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1、玻璃幕墙U值理论计算与软件分析的对比http:/ 中国建筑装饰协会 2008-6-1 0:00:00 来源：1江苏合发集团有限责任公司 晁晓刚 刘长龙【摘 要】本文通过对隐框玻璃幕墙和明框玻璃幕墙的U值理论计算和软件分析对比，寻求二者间计算结果的差别。【关键词】热工，普通明框，隐框，隔热明框，玻璃，理论计算，软件分析。玻璃幕墙作为建筑的外维护体系，对整个建筑的热工性能有较大影响。我国于2005年4月4日发布公共建筑节能设计规范，2005年7月1日起正式实施，对幕墙传热系数提出了明确要求，同时也对幕墙的热工性能计算提出了新的要求。对幕墙热工的计算，有手工理论计算和软件分析两种途径。软件分析幕墙热
2、工性能，当前欧美采用比较成熟的软件有THERM6.0、WINDOW5.1及FLIXI2.1。THERM和WINDOW软件由美国劳伦斯.贝克利国家实验室（LBNL）开发，FLIXI软件由瑞士苏黎士Imfomind股份公司开发。WINDOW5.1是一个交互式的计算软件，该软件带有大型数据库，可通过交互选择各种窗框及玻璃来计算窗户传热系数U值；THERM和FLIXI软件带有各种装饰用材料的热工参数库及室内外环境热工参数库，由用户给定需计算的幕墙及窗户截面进行计算，具有较好的针对性。THERM和FLIXI软件都采用有限元算法，都是基于热流量及热流量损失的计算软件。THERM基于有限元分析方法，计算出的
3、热流量有3%的误差，U值有大约5%的误差。手工理论计算玻璃及幕墙热工性能，参考采用JGJ113-2003建筑玻璃应用技术规程附录C和建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程（征求意见稿）的计算理论。下面采用THERM6.0热工计算软件，用软件计算分析普通明框、隐框及隔热明框玻璃幕墙的传热系数，并和理论计算结果进行对比。一、玻璃幕墙U值理论计算方法玻璃幕墙U值理论计算参考JGJ113-2003建筑玻璃应用技术规程附录C中对玻璃U值的计算理论，采用建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程（征求意见稿）中的玻璃幕墙U值计算理论和附录中推荐的对框的传热系数简化计算方法进行计算。具体方法如下： 玻璃幕墙整体U值计算按以下公式：
4、UCW=（UgAg+UpAp+UfAf+glg+plp）/（Ag+Ap+Af）式中 Ag透明面板面积，mlg透明面板边缘长度，mUg透明面板中部的传热系数，W/（mk）g透明面板边缘附加线传热系数，W/（m.k）Ap非透明面板面积，mLp非透明面板边缘长度，mUp非透明面板中部的传热系数，W/（mk）p非透明面板边缘附加线传热系数，W/（m.k）Af框的投影面积，mUf框的面传热系数，W/（mk）（一）玻璃的传热系数U值计算方法1玻璃U值计算方法U值表示玻璃传热的参数，表示热量通过玻璃中心部位而不考虑边缘效应，稳定条件下，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。单位为W/（m2K
5、）U值按下列公式计算：（JGJ 113-2003 附录C.0.2-1）式中 he玻璃外表面换热系数，W/（m2K）hi玻璃内表面换热系数，W/（m2K）ht多层玻璃系统内部热传导系数，W/（m2K）2室内外换热系数hi、he计算（1）室外表面换热系数he室外表面换热系数he是玻璃附近风速的函数，可用下式近似计算：v（JGJ 113-2003 附录C.0.4-1）式中 v风速，m/s在比较U值时，可选用he等于23W/（m2K）（2）室内表面换热系数hi室内表面换热系数hi可用下式表达：（JGJ 113-2003 附录C.0.4-2）式中 hc对流导热，对于自由对流，hc=3.6W/（m2K）。
6、hr辐射导热，普通玻璃表面的辐射导热为4.4W/（m2K），如果内表面校正发射率较低，辐射导热率由下式给定：（JGJ 113-2003 附录C.0.4-3）式中 是镀膜表面的校正发射率，对于透明玻璃=0.8373多层玻璃系统内部热传导系数ht计算多层玻璃体系内部传热系数ht按照以下公式计算：（JGJ 113-2003 附录C.0.2-2）式中 hs气体空隙的热导率；N空气层的数量；M材料层的数量；dm每一个材料层的厚度；rm每一个材料层的热阻率（玻璃的热阻为 率1mK/W）气体空隙的导热率按下式计算：（JGJ 113-2003 附录C.0.2-3）式中 hr气体空隙的辐射导热系数；Hg气体空隙
7、的导热系数（包括传导和对流）（1）气体空隙的辐射导热系数hR按下式计算：（JGJ 113-2003 附录C.0.2-4）式中 斯蒂芬-波尔兹曼常数，为5.6710-8W/（m2K）；1和2气体间隙中两表面在气体平均温度Tm下校正发射率；Tm气体平均温度，可取Tm=283K；（2）气体空隙的导热系数hg按下式计算：（JGJ 113-2003 附录C.0.2-5）式中 s气体层的厚度，m；气体导热率，W/（mK）；Nu努塞尔准数，由下式给出：（JGJ 113-2003 附录C.0.2-6）式中 A常数；Gr格拉晓夫准数；Pr普朗特准数；n幂指数；如果Nu1，取为1；对于垂直空间：A=0.035，n
8、=0.38；水平情况：A=0.16，n=0.28；倾斜45度：A=0.10，n=0.31；格拉晓夫准数Gr由下式计算：（JGJ 113-2003 附录C.0.2-7）普朗特准数Pr由下式计算：（JGJ 113-2003 附录C.0.2-8）式中 T气体空隙前后玻璃表面的温度差，可取T=15K；气体密度，kg/m3；气体的动态黏度，kg/（ms）；c气体的比热，J/（kg.K）；Tm气体平均温度，可取Tm=283K；（二）框的传热系数计算方法本处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取内表面换热系数hin=8.0 W/m2K，外表面换热
9、系数hout=23 W/m2K。1塑料窗框传热系数表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/m2K）聚胺脂 带有金属加强筋净厚度5mm 2.8PVC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 2.02木窗框传热系数木窗框的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金属窗框传热系数框的传热系数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
10、，使用Uf0 =5.9 W/（m2K）；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；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.0.2-3 带热断桥的金属窗框的传热系数值图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0.20.3W/m.
11、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（ ）。（三）幕墙框与玻璃结合处的线传热系数窗框与玻璃结合处的线传热系数，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：表E.0.3 铝合金、钢（不包括不锈钢）中空玻璃的线传热系数窗框材料 双层或者三层未镀膜充
12、气或者不充气中空玻璃 （ 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 （ 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。二、THERM软件计算幕墙U值的内外部条件和材料参数（一）幕墙U值计算的室内外计算条件表1 冬季计算U值的外界条件名 称 热流量q W/ m 空气温度 对流系数hW/（mk）室外的，标准的 0 23.0000室内的，标准的 20 8.0000对称/隔热 0.0000 （二）
13、各种材料的热传导性能表2 计算中涉及的主要材料热传导性序号 名称 导热系数W/（m k）1 铝合金型材 160.0002 丁基胶 0.24003 三元乙丙橡胶EPDM 0.25004 普通单玻 1.00005 Low-E中空层 玻璃Low-E膜辐射率大约为0.12采用=0.0319W/（m k）的材料模拟6 硅酮结构胶 0.35007 Silica Gel（干燥剂） 0.13008 密封胶 0.12009 普通空气 0.024110 泡沫棒 0.0411 双面胶条 0.0512 尼龙66断热隔条 0.30三、U值计算的幕墙立面分格及节点（一）普通明框玻璃幕墙U值计算的立面分格及节点（二）隔热明框玻璃幕墙U值计算的立面分格及节点（三）隐框玻璃幕墙U值计算的立面分格及节点四、普通明框玻璃幕墙U值计算（一）软件分析计算普通明框玻璃幕墙
