建筑幕墙热工性能估算报告
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》JGJ/T151-2008
相关计算和定义均按照ISO10077-1和ISO10077-2的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、玻璃幕墙定型产品的热工性能时，应统一采用本规程规定的标准计算条件进行计算。
2、在进行实际工程设计时，门窗、玻璃幕墙热工性能计算所采用的边界条件应符合相应建筑设计或节能设计标准的规定。
3、冬季计算标准条件应为：
室内空气温度：T in=20℃
室外空气温度：T out=-20℃
室内对流换热系数：h c,in=3.6 W/m2.K
室外对流换热系数：h c,out=16 W/m2.K
室内平均辐射温度：T rm,in =Tin
室外平均辐射温度：T rm,out =Tout
太阳辐射照度：I s=300 W/m2
4、夏季计算标准条件应为：
室内空气温度：T in=25℃
室外空气温度：T out=30℃
室内对流换热系数：h c,in=2.5 W/m2.K
室外对流换热系数：h c,out=16 W/m2.K
室内平均辐射温度：T rm,in =Tin
室外平均辐射温度：T rm,out =Tout
太阳辐射照度：I s=500 W/m2
5、传热系数计算应采用冬季计算标准条件，并取I s= 0 W/m2。计算门窗的传热系数时，门窗周边框的室外对流换热系数h c,out应取8W/(m2.k)，周边框附近的边缘(65mm内)的室外对流换热系数h c,out应取12W/(m2.k)
6、遮阳系数、太阳能总透射比计算应采用夏季计算标准条件。
7、结露性能评价与计算的标准计算条件应为：
室内环境温度：T in=20℃
室内环境湿度：RH=30%、60%
室外环境温度：T out=0℃，-10℃，-20℃
室外对流换热系数：20 W/m2.K
8、计算框的太阳能总透射比g f应使用下列边界条件
q in=α* Is
α：框表面太阳辐射吸收系数
I s：太阳辐射照度
q in：通过框传向室内的净热流（W/m2）
9、计算窗产品的热工性能时，框与墙的界面应作为绝热边界处理
10、幕墙截面的几何描述
应根据框截面、镶嵌板类型的不同将幕墙框节点进行分类，不同种类的框截面节点均应计算其传热系数及对应框和镶嵌面板接缝的线传热系数。
11、幕墙在进行热工计算时应进行如下面积划分：
框投影面积A f：指从室内、外两侧分别投影，得到的可视框投影面积中较大值，简称“框面积”；
玻璃投影面积A g(或其他镶嵌板的投影面积Ap)：指室内、外侧可见玻璃(或其他镶嵌板)边缘围合面积的较小值，简称“玻璃面积”(或“镶嵌板面积”)
幕墙总投影面积A t：指框面积A f与幕墙玻璃面积Ag(或其他镶嵌板的面积Ap)之和，简称“幕墙面积”。
12、幕墙玻璃(或其他镶嵌板)和框结合的线传热系数对应的边缘长度Lψ为框与面板的接缝长度，并应取室内、外接缝长度的较大值。
13、当所用的玻璃为单层玻璃，由于没有空气层的影响，不考虑线传热，线传热系数ψ=0。
14、本系统中给出的所有的数值全部是幕墙垂直安装的情况。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，按以下取值:
内表面换热系数：h in=8W/m2.k
外表面换热系数：h out=23W/m2.k
一、幕墙基本信息
地区类型:夏热冬冷地区
所在城市:南京
幕墙面积与墙面的面积比范围:窗墙面积比≤0.2
幕墙朝向:东、南、西向
幕墙型材厂家:伟业铝材
幕墙系列:120
幕墙类型:半隐框玻璃幕墙
幕墙分格尺寸:
分格宽度W(mm):950
分格高度H(mm):800
二、幕墙框传热系数U f计算
1、幕墙框料面积计算：
(1)幕墙框料面积计算示意图如下：
(2)该幕墙的窗料由以下截面组成：
序号幕墙框料
名称幕墙框料
类型
室内投影
面积
A fi(m2)
室内表面
面积
A di(m2)
室外投影
面积
A fe(m2)
室外表面
面积
A de(m2)
隔热桥对
应的铝合
金截面之
间的最小
距离dmm
1 幕墙框料
1 穿条式隔
热铝幕墙
框料
3 1
4 4 2
5 7.5
(4)幕墙框料室内总投影面积A fi(m2)
ΣA fi=3
=3
(5)幕墙框料室外总投影面积A fe(m2)
ΣA fe=4
=4
(6)幕墙框料总面积A f(m2)
A f=max(ΣA fi,ΣA fe)
=max(3,4)
=4
2、幕墙框料的传热系数计算(U f)：
可以通过输入数据，用二维有限元法进行数字计算，得到幕墙框料的传热系数。在没有详细的计算结果可以应用时，可以按以下方法得到窗的传热系数：
幕墙框料类型：穿条式隔热铝合金
(1)穿条式隔热的铝合金框，相对应金属框之的最小距离d(mm)，示意图：
注意：1)采用导热系数<=0.3(w/m.k)的隔热条
2)隔热条总宽度b1+b2+b3+b4<=0.2*bf(幕墙框料宽)
(2)穿条式隔热的铝合金框的U f0数值，根据“相对应金属框之间的最小距离d(mm)”，从下图的粗线中选取：
(3)幕墙框料传热系数计算：
1)<幕墙框料1>传热系数计算：
1.1)<幕墙框料1>隔热条相对应的金属框之间的最小距离d=7.5(mm)
从上图中查出U f0=3.588(W/m2.K)
1.2)<幕墙框料1>幕墙框料热阻R f计算：
R f=1/U f0 - 0.17
=1/3.588 - 0.17
=0.109(m2K/W)
1.3)<幕墙框料1>幕墙框料传热系数计算：
幕墙框料的室内投影面积：A f,i=3(平方米)
幕墙框料的室内表面面积：A d,i=14(平方米)
幕墙框料的室外投影面积：A f,e=4(平方米)
幕墙框料的室外表面面积：A d,e=25(平方米)
幕墙框料热阻：R f=0.109m2.K
内表面换热系数：h i =8W/m 2
.k
外表面换热系数：h e =23W/m 2
.k
U f =1/(A f,i /(h i *A d,i )+R f +A f,e /(h e *A d,e )) =1/(3/(8*14)+0.109+4/(23*25))
=7.006(W/m 2
.K) 幕墙各框料传热系数列表：
三、幕墙框料与玻璃边缘结合处的线传热系数计算(ψ)： 幕墙框料与玻璃边缘结合处的线传热系数(ψ)，主要描述了在幕墙框、玻璃和间隔层之间交互作用下的附加热传递。线性热传递系数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，可采用下表数据，来估算幕墙框料与玻璃结合处的线传导系数
ψ。 幕墙框料与单层玻璃边缘结合处的线传热系数很小，计算时默认为0。 注意：这些数据用来计算低辐射的中空玻璃，即：U g <=1.3W/(m .K)
(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(U g )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>的传热系数计算： 1)<玻璃板块1>基本信息：
玻璃板块面积：10(m 2
)： 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：12
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P r计算：
计算依据：P r=μ*С/λ
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-8
气体的动态粘度μ：0.00001711kg/(ms)
气体的比热С：1008J/(kg.K)
气体的热导率λ：0.02416W/(m.K)
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 表D.0.3
P r=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G r计算：
计算依据：G r=9.81*S3*ΔT*ρ2/(T m*μ2)
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-7
气体的动态粘度μ：0.00001711kg/(ms)
气体的密度ρ：1.277kg/m3
气体平均绝对温度T m：283K
气体的间隙前后玻璃表面的温度差ΔT：15K
气体的间隔层厚度s：0.012m
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 表D.0.3及C.0.5
G r=9.81*S3*ΔT*ρ2/(T m*μ2)
=9.81*0.0123*15*1.2772/(283*0.000017112)
=5004.945
4)<中空玻璃间隔层气体：空气>努塞尔准数N u计算：
计算依据：N u=A*(G r*P r)n
格尔晓夫准数G r：5004.945
普朗特准数P r：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；
(幕墙按垂直空间计算)
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-6
N u=A*(G r*P r)n
=0.035*(5004.945*0.714)0.38
=0.784
由于：N u=1<1
所以，努塞尔准数取1。即：N u=1
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-6
5)<中空玻璃间隔层气体：空气>气体导热系数h g计算：
计算依据：h g=N u*(λ/s)
努塞尔准数N u：1
气体的热导率λ：0.02416W/(m.K)
气体的间隔层厚度s：0.012m
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-5
h g=N u*(λ/s)
=1*(0.02416/0.012)
=2.013
6)<中空玻璃间隔层气体：空气>气体辐射导热系数h r计算：
计算依据：h r=4*σ*(1/ε1+1/ε2-1)-1*T m3
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T m下的校正发射率ε1、ε2：ε1：0.837
ε2：0.837
平均绝对温度T m：283K
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-4
h r=4*σ*(1/ε1+1/ε2-1)-1*T m3
=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>气体间隔层的导热率h s计算：
计算依据：h s=h g+h r
气体辐射导热系数h r：3.7
气体导热系数h g：2.013
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-3
h s=h g+h r
=2.013+3.7
=5.713
8)<玻璃板块1>多层玻璃系统的内部传热系数计算：
计算依据：1/h t=Σ1/h s+Σd m*r m
气体间隔层的导热率h s：5.713
第一层玻璃的厚度d m：0.005m
第二层玻璃的厚度d m：0.005m
玻璃的热阻r m：1m.K/W
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-2
1/h t=Σ1/h s+Σd m*r m
=1/5.713+0.005*1.0+0.005*1.0
=0.185
多层玻璃系统的内部传热系数h t=5.405
9)<玻璃板块1>玻璃传热系数计算：
计算依据：1/U=1/h e+1/h t+1/h i
玻璃的室外表面换热系数h e：23.0
玻璃的室内表面换热系数h i：8.0
多层玻璃系统的内部传热系数h t：5.405
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-1
1/U=1/h e+1/h t+1/h i
=1/23.0+1/5.405+1/8.0
=0.353
<玻璃板块1>的传热系数U g=2.833W/(m2.K)
五、幕墙整体传热系数计算(U t)：
1、幕墙面积计算(A t)：
A t=ΣA g+ΣA f
幕墙框料面积A f=4m2
玻璃面积：A g=10m2
A t=ΣA f+ΣA g
=4+10
=14
2、幕墙整体传热系数计算(U t)：
U t=(ΣA g*U g+ΣA f*U f+Σlψ*ψ)/A t
各玻璃块板的面积：A g(m2)
各玻璃块板的传热系数：U g(W/m2.K)
各幕墙框料的面积：A f(m2)
各幕墙框料的传热系数：U f(W/m2.K)
各玻璃块板与幕墙框料相结合边缘的周长：lψ(m)
各玻璃块板与幕墙框料相结合边缘的传热系数：ψ(W/m2.K)
U t=(ΣA g*U g+ΣA f*U f+Σlψ*ψ)/A t
=(4*7.006
+10*2.833
+40*0.06)/14
=4.197
该幕墙整体传热系数4.197<=该幕墙的允许的整体传热系数=4.7。该幕墙的整体传热性能满足要求。
六、太阳能透射比(g t)、遮阳系数(S c)计算：
太阳能透射比是指：通过幕墙构件成为室内得热量的太阳辐射，与投射到幕墙构件上的太阳辐射的比值。成为室内得热量的太阳辐射部分包括：直接的太阳能透射得热和被构件吸收的太阳辐射再经传热进入室内的得热。
1、幕墙框的太阳能透射比(g f)计算：
1)<幕墙框料1>的太阳能透射比(g f)计算：
幕墙框料表面太阳辐射吸收系数αf：0.4
幕墙框料的传热系数U f：7.006W/m2.K
幕墙框料的外表面积A surf：25m2
幕墙框料的外投影面积A f：4m2
幕墙框料的外表面换热系数h out：19W/m2.K
g f=αf*U f/(A surf/A f*h out)
=0.4*7.006/(25/4*19)
=0.024
2、太阳能总透射比(g t)计算：
各玻璃板块的面积：a g m2
各玻璃板块的太阳能透射比：g g
各幕墙框料外表面投影面积：a f m2
各幕墙框料的太阳能透射比：g f
g t=(ΣA f*g f+ΣA g*g g)/A t
=(4*0.024
+10*0.75)/14
=0.543
3、幕墙整体遮阳系数(S c)计算：
幕墙整体遮阳系数：幕墙整体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。
0.87是：标准3mm厚透明玻璃的太阳能总透射比理论值
S d=g t/0.87
=0.543/0.87
=0.624
七、可见光透射比(τt)计算：
标准光源透过幕墙构件成为室内的人眼可见光与投射到幕墙构件上的人眼可见光，采用人眼视见函数加权的比值。
各玻璃板块的面积：A g(m2)
幕墙总面积：A t(m2)
玻璃可见光透射比：τv
τt=(ΣA g*τv)/A t
=(10*0.71)/14
=0.507
八、结露计算：
标准计算条件：
室内环境温度T in=20℃
室外环境温度T out=0℃,-10℃,-20℃
室内环境湿度：RH=30%、60%
室外对流换热系数：20W/(m2.k)
1、室内空气的饱和水蒸汽压(E s)计算：
空气温度为0℃时的饱和水蒸汽压E0为：6.11HPa
室内环境温度t为：20℃
当t>0℃时，a、b参数分别取：a=7.5，b=237.3
E s=E0*10(a*t/(b+t))
=6.11*10(7.5*20/(237.3+20))
=23.389
2、在相对湿度f=0.3下，空气的水蒸汽压(e)的计算：
空气相对湿度f为：0.3
室内空气的饱和水蒸汽压(E s)：23.389
e=f*E s
=0.3*23.389
=7.017
3、空气结露点温度(T d)计算：
在相对湿度f=0.3下，空气的水蒸汽压e：7.017
室内空气的水蒸汽压(E)：7.017
当t>0℃时，a、b参数分别取：a=7.5，b=237.3
T d=b/(a/lg(e/6.11)-1)
注意：lg(e/6.11)为以10为底的自然对数
=237.3/(7.5/lg(7.017/6.11)-1)
=1.917
4、室内玻璃表面温度(T pj)计算：
1)玻璃板块：<玻璃板块1>的室内表面温度(T pj)计算：
室内环境温度T in：20
室外环境温度T out：-10
玻璃传热系数U g：2.833
玻璃室内表面换热系数h bi：8
T pj=T in-(T in-T out)*U g/h bi
=20-(20+10)*2.833/8
=9.376
空气结露点温度 1.917℃<=该玻璃板块的玻璃表面温度T pj==9.376℃。该玻璃板块不结露。