热工计算汇总.doc

嘉里建设广场二期幕墙工程 11. 热工计算11. 热工计算11. 热工计算11.1. 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 意见稿 建标2004-66号 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/T2680-9411.2. 计算中采用的部分条件参数及规定11.2.1. 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 意见稿采用11.2.1.1. 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()：标准光源光谱函数(CIE D65，ISO 10526)； R()：视见函数(ISO/CIE 10527)；11.2.1.2. 冬季计算标准条件应为： 室内环境计算温度：Tin=20； 室外环境计算温度：Tout=0； 内表面对流换热系数：hc=3.6W/(m2K)； 外表面对流换热系数：he=23W/(m2K)； 室外平均辐射温度：Trm=Tout 太阳辐射照度：Is=300W/m2；11.2.1.3. 夏季计算标准条件应为： 室内环境温度：Tin=25； 室外环境温度：Tout=30； 内表面对流换热系数：hc=2.5W/(m2K)； 外表面对流换热系数：he=19W/(m2K)； 室外平均辐射温度：Trm=Tout； 太阳辐射照度：Is=500W/m2；11.2.1.4. 计算传热系数应采用冬季计算标准条件，并取Is=0W/m2；11.2.1.5. 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；11.2.1.6. 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=-10或Tout=-20 室内相对湿度：RH=30%或RH=50%或RH=70%； 室外风速：V=4m/s；11.2.1.7. 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=500W/m2；11.2.2. 最新规范公共建筑节能设计标准的部分规定 11.2.2.1. 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11.2.2.2. 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/ (m2K)0.3体型系数0.4传热系数KW/ (m2K)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/(m2K)0.3体型系数0.4传热系数KW/(m2K)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/(m2K)0.3体型系数0.4传热系数KW/(m2K)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/(m2K)遮阳系数SC(东、南、西向/北向)传热系数KW/(m2K)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KW/(m2K)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/(m2K)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KW/(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/(m2K)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。11.3. 明框玻璃幕墙热工计算11.3.1. 幕墙结构基本参数11.3.1.1. 地区参数深圳，地区类别属于夏热冬暖地区；11.3.1.2. 建筑参数建筑物长度：47m； 建筑物宽度：86.4m； 建筑物高度：200m； 建筑物朝向：北（东、南、西）； 建筑物体型系数：0.071； 建筑物窗墙比：北：0.521；东：0.521；南：0.521；西：0.521；11.3.1.3. 环境参数建筑物采用空气调节系统：11.3.1.4. 单元参数中空玻璃：10+12(中空层)+8mm 玻璃组成：外片；普通玻璃10mm； 内片：普通玻璃8mm； 中空层：12mm，充空气； 幕墙的总面积：A=3.45m2； 幕墙玻璃的总面积：Ag=3.092m2； 幕墙框的总面积：Af=0.3584m2； 幕墙框的总表面面积：Asurf=0.9678m2；玻璃区域的总周长：l=7.212m；11.3.2. 玻璃的传热系数K值的计算玻璃传热分析简图如下：11.3.2.1. 计算基础及依据计算玻璃的传热系数K值，主要是依据建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2003进行的，该规程附录C给出了计算的详细方法。 K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。K值的单位是W/(m2K)。 计算采用的基本计算公式是： 1/K=1/he+1/ht+1/hi C.0.2-1JGJ113-2003在上面的公式中： he ：玻璃的室外表面换热系数； hi ：玻璃的室内表面换热系数； ht：多层玻璃系统内部传热系数；11.3.2.2. 室外表面换热系数室外表面换热系数he是玻璃附近风速的函数，可用下式近似表达： he=10.0+4.1 C.0.4-1JGJ113-2003式中: ：风速(m/s)； 在比较K值时，冬季时he可选取等于23W/(m2K)。 夏季时he可选取等于19W/(m2K)。11.3.2.3. 室内表面换热系数室内表面换热系数hi可用下式表达： hi=hr+hc C.0.4-2JGJ113-2003上式中hr是辐射导热，hc是对流导热。 普通玻璃表面的辐射导热率是4.4W/(m2K)，如果内表面校正发射率比较低，则辐射导热率由下式给出： hr=4.4/0.837 C.0.4-3JGJ113-2003这里是镀膜表面的校正发射率(0.837是清洁的、未镀膜玻璃的校正发射率)。 本处玻璃表面是普通玻璃，按上面的约定，其取值为0.837，带入，得： hr=4.4/0.837 =4.40.837/0.837 =4.4W/(m2K)对于自由对流而言，hc的值冬季取是3.6W/(m2K)，夏季取2.5W/(m2K)。对于通常情况下的普通垂直玻璃表面和自由对流：冬季： hi=hr+hc =4.4+3.6 =8W/(m2K)夏季： hi=hr+hc =4.4+2.5 =6.9W/(m2K)11.3.2.4. 多层玻璃系统内部传热系数(1)总体计算公式： 1/ht=1/hs+dmrm(s=1-N,m=1-M) C.0.2-2参JGJ113-2003 hs：气体空隙的导热率； N：气体层的数量，此处为1； dm：每一个材料层的的厚度； rm：每一个材料层的热阻，玻璃的热阻(玻璃的热阻为lmK/W)； M：材料层的数量，此处为2层，即双片玻璃；其中： hs=hg+hr C.0.2-3参JGJ113-2003 hs：气体空隙的导热率； hg：气体空隙的导热系数； hr：辐射导热系数；(2)辐射导热系数hr： hr=4(1/1+1/2-1)-1Tm3 C.0.2-4参JGJ113-2003在上面公式中： ：斯蒂芬-波尔兹曼常数，取=5.6710-8W/(m2K)； 1和2：间隙层中两表面在平均绝对温度Tm下的校正发射率：1=0.837，2=0.837； Tm：气体平均温度(K)，冬季Tm=273K，夏季Tm=303K；带入相关参数，得，冬季参数： hr=4(1/1+1/1-1)-1Tm3 =45.6710-8(1/0.837+1/0.837-1)-12733 =3.321W/(m2K)夏季参数： hr=4(1/1+1/2-1)-1Tm3 =45.6710-8(1/0.837+1/0.837-1)-13033 =4.541W/(m2K)(3)气体的导热系数hg： hg=Nu/s C.0.2-5参JGJ113-2003在上面公式中： hg：气体的导热系数； ：气体导热率，W/(mK），对于空气，冬季=0.02406W/(mK)，夏季=0.02639W/(mK）； s：气体层的厚度，为12mm； Nu：努塞尔准数，由下式给出，如果其计算结果小于1，则取1： Nu=A(GrPr)n C.0.2-6参JGJ113-2003 在上面的公式中： A：是常数； n：幂指数； Gr：格拉晓夫准数； Pr：普朗特准数； 对于垂直空间，A=0.035，n=0.38；水平情况；A=0.16，n=0.28； 格拉晓夫准数由下式计算： Gr=9.81s3T2/(Tm2) C.0.2-7参JGJ113-2003 普朗特准数按下面公式计算： Pr=c/ C.0.2-8参JGJ113-2003式中： s：气体层的厚度，为12mm； T：气体间隙前后玻璃表面的温度差，取3K； ：气体的密度，取1.293Kg/m3； ：气体的动态黏度，冬季取0.0000172092kg/(ms)，夏季取0.0000186912kg/(ms)； c：气体的比热，为1006J/(kgK)； Tm：气体平均温度(K)，冬季Tm=273K，夏季Tm=303K；a.冬季参数： Pr=c/ =0.00001720921006/0.02406 =0.72 Gr=9.81s3T2/(Tm2) =9.81(12/1000)3321.293/(2730.00001720922) =2439.887 Nu=A(GrPr)n =0.035(2439.8870.72)0.38 =0.598W/(m2K)因为：0.5981，所以，取Nu=1 hg=Nu/s =10.02406/(12/1000) =2.005W/(m2K) hs=hg+hr =2.005+3.321 =5.326W/(m2K)b.夏季参数： Pr=c/ =0.00001869121006/0.02639 =0.713 Gr=9.81s3T2/(Tm2) =9.81(12/1000)3321.293/(3030.00001869122) =1863.532 Nu=A(GrPr)n =0.035(1863.5320.713)0.38 =0.538W/(m2K)因为：0.5380)，a=7.5，b237.3；对于冰面(t0)，a=9.5，b265.5。 Es=E010(at)/(b+t) =6.1110(7.520)/(237.3+20) =23.38911.3.6.2. 在空气相对湿度f下，空气的水蒸汽压计算e=fEs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； e=fEs =0.5023.389 =11.69411.3.6.3. 空气的露点温度计算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(t0)，a=7.5，b=237.3；对于冰面(t0)，a=9.5，b=265.5。 Td=b/(a/lg(e/6.11)-1) =237.3/(7.5/lg(11.694/6.11)-1) =9.26811.3.6.4. 幕墙玻璃内表面的计算温度室内环境温度：Tin=20.0； 室外环境温度：Tout=-10； 玻璃内表面换热系数：hbi=8.0W/(m2K)； 玻璃外表面换热系数：hbe=23.0W/(m2K)； 幕墙玻璃的传热系数：Kg=2.6738W/(m2K)； 幕墙玻璃结露性能评价指标(室内玻璃表面温度)：Tpj； Kg(Tin-Tout)=hbi(Tin-Tpj) Tpj=Tin-(Tin-Tout)Kg/hbi =20-(20-(-10)2.6738/8 =9.973因为Td=9.2689.973；幕墙不会出现结露现象。11.4. 横明竖隐玻璃幕墙热工计算11.4.1. 幕墙结构基本参数11.4.1.1. 地区参数深圳，地区类别属于夏热冬暖地区；11.4.1.2. 建筑参数建筑物长度：47m； 建筑物宽度：86.4m； 建筑物高度：200m； 建筑物朝向：北（东、南、西）； 建筑物体型系数：0.071； 建筑物窗墙比：北：0.521；东：0.521；南：0.521；西：0.521；11.4.1.3. 环境参数建筑物采用空气调节系统：11.4.1.4. 单元参数中空、夹层玻璃：10+12(中空层)+6+1.52PVB+6mm 玻璃组成：外片；普通玻璃10mm； 中片：LOW-E镀膜6mm； 内片：普通玻璃6mm； 中空层：12mm，充空气； PVB层厚度：1.52mm 幕墙的总面积：A=1.125m2； 幕墙玻璃的总面积：Ag=0.9154m2； 幕墙框的总面积：Af=0.2096m2； 幕墙框的总表面面积：Asurf=0.819m2； 玻璃区域的总周长：l=4.112m；11.4.2. 玻璃的传热系数K值的计算玻璃传热分析简图如下：11.4.2.1. 计算基础及依据计算玻璃的传热系数K值，主要是依据建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2003进行的，该规程附录C给出了计算的详细方法。 K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。K值的单位是W/(m2K)。 计算采用的基本计算公式是： 1/K=1/he+1/ht+1/hi C.0.2-1JGJ113-2003在上面的公式中： he ：玻璃的室外表面换热系数； hi ：玻璃的室内表面换热系数； ht：多层玻璃系统内部传热系数；11.4.2.2. 室外表面换热系数室外表面换热系数he是玻璃附近风速的函数，可用下式近似表达： he=10.0+4.1 C.0.4-1JGJ113-2003式中: ：风速(m/s)； 在比较K值时，冬季时he可选取等于23W/(m2K)。 夏季时he可选取等于19W/(m2K)。11.4.2.3. 室内表面换热系数室内表面换热系数hi可用下式表达： hi=hr+hc C.0.4-2JGJ113-2003上式中hr是辐射导热，hc是对流导热。 普通玻璃表面的辐射导热率是4.4W/(m2K)，如果内表面校正发射率比较低，则辐射导热率由下式给出： hr=4.4/0.837 C.0.4-3JGJ113-2003这里是镀膜表面的校正发射率(0.837是清洁的、未镀膜玻璃的校正发射率)本处玻璃表面是普通玻璃，按上面的约定，其取值为0.837，带入，得： hr=4.4/0.837 =4.40.837/0.837 =4.4W/(m2K)对于自由对流而言，hc的值冬季取是3.6W/(m2K)，夏季取2.5W/(m2K)。对于通常情况下的普通垂直玻璃表面和自由对流：冬季： hi=hr+hc =4.4+3.6 =8W/(m2K)夏季： hi=hr+hc =4.4+2.5 =6.9W/(m2K)11.4.2.4. 多层玻璃系统内部传热系数(1)总体计算公式： 1/ht=1/hs+dmrm(s=1-N,m=1-M) C.0.2-2参JGJ113-2003 hs：气体空隙的导热率； N：气体层的数量，此处为1； dm：每一个材料层的的厚度； rm：每一个材料层的热阻，玻璃的热阻为lmK/W，PVB层为1/0.16mK/W； M：材料层的数量，此处为4层，即三片玻璃及一片PVB；其中： hs=hg+hr C.0.2-3参JGJ113-2003 hs：气体空隙的导热率； hg：气体空隙的导热系数； hr：辐射导热系数；(2)辐射导热系数hr： hr=4(1/1+1/2-1)-1Tm3 C.0.2-4参JGJ113-2003在上面公式中： ：斯蒂芬-波尔兹曼常数，取=5.6710-8W/(m2K)； 1和2：间隙层中两表面在平均绝对温度Tm下的校正发射率：1=0.837，2=0.1； Tm：气体平均温度(K)，冬季Tm=273K，夏季Tm=303K；带入相关参数，得，冬季参数： hr=4(1/1+1/1-1)-1Tm3 =45.6710-8(1/0.837+1/0.1-1)-12733 =0.453W/(m2K)夏季参数： hr=4(1/1+1/2-1)-1Tm3 =45.6710-8(1/0.837+1/0.1-1)-13033 =0.619W/(m2K)(3)气体的导热系数hg： hg=Nu/s C.0.2-5参JGJ113-2003在上面公式中： hg：气体的导热系数； ：气体导热率，W/(mK），对于空气，冬季=0.02406W/(mK)，夏季=0.02639W/(mK）； s：气体层的厚度，为12mm； Nu：努塞尔准数，由下式给出，如果其计算