建筑门窗热功性能计算断桥铝.doc

建筑门窗热功性能计算书

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》（征求意见稿）
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参数时，所采用的环境边界条件应统一采用本标准规定的计算条件。
2、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。
3、各种情况下都应选用下列光谱：
S(λ)：标准太阳辐射光谱函数（ISO 9845-1）
D(λ)：标准光源光谱函数（CIE D65，ISO 10526）
R(λ)：视见函数（ISO/CIE 10527）。
4、冬季计算标准条件应为：
室内环境温度：Tin=20℃
室外环境温度：Tout=0℃
内表面对流换热系数：hc,in=3.6 W/m2.K
外表面对流换热系数：hc,out=20 W/m2.K
室外平均辐射温度：Trm =Tout
太阳辐射照度：Is=300 W/m2
5、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,in=2.5 W/m2.K
外表面对流换热系数：hc,out=16 W/m2.K
室外平均辐射温度：Trm=Tout
太阳辐射照度：Is=500 W/m2
6、计算传热系数应采用冬季计算标准条件，并取Is= 0 W/m2。
7、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℃
8、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-20℃
室内相对湿度：RH=30%、50%、70%
室外风速：V=4m/s
9、计算框的太阳能总透射比gf应使用下列边界条件
qin=α* Is
qin：通过框传向室内的净热流（W/m2）
α：框表面太阳辐射吸收系数
Is：太阳辐射照度(Is=500W/m2)
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应作为绝热边界条件处理
11、整窗截面的几何描述

整窗应根据框截面的不同对窗框分段，有多少个不同的框截面就应计算多少个不同的框传热系数和对应的框和玻璃接缝线传热系数。两条框相交处的传热不作三维传热现象考虑。
如上图所示的窗，应计算1-1、2-2、3-3、4-4、5-5、6-6、7-7七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截面的传热时，与相邻框相接的边界作为绝热边界处理。
计算7-7截面的传热时，框材中心线对应的边界作为绝热边界处理。
12、门窗在进行热工计算时应进行如下面积划分：
窗框面积Af：指从室内、外两侧可视的凸出的框投影面积大者
玻璃面积Ag：室内、外侧可见玻璃边缘围合面积小者
整窗的总面积At：窗框面积Af与窗玻璃面积Ag(或者是其它镶嵌板的面积Ap)之和
13、玻璃区域的周长Lψ是门窗玻璃室内、外两侧的全部可视周长的之和的较大值
14、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。15、本系统中给出的所有的数值全部是窗垂直安装的情况。
计算传热系数时，按以下取值:
内表面换热系数：hi=8W/m2.k
外表面换热系数：he=23W/m2.k

一、门窗基本信息
地区类型:夏热冬冷地区
所在城市:南京
窗墙面积比范围:窗墙面积比≤0.2
门窗朝向:东、南、西向
型材厂家: 亚铝
门窗系列:80系列
门窗类型:铝合金推拉窗
窗型尺寸:
窗宽W(mm):1500
窗高H(mm):1500
窗型样式:

二、窗框传热系数Uf计算
1、窗框面积计算：
窗框面积计算示意图如下：
(1)平开类窗框面积计算示意图：

(2)推拉类窗框面积计算示意图：

(3)该门窗的窗框由以下截面组成：
序号
窗框名称
窗框类型
室内投影面积Afi(m2)
室内表面面积Adi(m2)
室外投影面积Afe(m2)
室外表面面积Ade(m2)
该类型材的传热系数Uf W/(m2.K)
1
边框
穿条式隔热铝窗框
0.078
0.147
0.078
0.147
2
2
中扇框
穿条式隔热铝窗框
0.56
1.43
0.56
0.628
2
3
窗框3
穿条式隔热铝窗框
0
0
0
0
2
4
窗框4
穿条式隔热铝窗框
0
0
0
0
2

(4)窗框室内总投影面积Afi(m2)
ΣAfi=0.078+0.56+0+0
=0.638
(5)窗框室外总投影面积Afe(m2)
ΣAfe=0.078+0.56+0+0
=0.638
(6)窗框总面积Af(m2)
Af=max(ΣAfi,ΣAfe)
=max(0.638,0.638)
=0.638
2、窗框的传热系数计算(Uf)：
可以通过输入数据，用二维有限元法进行数字计算，得到窗框的传热系数。在没有详细的计算结果可以应用时，可以按以下方法得到窗的传热系数：
窗框类型：塑钢型材<两腔式塑钢型材>
窗框材料
窗框类型
传热系数:Uf(W/m2.K)
聚氨脂
带有金属加强筋，净厚度<=5mm
2.8
PVC腔体截面
从室外到室内，单腔结构
2.5
PVC腔体截面
从室外到室内，两腔结构
2.2
PVC腔体截面
从室外到室内，三腔结构
2.0
PVC腔体截面
从室外到室内，四腔结构
1.7
PVC腔体截面
从室外到室内，五腔结构
1.5

该门窗各窗框传热系数列表：
序号
窗框名称
窗框类型
窗框投影面积Af(m2)
该类型材的传热系数Uf(W/(m2.K))
1
边框
穿条式隔热铝窗框
0.078
2
2
中扇框
穿条式隔热铝窗框
0.56
2
3
窗框3
穿条式隔热铝窗框
0
2
4
窗框4
穿条式隔热铝窗框
0
2

三、窗框与玻璃边缘结合处的线传热系数计算(ψ)：
窗框与玻璃边缘结合处的线传热系数(ψ)，主要描述了在窗框、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，来估算窗框与玻璃结合处的线传导系数ψ。
窗框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。
各类窗框、中空玻璃的线传热系数
窗框材料
双层或三层玻璃
未镀膜
充气或不充气的中空玻璃
双层LOW-E镀膜
三层采用两片LOW-E镀膜
充气或不充气的中空玻璃
塑料窗框
0.04
0.06
带热断桥的铝合金窗框
0.06
0.08
无热断桥的铝合金窗框
0
0.02

注意：这些数据用来计算低辐射的中空玻璃，即：Ug<=1.3W/(m2.K)

各玻璃板块查询上表后，各玻璃板块的线传热系数如下：
序号
玻璃板块名称
窗框类型
玻璃块板类型
第一层玻璃
第二层玻璃
第三层玻璃
玻璃边缘长度(m)
线传热系数(W/m.K)
1
玻璃板块1
塑料窗框
双层玻璃
普通玻璃
普通玻璃

7.56
0.04
2
玻璃板块3
隔热铝合金窗框
双层玻璃
普通玻璃
普通玻璃

7.56
0.06

(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(Ug)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：1.534(m2)：
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：6(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：9
第二层玻璃种类：普通玻璃
第二层玻璃厚度：6(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Pr计算：
计算依据：Pr=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
Pr=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Gr计算：
计算依据：Gr=9.81*S3*ΔT*ρ2/(Tm*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Tm：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：0.005m
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 表D.0.3及C.0.5
Gr=9.81*S3*ΔT*ρ2/(Tm*μ2)
=9.81*0.0053*15*1.2772/(283*0.000017112)
=362.048
4)<中空玻璃间隔层气体：空气>努塞尔准数Nu计算：
计算依据：Nu=A*(Gr*Pr)n
格尔晓夫准数Gr：362.048
普朗特准数Pr：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；
(门窗按垂直空间计算)
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-6
Nu=A*(Gr*Pr)n
=0.035*(362.048*0.714)0.38
=0.289
由于：Nu=1<1
所以，努塞尔准数取1。即：Nu=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hg计算：
计算依据：hg=Nu*(λ/s)
努塞尔准数Nu：1
气体的热导率λ：0.02416W/(m.K)
气体的间隔层厚度s：0.005m
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-5
hg=Nu*(λ/s)
=1*(0.02416/0.005)
=4.832
6)<中空玻璃间隔层气体：空气>气体辐射导热系数hr计算：
计算依据：hr=4*σ*(1/ε1+1/ε2-1)-1*Tm3
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Tm下的校正发射率ε1、ε2：
ε1：0.837
ε2：0.837
平均绝对温度Tm：283K
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-4
hr=4*σ*(1/ε1+1/ε2-1)-1*Tm3
=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hs计算：
计算依据：hs=hg+hr
气体辐射导热系数hr：3.7
气体导热系数hg：4.832
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-3
hs=hg+hr
=4.832+3.7
=8.532
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/ht=Σ1/hs+Σdm*rm
气体间隔层的导热率hs：8.532
第一层玻璃的厚度dm：0.005m
第二层玻璃的厚度dm：0.005m
玻璃的热阻rm：1m.K/W
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-2
1/ht=Σ1/hs+Σdm*rm
=1/8.532+0.005*1.0+0.005*1.0
=0.127
多层玻璃系统的内部传热系数ht=7.874
9)<玻璃板块1>玻璃传热系数计算：
计算依据：1/U=1/he+1/ht+1/hi
玻璃的室外表面换热系数he：23.0
玻璃的室内表面换热系数hi：8.0
多层玻璃系统的内部传热系数ht：7.874
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-1
1/U=1/he+1/ht+1/hi
=1/23.0+1/7.874+1/8.0
=0.295
<玻璃板块1>的传热系数Ug=3.39W/(m2.K)
2、<玻璃板块3>的传热系数计算：
1)<玻璃板块3>基本信息：
玻璃板块面积：1.534(m2)：
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：6(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：9
第二层玻璃种类：普通玻璃
第二层玻璃厚度：6(mm)
第二层校正发射率：0.8
2)<中空玻璃间隔层气体：空气>普朗特准数Pr计算：
计算依据：Pr=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
Pr=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Gr计算：
计算依据：Gr=9.81*S3*ΔT*ρ2/(Tm*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Tm：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：0.005m
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 表D.0.3及C.0.5
Gr=9.81*S3*ΔT*ρ2/(Tm*μ2)
=9.81*0.0053*15*1.2772/(283*0.000017112)
=362.048
4)<中空玻璃间隔层气体：空气>努塞尔准数Nu计算：
计算依据：Nu=A*(Gr*Pr)n
格尔晓夫准数Gr：362.048
普朗特准数Pr：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；
(门窗按垂直空间计算)
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-6
Nu=A*(Gr*Pr)n
=0.035*(362.048*0.714)0.38
=0.289
由于：Nu=1<1
所以，努塞尔准数取1。即：Nu=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hg计算：
计算依据：hg=Nu*(λ/s)
努塞尔准数Nu：1
气体的热导率λ：0.02416W/(m.K)
气体的间隔层厚度s：0.005m
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-5
hg=Nu*(λ/s)
=1*(0.02416/0.005)
=4.832
6)<中空玻璃间隔层气体：空气>气体辐射导热系数hr计算：
计算依据：hr=4*σ*(1/ε1+1/ε2-1)-1*Tm3
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Tm下的校正发射率ε1、ε2：
ε1：0.837
ε2：0.8
平均绝对温度Tm：283K
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-4
hr=4*σ*(1/ε1+1/ε2-1)-1*Tm3
=4*5.67*10-8*(1/0.837+1/0.8-1)-1*2833
=3.558
7)<中空玻璃间隔层气体：空气>气体间隔层的导热率hs计算：
计算依据：hs=hg+hr
气体辐射导热系数hr：3.558
气体导热系数hg：4.832
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-3
hs=hg+hr
=4.832+3.558
=8.39
8)<玻璃板块3>多层玻璃系统的内部传热系数计算：
计算依据：1/ht=Σ1/hs+Σdm*rm
气体间隔层的导热率hs：8.39
第一层玻璃的厚度dm：0.005m
第二层玻璃的厚度dm：0.005m
玻璃的热阻rm：1m.K/W
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-2
1/ht=Σ1/hs+Σdm*rm
=1/8.39+0.005*1.0+0.005*1.0
=0.129
多层玻璃系统的内部传热系数ht=7.752
9)<玻璃板块3>玻璃传热系数计算：
计算依据：1/U=1/he+1/ht+1/hi
玻璃的室外表面换热系数he：23.0
玻璃的室内表面换热系数hi：8.0
多层玻璃系统的内部传热系数ht：7.752
按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 C.0.2-1
1/U=1/he+1/ht+1/hi
=1/23.0+1/7.752+1/8.0
=0.297
<玻璃板块3>的传热系数Ug=3.367W/(m2.K)

五、整窗传热系数计算(Ut)：
1、整窗面积计算(At)：
At=ΣAg+ΣAf
窗框面积Af=0.078+0.56+0+0=0.638m2
玻璃面积：Ag=1.534+1.534=3.068m2
At=ΣAf+ΣAg
=0.638+3.068
=3.706
2、整窗传热系数计算(Ut)：
Ut=(ΣAg*Ug+ΣAf*Uf+Σlψ*ψ)/At
各玻璃块板的面积：Ag(m2)
各玻璃块板的传热系数：Ug(W/m2.K)
各窗框的面积：Af(m2)
各窗框的传热系数：Uf(W/m2.K)
各玻璃块板与窗框相结合边缘的周长：lψ(m)
各玻璃块板与窗框相结合边缘的传热系数：ψ(W/m2.K)
Ut=(ΣAg*Ug+ΣAf*Uf+Σlψ*ψ)/At
=(0.078*2+0.56*2+0*2+0*2
+1.534*3.39+1.534*3.367
+7.56*0.04+7.56*0.06)/3.706
=3.345
该门窗整窗传热系数3.345<=该门窗的允许整窗传热系数=4.7。该门窗的整窗传热性能满足要求。

六、太阳能透射比(gt)、遮阳系数(Sc)计算：
太阳能透射比是指：通过门窗构件成为室内得热量的太阳辐射，与投射到门窗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、窗框的太阳能透射比(gf)计算：
1)<边框>的太阳能透射比(gf)计算：
窗框表面太阳辐射吸收系数αf：0.4
窗框的传热系数Uf：2W/m2.K
窗框的外表面积Asurf：0.147m2
窗框的外投影面积Af：0.078m2
窗框的外表面换热系数hout：19W/m2.K
gf=αf*Uf/(Asurf/Af*hout)
=0.4*2/(0.147/0.078*19)
=0.022
2)<中扇框>的太阳能透射比(gf)计算：
窗框表面太阳辐射吸收系数αf：0.4
窗框的传热系数Uf：2W/m2.K
窗框的外表面积Asurf：0.628m2
窗框的外投影面积Af：0.56m2
窗框的外表面换热系数hout：19W/m2.K
gf=αf*Uf/(Asurf/Af*hout)
=0.4*2/(0.628/0.56*19)
=0.038
3)<窗框3>的太阳能透射比(gf)计算：
窗框表面太阳辐射吸收系数αf：0.4
窗框的传热系数Uf：2W/m2.K
窗框的外表面积Asurf：0m2
窗框的外投影面积Af：0m2
窗框的外表面换热系数hout：19W/m2.K
gf=αf*Uf/(Asurf/Af*hout)