潍坊某办公楼幕墙工程玻璃幕墙节能设计计算书.doc

潍坊市xxxxx办公楼幕墙工程
玻璃幕墙节能设计计算书

Ⅰ.参考资料:
《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
《民用建筑热工设计规范》GB50176-93
《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005
《公共建筑节能设计标准》DBJ 01-621-2005
《居住建筑节能设计标准》DBJ 01-602-2004
《BKCADPM集成系统(BKCADPM2006版)》
Ⅱ.计算基本条件:
1.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。
2.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规定的计算条件。
3.以下计算条件可供参考：
(1)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（CIE D65，ISO 10526）光谱函数；
R(λ)：视见函数（ISO/CIE 10527）。
(2)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
太阳辐射照度 Is=300 W/m2
(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℃
外表面对流换热系数 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
(4)计算传热系数应采用冬季计算标准条件，并取Is= 0 W/m2。
(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℃。
(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=-20℃ 或 Tout=-30℃
室内相对湿度 RH=30% 或 RH=50% 或 RH=70%
室外风速 V=4m/s
(7)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 =500 W/m2。
4.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。
5.《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005有关规定：
(1)各城市的建筑气候分区应按表4.2.1确定。
表4.2.1-1 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

(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表4.2.2-1、表4.2.2-2、表4.2.2-3、表4.2.2-4、表4.2.2-5以及表4.2.2-6的规定，其中外墙的传热系数为包括结构性热桥在内的平均值Km。
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K
W/ (m2·K)
0.3＜体型系数≤0.4
传热系数K
W/ (m2·K)
屋 面
≤0.35
≤0.30
外 墙(包括非透明幕墙)
≤0.45
≤0.40
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
≤0.45
≤0.40
非采暖房间与采暖房间的隔墙或楼板
≤0.6
≤0.6
单一朝
向外窗
(包括透明幕墙)
窗墙面积比≤0.2.
≤3.0
≤2.7
0.2＜ 窗墙面积比≤0.3
≤2.8
≤2.5
0.3＜ 窗墙面积比≤0.4
≤2.5
≤2.2
0.4＜ 窗墙面积比≤0.5
≤2.0
≤1.7
0.5＜ 窗墙面积比≤0.7
≤1.7
≤1.5
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 K
W/(m2·K)
0.3＜体型系数≤0.4
传热系数K
W/(m2·K)
屋 面
≤0.45
≤0.35
外 墙(包括非透明幕墙)
≤0.50
≤0.45
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
≤0.50
≤0.45
非采暖房间与采暖房间的隔墙或楼板
≤0.8
≤0.8
单一朝
向外窗
(包括透明幕墙)
窗墙面积比≤0.2.
≤3.2
≤2.8
0.2＜ 窗墙面积比≤0.3
≤2.9
≤2.5
0.3＜ 窗墙面积比≤0.4
≤2.6
≤2.2
0.4＜ 窗墙面积比≤0.5
≤2.1
≤1.8
0.5＜ 窗墙面积比≤0.7
≤1.8
≤1.6
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K
W/(m2·K)
0.3＜体型系数≤0.4
传热系数K
W/(m2·K)
屋面
≤0.55
≤0.45
外墙(包括非透明幕墙)
≤0.60
≤0.50
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
≤0.60
≤0.50
非采暖空调房间与采暖空调房间的隔墙或楼板
≤1.5
≤1.5
外窗（包括透明幕墙）
传热系数K
W/(m2·K)
遮阳系数SC
(东、南、西向/北向)
传热系数K
W/(m2·K)
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
≤3.5
—
≤3.0
—
02＜窗墙面积比≤0.3
≤3.0
—
≤2.5
—
0.3＜窗墙面积比≤0.4
≤2.7
≤0.70/—
≤2.3
≤0.70/—
0.4＜窗墙面积比≤0.5
≤2.3
≤0.60/—
≤2.0
≤0.60/—
0.5＜窗墙面积比≤0.7
≤2.0
≤0.50/—
≤1.8
≤0.50/—
屋顶透明部分
≤2.7
≤0.50
≤2.7
≤0.50
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K W/(m2·K)
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K
W/(m2·K)
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
≤ 4.7
—
0.2＜窗墙面积比≤0.3
≤ 3.5
≤ 0.55/—
0.3＜窗墙面积比≤0.4
≤ 3.0
≤ 0.50/0.60
0.4＜窗墙面积比≤0.5
≤ 2.8
≤ 0.45/0.55
0.5＜窗墙面积比≤0.7
≤ 2.5
≤ 0.40/0.50
屋顶透明部分
≤3.0
≤0.40
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K W/(m2·K)
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K
W/(m2·K)
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
≤ 6.5
—
0.2＜窗墙面积比≤0.3
≤ 4.7
≤ 0.50/0.60
0.3＜窗墙面积比≤0.4
≤ 3.5
≤ 0.45/0.55
0.4＜窗墙面积比≤0.5
≤ 3.0
≤ 0.40/0.50
0.5＜窗墙面积比≤0.7
≤ 3.0
≤ 0.35/0.45
屋顶透明部分
≤3.5
≤0.35
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。

表4.2.2-6 不同气候区地面和地下室外墙热阻限值
气候分区
围护结构部位
热阻 R (m2·K)/W
严寒地区A区
地 面: 周边地面
非周边地面
³ 2.0
³ 1.8
采暖地下室外墙（与土壤接触的墙）
³ 2.0
严寒地区B区
地 面: 周边地面
非周边地面
³ 2.0
³ 1.8
采暖地下室外墙（与土壤接触的墙）
³ 1.8
寒冷地区
地 面: 周边地面
非周边地面
³ 1.5
采暖、空调地下室外墙（与土壤接触的墙）
³ 1.5
夏热冬冷地区
地面
³ 1.2
地下室外墙（与土壤接触的墙）
³ 1.2
夏热冬暖地区
地面
³ 1.0
地下室外墙（与土壤接触的墙）
³ 1.0
注：周边地面系指距外墙内表面2米以内的地面；
地面热阻系指建筑基础持力层以上各层材料的热阻之和；
地下室外墙热阻系指土壤以内各层材料的热阻之和。

(3)外墙与屋面的热桥部位的内表面温度不应低于室内空气露点温度。
一、基本计算参数：
本计算为玻璃幕墙系统的热工性能计算。
1.幕墙计算单元的有关参数
总宽： W=4500mm
总高： H=3500mm

幕墙的总面积： At=W×H=15.8m2
幕墙玻璃总面积： Ag=14.45m2
幕墙框总面积： Af=1.32m2
玻璃区域周长： lψ=52.400m
二、幕墙的传热系数计算：
1.幕墙框的传热系数Uf
框的传热系数Uf：
可以通过输入数据，用二维有限单元法进行数字计算，得到窗框的传热系数。在没有详细的计算结果可以应用时，可以应用按以下方法得到窗框的传热系数。
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hin=8.0 W/m2·K和外表面换热系数hout=23 W/m2·K。
(1) 塑料窗框：
表E.0.2-1 带有金属钢衬的塑料窗框的传热系数
窗框材料
窗框种类
Uf
(W/m2·K)
聚胺脂
带有金属加强筋
净厚度≥5mm
2.8
PVC腔体截面
从室内到室外为两腔结构
2.2
从室内到室外为三腔结构
2.0

(2) 木窗框
木窗框的Uf值是在水气含量在12%的情况下获得，窗框厚度df的定义见图E.0.2-2。Uf的数值可以从图E.0.2-1中选取。

图E.0.2-1:木窗框以及金属-木窗框的热传递与窗框厚度df的关系

图E.0.2-2:不同窗户系统窗框厚度df的定义
(3) 金属窗框：
框的传热系数Uf的数值可以通过下列程序获得：
a)对没有热断桥的金属框，使用Uf0 =5.9 W/(m2·K)；
b)对具有断桥的金属框，Uf0的数值从图E.0.2-3中粗线中选取；

图E.0.2-3 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：
（E.0.2-1）
金属窗框Uf的传热系数公式为：
（E.0.2-2）

图E.0.2-4 截面类型1（采用导热系数低于0.3W/m.K的隔热条）
式中：Ad.i, Ad,e, Af,i, Af,e——窗各部件面积，m2；其定义如图E.0.2-5所示。

图E.0.2-5 窗各部件面积划分示意图
hi——窗框的内表面换热系数，W/m2K；
he——窗框的外表面换热系数，W/m2K；
Rf——窗框截面的热阻（隔热条的导热系数为0.2～0.3W/m.K），m2K/W。

d——热断桥对应的铝合金截面之间的最小距离；
bj——热断桥j的宽度；
bf——窗框的宽度（）。

图E.0.2-6 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（）。
幕墙框的传热系数: Uf=2.20W/m2.K
2.幕墙框与玻璃结合处的线传热系数ψ
窗框与玻璃结合处的线传热系数ψ：
窗框与玻璃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附加的热传递，线性热传递传热系数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，可采用表E.0.3估算窗框与玻璃结合处的线传热系数ψ：
表E.0.3铝合金、钢（不包括不锈钢）中空玻璃的线传热系数ψ
窗框材料
双层或者三层
未镀膜
充气或者不充气中空玻璃
ψ ( W/m.K)
双层Low-E镀膜
三层采用两片Low-E镀膜
充气或者不充气中空玻璃
ψ ( W/m.K)
木窗框和塑料窗框
0.04
0.06
带热断桥的金属窗框
0.06
0.08
没有断桥的金属窗框
0
0.02
注：这些值用来计算低辐射的中空玻璃窗，Ug=1.3W/(m2.K)，以及更低传热系数的中空玻璃。

线传热系数ψ=0.02W/m.K
3.玻璃的传热系数Ug
选择玻璃类型： 单中空玻璃

玻璃采用6.0+9.0A+6.0中空玻璃
玻璃内表面换热系数取为8W/m2.K
玻璃外表面换热系数取为23W/m2.K
玻璃传热系数计算方法
1.1基本公式
1. 1一般原理
本方法是以下列公式为计算基础的：
（1）
式中——玻璃的外表换热系数；
——玻璃的内表换热系数；
——多层玻璃系统导热系数；
多层玻璃系统导热系数按下式计算：
（2）
式中——气体空隙的导热率；
——空气层的数量；
——材料层的数量；
——每一个材料层的厚度；
——每一个材料层的热阻；
空气间隙的导热率按下式计算：
（3）
式中——辐射导热系数；
——气体的导热系数(包括传导和对流)。
1． 2辐射导热系数
辐射导热系数由下式给出：
（4）
式中——斯蒂芬－波尔兹曼常数：

和——在间隙层中的玻璃界面平均绝对温度下的校正发射率。
1． 3气体导热系数
气体导热系数由下式给出：
（5）
式中——气体层的厚度，m；
——气体导热率，W/(mK)；
是努塞特准数，由下式给出：
（6）
式中——一个常数；
——格拉斯霍夫准数；
——普兰特准数；
——幂指数。
如果，则取1。
格拉斯霍夫准数由下式计算：
（7）
普兰特准数按下式计算：
（8）
式中 ——玻璃两侧的温度差，K；
P——气体密度，；
——气体的动态粘度，；
——气体的比热，J/(kgK),
——气体平均温度，K。
对于垂直空间，其中A＝0.035,n=0.38；水平情况：A=0.16,n=0.28;倾斜45度：A=0.10,n=0.31.

玻璃传热系数U=2.99W/m2.K
4.幕墙计算单元的总传热系数Ut的计算
Ut=(ΣAg·Ug+ΣAf·Uf+Σlψ·ψ)/At
=(14.45×2.99+1.32×2.20+52.400×0.02)/15.77
=2.99W/m2.K
三、太阳能透射比及遮阳系数计算：
1.太阳能总透射比gt
通过门窗或幕墙构件成为室内得热量的太阳辐射与投射到门窗或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。
2.框的太阳能总透射比gf
gf=αf·Uf/(Asurf/Af·hout)
式中：
hout -- 外表面换热系数 W/m2.K；
αf -- 框表面太阳辐射吸收系数；
Uf -- 框的传热系数 W/m2.K；
Asurf -- 框的外表面面积 m2；
Af -- 框面积 m2；
gf=αf·Uf/(Asurf/Af·hout)

τv -- 幕墙玻璃的可见光透射比；
=(0.4×2.20)/(0.72/1.32×19)
=0.085
3.幕墙玻璃(或者其它镶嵌板)区域太阳能总透射比
gg -- 玻璃区域太阳能总透射比；
gg=0.800
gp -- 其它镶嵌板区域太阳能总透射比；
4.幕墙计算单元太阳能总透射比gt：
gt=(ΣAg·gg+ΣAf·gf)/At
=(14.45×0.800+1.32×0.085)/15.77
=0.74
5.幕墙计算单元的遮阳系数
幕墙计算单元的遮阳系数应为幕墙计算单元的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：
SC=gt/0.87
式中：
SC -- 幕墙计算单元的遮阳系数；
gt -- 幕墙计算单元太阳能总透射比。
SC=gt/0.87=0.74/0.87=0.85
四、可见光投射比计算τt
标准光源透过门窗或幕墙构件成为室内的人眼可见光与投射到门窗或幕墙构件上的人眼可见光，采用人眼视见函数加权的比值。
幕墙计算单元可见光透射比的计算公式为
τt=(ΣAg·τv)/At
式中：
τt -- 幕墙计算单元可见光透射比；
Ag -- 幕墙玻璃的面积 m2；
At -- 幕墙的总面积 m2。
τv -- 玻璃可见光透射比为0.800；
τt=(ΣAg·τv)/At
=(14.45×0.800)/15.77
=0.73
五、结露计算：
1.在进行建筑门窗、玻璃幕墙产品性能分级时，所采用的计算条件如下：
室内环境温度 Tin=20℃；
室外环境温度 Tout=-20℃；
室内相对湿度 RH=30% 或 RH=50% 或 RH=70%；
室外风速 V=4m/s；
室外平均辐射温度等于室外环境气温；
室内平均辐射温度等于室内环境气温。
2.水（冰）表面的饱和水蒸汽压可采用下式计算：
Es=E0×10^((a×t)/(b+t))
式中：
E0 -- 空气温度为0℃时的饱和水蒸汽压，取E0=6.11 hPa；
t -- 空气温度，℃；
a、b -- 参数，对于水面（t>0℃），a=7.5，b＝237.3；对于冰面（t≤0℃）
a=9.5，b＝265.5。
3.在空气相对湿度f下，空气的水蒸汽压可按下式计算：
e=f·Es
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。
4.空气的结露点温度可以采用下面公式计算：
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（t>0℃），a=7.5b=237.3；对于冰面（t≤0℃），a=9.5，b=265.5。
5.本计算所采用的计算条件：
室内环境温度 Tin=25.0℃；
室外环境温度 Tout=-12.0℃；
室内相对湿度 f=50%；
a、b -- 参数，对于水面（t>0℃），a=7.5，b＝237.3；
E0=6.11 hPa。
Es=E0×10^((a×t)/(b+t))
=6.11×10^((7.5-25.0)/(237.3+25.0))
=31.6 hPa
e=f·Es
=0.50×31.6
=15.8 hPa
Td=b/(a/lg(e/6.11)-1)
=237.3/((7.5/lg(15.8/6.11))-1)
=13.9 ℃
6.本计算只对幕墙玻璃的结露性能进行计算分析：
室内环境温度 Tin=25.0℃
室外环境温度 Tout=-12.0℃
玻璃内表面换热系数 hbi=8.0W/m2.K
玻璃外表面换热系数 hbe=23.0W/m2.K
幕墙玻璃结露性能评价指标(室内玻璃表面温度) Tpj
幕墙玻璃的传热系数 Ug=2.99W/m2.K
Ug·(Tin-Tout)hbi·(Tin-Tpj)
Tpj=Tin-(Tin-Tout)·Ug/hbi
=20.2℃
因为Td=13.9℃ 小于 室内玻璃表面温度Tpj=20.2℃；
幕墙的结露性能满足要求。

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