围护结构热工计算.doc

10 围护结构热工计算10.1 墙体热工计算10.1.1 墙体传热系数1 传热系数K应按下列公式计算： （10.1.11） （10.1.12） （10.1.13） （10.1.14）式中Ro传热阻，表征围护结构（包括两侧表面空气边界层）阻抗热传递的能力，(m2K)/W； Ri内表面换热阻，（m2K/W）。一般取Ri0.11 （m2K/W），对于分户墙，两侧表面的换热阻均取Ri0.11(m2K)/W； Re外表面换热阻，一般取Re0.04（m2K）/W； R墙体结构层的热阻，等于构成墙体的各材料层的热阻之和，由单一或多层材料构成的结构层的热阻R按公式（10.1.13）和（10.1.14）计算，由两种以上材料组成的、两向非匀质围护结构（包括多种形式的空心砌块、填充保温材料的墙体等，但不包括多孔粘土空心砖），其平均热阻应按民用建筑热工设计规范GB 50176-93中附录二的公式（附2.3）进行计算，(m2K)/W； 各材料层的厚度，m； 各材料层的计算导热系数，W/(mK)； 各材料层材料的导热系数，一般为实验室干燥状态下的测定值，W/(mK)； a考虑使用位置和湿度影响的大于1.0的修正系数。材料的导热系数和修正系数a，可在民用建筑热工设计规范GB 50176-93的附录表4.1和附录表4.2中查取。2 外墙平均传热系数Km的计算外墙平均传热系数Km是由外墙主体部位的传热系数Kp与面积Fp和结构性热桥部位的传热系数Kb与面积Fb，用加权平均方法按下式计算：Km （10.1.15）式中Km外墙平均传热系数，（m2K）/W；KP外墙主体部位传热系数，m2K/W；FP外墙主体部位面积，m2；Kb外墙结构性热桥部位传热系数，m2K/W；Fb外墙结构性热桥部位面积，m2。由于外墙上结构性热桥部位的传热系数Kb和主体部位与结构性热桥部位的面积Fp与Fb的计算比较复杂，而且也不易计算准确。为方便外墙的建筑热工节能设计，可采用如下便捷方法计算外墙的平均传热系数Km。1) 结构性热桥部位的传热系数Kb按公式（10.1.11）计算，计算时，取钢筋混凝土结构性热桥部位的计算厚度b与外墙主体部位的计算厚度p相同。2) 根据所设计建筑的结构体系按表10.1.1-1选择外墙主体部位和结构性热桥部位的面积Fp、Fb在外墙面积中所占的比值A和B代替公式（10.1.15）中的Fp和Fb计算外墙的平均传热系数Km，见表10.1.1-1。表10.1.1-1 Fp、Fb在外墙面积中所占比值A和B建筑的结构体系A1.1 B砖混结构体系2.1.1.1.1.1.1 0.750.25框架结构体系0.650.35框剪结构体系0.55（填充墙）2.1.1.1.1.1.2 0.45剪力墙结构体系0.35（填充墙）0.65（剪力墙）亦可直接取剪力墙部位的K作为Km10.1.2 结构性热桥部位的低限传热阻Ro.min应按民用建筑热工设计规范GB 50176-1993第4.1.1条的规定进行计算，并选择适宜的保温措施使Ro.min符合采暖期间内表面不结露的要求。若外墙为轻质材料或内侧复合轻质材料时，该部位的最小传热阻Ro.min应根据外墙材料与构造进行附加：1 当建筑物处在连续供热采暖时，其附加值为30%40%；2 当建筑物在间隙供热采暖时，其附加值为60%80%。10.1.3 严寒和寒冷地区，当采暖建筑外墙的保温层外侧有密实保护层，或内侧结构层为加气混凝土、砖等多孔材料时，应按民用建筑热工设计规范GB 50176-93第六章的规定，进行内部冷凝受潮验算，并采取适宜的防潮措施以防止外墙内部冷凝。10.1.4 热惰性指标热惰性指标是目前居住建筑节能设计标准中，评价外墙和屋面隔热性能的一个设计指标，它是表征在夏季周期传热条件下，外围护结构抵抗室外温度波和热流波动能力的一个无量纲指标，以符号D表示，D值越大，温度波与热流波的衰减程度也越大。热惰性指标D应按下式计算： （10.1.4）式中Dj外墙各材料层的热惰性指标；Rj外墙各材料层的热阻(m2K)/W，按式（10.1.13）和式（10.1.14）计算；Sc,j各层材料的计算蓄热系数W/(m2K)，为材料的蓄热系数Sj与修正系数a的乘积，即Sc,jSja。材料的蓄热系数S和修正系数a可由民用建筑热工设计规范GB 50176-93的附录表4.1和附录表4.2中查取。空气间层的热惰性指标Da=0。如某层为两种以上材料组成，应按民用建筑热工设计规范GB50176-93附录二中的公式（附2.7）和（附2.8）计算该层的平均蓄热系数，然后与该层的平均热阻相乘，即为该层的平均热惰性指标值。同外墙取平均传热系数Km一样，也应考虑结构性热桥影响的平均热惰性指标Dm。Dm的计算方法与Km的计算方法相同，即由外墙主体部位的热惰性指标Dp与面积Fp和外墙结构性热桥部位的热惰性指标Db与面积Fb，用如同公式（10.1.15）的加权平均方法计算。10.1.5 保温隔热层厚度计算外墙的保温隔热层厚度（m）按下式计算：（） （10.1.5）式中保温材料的计算导热系数W/(mK)，a； Kre外墙规定的传热系数限值W/(m2K)，取所在地区建筑节能设计标准规定的外墙平均传热系数Km限值； Rc外墙构造层中除保温层外的各层材料的热阻之和(m2K)/W，按公式（10.1.13）和（10.1.14）计算。10.2 屋面热工计算10.2.1 传热系数屋面的传热系数K按公式（10.1.11）、（10.1.12）、（10.1.13）计算，计算要点如下：1 外表面的换热阻Re0.04(m2K)/W；2 内表面的换热阻Ri0.11(m2K)/W；3 平屋面找坡层的计算厚度取最小厚度，即起坡高度，m；4 防水层的热阻忽略不计；5 保温层材料的导热系数应取计算导热系数，即应以实验室绝干状态下测定的导热系数乘以大于1.0的修正系数a。材料的导热系数和修正系数a可由民用建筑热工设计规范GB 50176-93中的附表4.1和附表4.2查取；6 采用松散保温材料搅拌成的浆体材料作保温层，其导热系数应以混合后的实际材料导热系数计算。10.2.2 热惰性指标屋面的热惰性指标D按公式（10.1.4）计算，计算要点是：1 材料的导热系数和蓄热系数应取计算导热系数和计算蓄热系数Sc；2 如某层材料为两种以上材料组成时，应按民用建筑热工设计规范GB50176-93附录二中（二）的要求，先计算该层的平均蓄热系数j，然后再计算该层的热惰性指标j。10.2.3 保温隔热层厚度计算屋面的保温隔热层厚度（m）按公式（10.1.5）计算，计算要点是：1 保温材料的导热系数应取计算导热系数W/(mK)，a；2 屋面规定的传热系数KreW/(m2K)，取所在地区建筑节能设计标准规定的屋面传热系数K限值。10.3 楼地面热工计算10.3.1 传热系数楼板层的传热系数K按公式（10.1.11）、（10.1.12）、（10.1.13）计算，计算要点是：1 上下为居室的层间楼板的上、下表面换热阻均取Ra.b0.11(m2K)/W；2 底面接触室外空气的架空或外挑楼板的上表面换热阻Ra0.11(m2K)/W，下表面换热阻Rb0.05(m2K)/W；3 有地下室或地下室停车库楼板的上表面换热阻Ra0.11 (m2K)/W，下表面换热阻Rb0.08(m2K)/W；4 保温层材料的导热系数应按公式（10.1.14）取计算导热系数；5 有钢筋混凝土梁、肋的底面接触室外空气的架空通风或外挑楼板，当采用的外保温系统只是粘结在楼板底面时，应按公式（10.1.15）计算楼板的平均传热系数Km，并使Km符合标准中规定的限值。10.3.2 底层地面的热阻底层地面由于上下不是空气边界层，不能采用传热系数K作为评价底层地面的热工性能指标，只能采用热阻作为评价其热工性能的指标。底层地面的热阻Rg(m2K)/W按下列公式计算：RgRa+R （10.3.21）或 RgR （10.3.22）式中 Ra地面上表面的换热阻(m2K)/W，取Ra0.11(m2K)/W；R地面至垫层各层材料的热阻之和(m2K)/W，包括面层、保温层、垫层，各层材料的热阻Rj按公式（10.1.13）、（10.1.14）计算。底层地面热阻计算的要点是：1 垫层以上各层材料的导热系数可由民用建筑热工设计规范GB 50176-1993的附录表4.1中查取；2 严寒及寒冷地区的地面应将周边地面和非周边地面的热阻分别计算，周边地面系指距外墙2m以内的地面。10.3.3 保温层厚度计算地面的保温层厚度（m）按下式计算：（RreRc0.11）（10.3.3）式中保温层材料的计算导热系数，W/(mK)；Rre地面要求的热阻(m2K)/W，取所在地区建筑节能设计标准规定的地面热阻R限值；Rc地面面层至垫层除保温层外的各层材料的热阻之和(m2K)/W，按公式（10.1.12）和（10.1.13）计算。10.4 门窗、幕墙热工计算10.4.1 建筑门窗的传热系数K应按以下公式计算： （10.4.1）式中：K窗的传热系数，W/(m2K)；Ag窗玻璃面积，m2；Af窗框的投影面积， m2；l玻璃区域的周长，m；Kg窗玻璃中央区域的传热系数，W/(m2K)； Kf窗框的面传热系数，W/(m2K)；窗框和窗玻璃之间的附加线传热系数，W/(mK)。10.4.2 建筑门窗的遮阳系数应按照以下方法计算。1窗的太阳能总透射比gt采用下式计算： （10.4.2-1）式中gt窗的太阳能总透射比；Ag窗玻璃面积，m2；Af窗框的投射面积，m2；gg窗玻璃区域（或者其它镶嵌板）太阳能总透射比；gf窗框太阳能总透射比，对给定窗的不同部分应分别计算求和；At整窗的总投影面积，m2。2窗的遮阳系数SC应为窗的太阳能总透射比与标准3mm透明玻璃的太阳能总透射比之比，按下式计算： （10.4.2-2）式中SC整窗的遮阳系数；gt整窗的太阳能总透射比。10.4.3 幕墙单元的传热系数KCW按下式计算： （10.4.3-1）式中 Ag 透明面板面积，m2；lg 透明面板边缘长度，m；Kg 透明面板中部的传热系数，W/(m2K)；g 透明面板边缘附加线传热系数，W/(mK)；Ap 非透明面板面积，m2；lp 非透明面板边缘长度，m；Kp 非透明面板中部的传热系数，W/(m2K)；p 非透明面板边缘附加线传热系数，W/(mK)；Af框的投射面积，m2；Kf窗框的面传热系数，W/(m2K)；1当幕墙背后有实体墙，且幕墙与实体墙之间为封闭空气层时，实体墙部分的室内环境到室外环境的传热系数K按下式计算： （10.4.3-2）式中KCW实体墙部分面积范围内外层幕墙的传热系数，W/(m2K)；Rair幕墙与墙体间空气间层的热阻，一般可取0.17（m2K/ W）；KWall实体墙部分面积范围内实体墙的传热系数，W/(m2K)。2单层墙体的传热系数KWall按下式计算： （10.4.3-3）式中d单层材料的厚度，m；单层材料的导热系数，W/（mK）。3多层实体墙的传热系数KWall可采用下式计算： （10.4.3-4）式中di各层单层材料的厚度，m；i各层单层材料的导热系数，W/（mK）。若幕墙与实体墙之间存在热桥，当热桥的面积小于实体墙部分面积1时，热桥的影响可以忽略；当热桥的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（10.4.3-2）中的空气间层热阻Rair。当量热阻Reff按下式计算： （10.4.3-5）式中Ab热桥元件的面积，m2；A幕墙单元内空气间层的总面积，m2；热桥材料导热系数，W/（mK）；Rair空气间层的热阻，m2K/ W。10.4.4 玻璃幕墙单元的太阳能总透射比gg按下式计算： （10.4.4-1）式中 Ag 透明面板的面积，m2；gg 透明面板的太阳能总透射比；Ap 非透明面板的面积，m2；gp 非透明面板的太阳能总透射比；Af 框的面积，m2；gf 框的太阳能总透射比。幕墙的遮阳系数SC应为幕墙的太阳能总透射比与标准3mm透明玻璃的太阳能总透射比的比值，按下式计算： （10.4.4-2）式中SC幕墙的遮阳系数；gt幕墙的太阳能总透射比。框的太阳能总透射比gf按下式计算： （10.4.4-3）式中框的外表面换热系数，W/(m2K)；f框表面太阳辐射吸收系数，W/(m2K)；Kf框的传热系数，W/(m2K)；Asurf框的外表面面积，m2；Af框面积，m2。10.4.5 用二维有限单元法进行数字计算，可以得到窗框或幕墙框的传热系数。在没有详细的计算结果可以应用时，可以应用本条的计算方法得到窗框的传热系数。本节中给出的框的传热系数值都是对应窗或幕墙垂直安装时的情况。框传热系数的数值包括了框表面积的影响。计算传热系数的数值时取 hin=8.0 W/(m2.K) 和 hout=23 W/(m2.K)。1 塑料窗框的传热系数见表10.4.5-1。窗框材料窗框种类KfW/(m2.K)聚氨酯带有金属加强筋型材壁厚的净厚度5mm2.8PVC腔体截面从室内到室外为两腔结构，无金属加强筋2.2从室内到室外为两腔结构，带金属加强筋2.7从室内到室外为三腔结构，无金属加强筋2.0表10.4.5-1 带有金属钢衬的塑料窗框的传热系数2 木窗框木窗框的Kf值是在水汽含量在12%的情况下获得，窗框厚度见图10.4.5-2：Kf W/(m2K)图10.4.5-1 木窗框以及金属-木窗框的热传递与窗框厚度df的关系图10.4.5-2 不同窗户系统窗框厚度df的定义3 金属窗框1）金属窗框的传热系数Kf按下式计算： （10.4.5-1）式中Ad,i框的室内表面积，m2；Ad,e框的室外表面积，m2；Af,i室内的框投影面积，m2；Af,e室外的框投影面积，m2；hi窗框的内表面换热系数，W/(m2.K)，可取8.0 W/(m2.K)；he窗框的外表面换热系数，W/(m2.K)，可取23 W/(m2.K)；Rf窗框截面的热阻，(m2.K) / W，隔热条的导热系数可取为0.3W/m.K，热阻根据隔热条的尺寸和数