63-Q.52-0.83冷地区垂直0.320.420.420.420.330.410.440.43遮阳板bv-0.65-0.30-0.30砒2-0.66-0.82J.34-0.83水平0.350.420.410.360.360.360.320.43夏热东遮阳板-0.73-0.75-0.720A7-0.72-0.69恥1-0.73暖地区垂直0.340.420.410.410.360.400.320.43诬阳板-0.68-0.31-0.72砒2-0.72-0.81J.61-0.83注：苴他朝向的计算系数按上表中盘接近的朝向选取口本工程窗的相关参数为：A = 0.35m, B = 3.6m, a =0.41, b =0.72,（本处仅校 hh核南向）故 PF=A/B=0.35/3.6=0.097SD 二 a PF2 + b PF +1 =0.41X0.0972 0.72X0.097+1H h h=0.934即外遮阳系数约为 0.934根据公共建筑节能设计标准的规定:有外遮阳时，遮阳系数=玻璃的遮阳系数X外 遮阳的遮阳系数。即SC= SD XSC。out g则 SC= SD X SCout g=0.934X 0.3=0.280.35 事实上,外露钢结构构件也有一定的遮阳功能,可考虑进外遮阳系数中。则遮阳系数 的真实值还将小于此值。故符合公共建筑节能设计标准的要求。二、铝板幕墙传热系数计算该处铝板幕墙使用3mm铝单板，背衬厚度为50mm的保温棉。典型节点如下:根据节点可构造出如下所示的模型示意图：室外室内苦导I翌（对流换热）（对流换热夹亘空可辐射佚热对流换热则计算模型如下：h1outR为铝板内表面与墙体外表面之间的空间的热阻，R为墙体的传导热阻，为墙体内2 3 hin表面与室内空气的表面换热热阻。其中， R 是由铝板内表面与墙体表面之间的对流换热2热阻 R 以及辐射换热热阻 R 并联而成的。 cr如下图则夹层空间综合对流与辐射换热系数为：h 二 h + hrch 为表面对流换热系数ch 为表面辐射换热系数r故 R = 1 =12 h h + hrc因此，铝板幕墙的总传热阻为111R =+ R + R +h1 h + h 3hout r c in在本工程中，前面已提到，边界条件设定如下：T 二 25 CinT = 1Couth =23W (m2k)，则丄=0.043(m2k).；Wouthouth =8W (m2k)，则丄=0.125(m2k)：W加hin铝板的导热系数很大，故其对幕墙总热阻的贡献可以忽略不计。矿棉保温层的导热系数为0.048 W/mK，厚度为50mm，修正系数取a =1.3,则传热阻为1.35 (m2k)：W，即R=1.351墙体取150mm厚，取九=1.74 W/mKA故 R = = 0.15 = 0.086 (m2 k W3 九 1.74A在ISO 15099中，夹层空腔的对流换热系数算法如下：对于不通风空腔，热平衡方程如下：q 二 h (T - T )c,i c ,i f ,i b, j+1现在将热交换分离为两部分，空腔的空气平均温度作为变量。如下图：Paneor shadingh打Pane or shading则热平衡方程变为，q 二 2h (T - T )二 q二 2h (T - T )c, f,ic,i f,i gap,ic,b,i+1c,i gap,i b,i+1式中：q :为从一表面到空腔的对流换热热流密度，Wm2 ； c, f ,iq:为从空腔到另一表面的对流换热热流密度，Wm2 ；c,b,i+1h :为不通风空腔表面到表面的对流换热系数， W m2 - K；c ,iT :为空腔i中空气当量平均温度，C；gap,iT :层面i (玻璃、薄膜或遮阳)面向空腔的温度，C；f,iT :层面i +1 (玻璃、薄膜或遮阳)面向空腔的温度，C。b,i+1以上所列的为对充气空腔中对流换热过程所做的模型假设。充气空腔的对流换热系数由无量纲的努赛尔数Nu确定：i九Ih 二 Nu I I c丿収式中d为充气空腔i （或玻璃间层）的厚度，九 为所充气体的导热系数, g,ig ,i通过倾斜空气层传热的实验结果所计算的值，Nu为雷利数Ra、空腔高厚比Aijg倾角0的函数。雷利数Rayleigh可表示为（为了方便去掉角注“i”和“g”）：Nu 为i和空腔p 2d 3 gpc ATRa 二p（无量纲 ）将填充气体作理想气体处理，气体热膨胀系数0为:10 =Tm式中T为填充气体的平均温度（K）m第i层 充气空腔的高厚比为：g ,i dg,i式中 H 为充气空腔顶到底的距离，通常和窗的透光区高度相同。对于垂直空腔：Nu = Nu , Nu 1 2 maxNu = 0.0673838Ra 13 1Nu = 0.028154Ra0.41345X104 Ra1049.17，故 Nu, Nu11 c+ 2 +hotcoldrr l)212L (L JLV1V1v4q T 3ave13.74maxh = Nu | 乂 I =13.74X0.0248/0.15=2.272 W (m2k) c丿iL dg即 h =2.272 W(m 2 k)ISO 15099提供的气体间层两侧玻璃的辐射换热系数hr的算法如下:辐射换热系数h应按下式计算:r中:T + TT = coldho， 平均绝对温度；ave 2L 为垂直方向的最大空腔尺寸； vL 为水平方向的最大空腔尺寸； hO为斯蒂芬-波尔兹曼常数;8coldhot分别为气体间层两侧的幕墙表面在平均绝对温度T下的半球发射率;ave上式假设辐射热流为水平方向，如果热流方向为垂直方向，则将高厚比倒过来，即L / L 。 vh在本工程的计算中，该式可简化为4b T 3h =aver11-+ -188cold hot铝板内表面的半球发射率取为 hot =0.9，墙体外表面的半球发射率为 cold =0. 9T + Tcold hot2O =5.67X10-8W(m2 -K4), T 二ave= 283.65Kr4bT388cold hot= 4.235 W(m 2 k)故h = h + h =2.272 + 4.235 = 6.507W (m2k)rc1 1R = =0.154 (m2 k )/W2 h h + hrc由式、可知，铝板幕墙的总热阻为111R =+ R + R +h1 h + h 3 houtr cin=0.043+1.35+0.154+0.086+0.125 =1.7581 (m2 k ).；W则1K= =0.568 W (m2k)R广州位于夏热冬暖地区，外墙(包括非透明幕墙)的传热系数限值为1.5 W (m2k)。0.568W (m2k) W1.5 W (m2k)，故满足公共建筑节能设计标准的规定。北京江河幕墙股份有限公司2007年8月18日