建筑门窗幕墙节能设计解析

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1、建筑门窗幕墙节能 设计 广东省建筑科学研究院 2010年9月 建筑门窗幕墙节能设计 1. 门窗幕墙热工计算原理 2. 幕墙、门窗几何描述 3. 玻璃光学热工性能计算 4. 框传热计算 5. 设计、计算边界条件 6. 结露性能评价计算 目 录 门窗幕墙热工计算原理 建筑门窗幕墙节能设计是一个系统的 工程，涉及框二维有限元分析计算、玻璃 光学热工性能计算及门窗单元、幕墙幅面 热工性能计算，结露性能计算等内容。 按照建筑门窗玻璃幕墙热工计算规 程（JGJ/T 151-2008）进行节能计算。 门窗幕墙热工计算原理 门窗幕墙节能计算基本流程 整窗的传热系数的计算公式为： Ag为窗玻璃面积； Af为窗框

2、的投射面积； 为玻璃区域的周长； Ug为窗玻璃（或者不透明板）中央区域的传热系数； Uf为窗框的面传热系数，见第5章； 为窗框和窗玻璃（或者不透明板）之间的线传热系数。 门窗幕墙热工计算 原理 整体门窗太阳能总透过率的计算公式为 ： gg为窗玻璃区域（或者不透明板gp）太阳能总透过率， 对给定窗的不同部分分别计算求和 gf为窗框太阳能总透过率，对给定窗的不同部分分别计算求 和 At为整窗的总投影面积 门窗幕墙热工计算原理 门窗幕墙热工计算原理 框和非透明面板的太阳能总透过率 整体门窗可见光透射比的计算公式为： 门窗幕墙热工计算原理 幕墙传热系数UCW应采用下式计算： Ag 玻璃或透明面板面积（

3、m2）； lg 玻璃或透明面板边缘长度（m）； Ug 玻璃或透明面板传热系数W/(m2K)； g 玻璃或透明面板边缘的线传热系数W/(mK)； Ap 非透明面板面积（m2）； lp 非透明面板边缘长度（m）； Up 非透明面板传热系数W/(m2K)； p 非透明面板边缘的线传热系数W/(mK)； Af框面积（m2）； Uf框的传热系数W/(m2K)。 门窗幕墙热工计算原理 当幕墙背后有其他墙体（包括实体墙、装饰墙等）， 且幕墙与墙体之间为封闭空气层时，此部分的室内环境 到室外环境的传热系数U应按下式计算： 幕墙背后多层墙体的传热系数UWall 门窗幕墙热工计算原理 若幕墙与墙体之间存在热桥，当

4、热桥的总面积不大 于墙体部分面积1%时，热桥的影响可忽略；当热桥的 总面积大于实体墙部分面积1%时，应计算热桥的影响 。 计算热桥的影响，可采用当量热阻Reff代替本规程公式 中的空气间层热阻Rair。 门窗幕墙热工计算原理 幕墙整体的太阳能总透射比为： 幕墙整体的遮阳系数为： 门窗幕墙热工计算原理 幕墙整体系统的可见光透射比应按下式 计算： 建筑门窗幕墙节能设计 1. 门窗幕墙热工计算原理 2. 门窗、幕墙几何描述 3. 玻璃光学热工性能计算 4. 框传热计算 5. 设计、计算边界条件 6. 结露性能评价计算 目 录 整窗的几何描述 整樘窗应根据框截面的不同对窗框进行分类，每个不同 类型窗框

5、截面均应计算框传热系数、线传热系数。 不同类型窗框相交部分的传热系数宜采用邻近框中较高 的传热系数代替。 整窗的几何描述 窗在进行热工计算时应按下列规定进行面积划分： 窗框投影面积Af：指从室内、外两侧分别投影，得到的 可视框投影面积中的较大值，简称“窗框面积”； 玻璃投影面积Ag（或其他镶嵌板的投影面积 Ap）：指从 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”）； 整樘窗总投影面积At：指窗框面积Af与窗玻璃面积Ag (或 其他镶嵌板的面积Ap)之和，简称“窗面积”。 整窗的几何描述 整窗的几何描述 玻璃区域的周长l(或者是不透明板的周长 l

6、p) 是门窗 玻璃（或者不透明板）室内、外两侧的全部可视周 长的之和的较大值。 幕墙的几何描述 应根据框截面、镶嵌面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。 幕墙的几何描述 Af = maxAf,i;Af,e At= Af+Ag+Ap Ad,i= A1+A2+A3 Ad,e=A4+ A5+A6 幕墙的几何描述 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l应为框与面板的接缝长度，并应取室内、 室外接缝长度的较大值 。 幕墙计算单元划分 单元式幕墙和构件式幕墙 幕墙计算的边界和单元的划分应根据幕墙型式的不同而

7、采 用不同的方式。幕墙计算单元的划分应符合下列规定： 1 构件式幕墙计算单元可从型材中线剖分； 2 单元式幕墙计算单元可从单元间的拼缝处剖分。 幕墙计算单元划分 计算单元划分示意图 构造原理图 幕墙计算单元划分 单元式幕墙计 算单元可从单 元间的拼缝处 剖分。 幕墙计算单元划分 幕墙计算的节点应包 括幕墙所有典型的节点， 对于复杂的节点可拆分计 算。 建筑门窗幕墙节能设计 1. 门窗幕墙热工计算原理 2. 门窗、幕墙几何描述 3. 玻璃光学热工性能计算 4. 框传热计算 5. 设计、计算边界条件 6. 结露性能评价计算 目 录 玻璃的光学性能 玻璃的光学性能包括： 1 可见光透射比 2 可见光

8、反射比 3 太阳能直接透射比 4 太阳能直接反射比 5 太阳能总透射比 6 紫外线透射比 建筑玻璃热工性能参数是指传热系数U值、遮阳 系数SC值、可见光透射比Tv。 玻璃的长波辐射： 玻璃的长波辐射的有关参数包括以下三个： a、前（外）表面半球发射率f,i； b、后（内）表面半球发射率b,i； c、半球-半球传递系数i。 copyright 2007 gdjky 中空玻璃传热系数是指在单位室内外环境温差 作用下，通过单位面积玻璃的传热量。 (Is=0) 没有太阳辐射热时，通过玻璃 室外环境温度； 室内环境温度。 传向室内的净热流； 建筑玻璃热工性能计算 copyright 2007 gdjky

9、 U值是中空玻璃系统总热阻的倒数。中空玻璃系统的热阻为室外换 热阻、室外玻璃传热阻、气体层热阻、室内玻璃热阻和室内换热阻 之和。 玻璃系统热阻 玻璃系统室内、外侧对流换热系数； 气体间层的热阻； 每层玻璃的热阻。 建筑玻璃光学热工性能计算 多层玻璃的光学性能计算 多层玻璃太阳光学计算可采用下图所示模型 多层玻璃体系中太阳辐射热的分析 建筑玻璃光学热工性能计算 在每一层气体间层中，应按下列公式计算： 式中 tg,i第i层玻璃的厚度（m） ； Si第i层玻璃吸收的太阳辐射热 （W/m2）； i第i层玻璃的远红外透射比； f,i第i层前玻璃的远红外反射比 ； b,i第i层后玻璃的远红外反射比 ； b

10、,i第i层后表面半球发射率； f,i第i层前表面半球发射率； g,i第i层玻璃的导热系数（ W/mK）。 各种建筑玻璃的光学及热工性能 透明玻璃 吸热玻璃 热反射玻璃 单片LowE玻璃 中空玻璃 镀膜中空玻璃 典型玻璃的光学、热工性能： 透明玻璃 透明玻璃的透射能力比较好，基本上可以透过全部 太阳能的80%，透明玻璃对太阳能谱最集中的 0.382.5m波长范围有较好的透射率。 Low-E玻璃 Low-E玻璃又称低辐射玻璃是在玻璃表面镀特殊的金 属氧化物薄膜，使照射于玻璃的远红外线被膜层反射， 从而降低玻璃的热辐射通过量。 Low-E玻璃对太阳辐射的透射和反射具有以下特性： 紫外线（0.290.

11、38m）：透射率低、反射率低、吸收率高； 可见光（0.380.76m）：透射率高、反射率低； 近红外线（0.762.5m）：透射率高、反射率低； 远红外线和长波热辐射（2.520m）：透射率低、反射率高。 LowE玻璃也分为在线镀膜（所谓硬镀膜）和离线 镀膜（所软硬镀膜）两种，在线镀膜比离线镀膜的长波 辐射反射能力差。这两种玻璃在透射性能方面相差不大 ，但在反射性能方面有较大的差异，在线玻璃有比较大 的吸收作用。 Low-E玻璃 中空玻璃在南方隔热、北方保温 南方夏季，中空玻璃的采用主要是为减少太阳辐射 。 南方夏季，中空玻璃首先是反射或吸收太阳短波辐 射，再利用中空玻璃的空气层有效隔绝温差传

12、热和 长波辐射，而使得大量的太阳辐射不进入室内。 北方冬季，中空玻璃一般是尽量减少对太阳短波辐 射的阻挡，而使得大量的太阳辐射进入室内。 北方冬季，中空玻璃传热系数小，可有效阻止温差 传热。 玻璃系统的遮阳设计原则 采用单片吸热玻璃、Low-E玻璃（在线）、遮阳型 Low-E玻璃（在线）有一定遮阳节能效果； 采用热反射玻璃遮阳效果明显； 采用吸热或镀膜中空玻璃比较好； 中空玻璃外片玻璃采用吸热、热反射、遮阳Low-E 玻璃，内片采用透明、Low-E玻璃等； 外片玻璃吸收绝大部分的太阳辐射热，空气层将外 片玻璃的热辐射阻挡在外面而不对室内产生传热。 中空玻璃的遮阳隔热效果 透明的中空玻璃对遮阳不

13、起什么作用； 吸热的中空玻璃有一定的遮阳作用； 热反射玻璃遮阳作用较好，但可见光透过率低； 透明Low-E中空玻璃遮阳作用有限； 遮阳型Low-E中空玻璃遮阳效果较好。 阳光控制型的Low-E中空玻璃有较好的遮阳效果， 又有较好的可见光透过率。 建筑门窗幕墙节能设计 1. 门窗幕墙热工计算原理 2. 门窗、幕墙几何描述 3. 玻璃光学热工性能计算 4. 框传热计算 5. 设计、计算边界条件 6. 结露性能评价计算 目 录 框的传热系数 因框的热工性能计算包括灰色体漫反射模型和玻璃 气体间层内、框空腔内的对流换热非常复杂需采用 有限元分析软件进行计算。 JGJ/T 151规定： 应采用二维稳态热

14、传导计算软件进 行框的传热计算。软件中的计算程序应包括本规程所规 定的复杂灰色体漫反射模型和玻璃气体间层内、框空腔 内的对流换热计算模型。 窗框与玻璃接缝的线传热系数 计算框的传热系数Uf时应符合下列规定： （1） 框的传热系数Uf应在计算窗或幕墙的某一框截面的 二维热传导的基础上获得； （2）在框的计算截面中，应用一块导热系数 =0.03 W/(mK)的板材替代实际的玻璃（或其他镶嵌板）， 板材的厚度等于所替代面板的厚度，嵌入框的深度按照实 际尺寸，可见部分的板材宽度bp不应小于200mm 窗框与玻璃接缝的线传热系数 在室内外计算条件下，用二维热传导计算软件计算流过图示截 面的热流qw，并应

15、按下式整理： Uf 框的传热系数 /(m2K)； Lf2D 框截面整体的线传热系 数/(mK)； Up 板材的传热系数 /(m2K)； bf框的投影宽度(m)； bp板材可见部分的宽度（m ）； Tn,in室内环境温度（K）； Tn,out室外环境温度（K）。 传热控制方程 计算框与玻璃系统（或其他镶嵌板）接缝的线传热系数时 应符合下列规定： （1）用实际的玻璃系统（或其他镶嵌板）替代导热系数 =0.03 W/(mK)的板材，其他尺寸不改变； bg200mm 传热控制方程 （2）用二维热传导计算程序，计算在室内外标准条件下流过图 示截面的热流q，q应按下式整理： 式中 框与玻璃（或其他 镶嵌板）接缝的线传热系数 W/(mK)； L2D框截面整体线传热系 数W/(mK)； g玻璃的传热系数 W/(m2K)； bg 玻璃可见部分的宽度（ m）。 Tn,in室内环境温度（K）； Tn,out室外环境温度（K）。 框的太阳光总透射比计算 框的太阳光总透射比应按下式计算： 式中 hout室外表面换热系数； f框表面太阳辐射吸收系数； Uf框的传热系数W/(m2K)； Asurf框的外表面面积（m2）； Af框投影