建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程

建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程 征求意见稿 1 总则 2 术语 符号 3 基本规定 4 玻璃光学热工性能 5 框的传热计算 6 空气层传热计算 7 整窗热工性能计算 8 建筑幕墙热工计算 9 遮阳系统计算 10 结露计算 附录 1 总则总则 1 0 1 为在建筑门窗 玻璃幕墙工程中贯彻执行国家的建筑节能政策 使门窗 玻璃幕墙工程的节能设计和 产品设计做到技术先进 经济合理 方便进行门窗 玻璃幕墙产品的节能性能评价 制定本规程 1 0 2 本规程适用于建筑工程中作为外围护结构使用的建筑外门窗 玻璃幕墙的传热系数 遮阳系数 可见 光透射比 结露性能的计算 1 0 3 本规程是参照国际标准 ISO15099 ISO10077 ISO10211 等系列标准 结合我国现行的相关标准制定 的 1 0 4 本规程所计算的传热系数和遮阳系数是在建筑门窗 玻璃幕墙空气渗透量为零的情况下 采用稳态传 热计算得到的 实际使用时应考虑空气渗透对热工性能和节能计算的影响 1 0 5 实际工程所用建筑门窗 玻璃幕墙的室内外热工计算条件应符合相应的建筑热工设计标准和建筑节能 设计标准 1 0 6 建筑门窗 玻璃幕墙所用材料的热工计算参数除使用本规程给出的参数外 还应符合其它强制性的热 工设计标准和建筑节能设计标准的相关规定 实际工程中所使用材料的热工参数应按照相应材料的实际参 数选取 2 术语 符号术语 符号 2 1 术语 2 1 1 夏季标准计算条件 standard summer environmental condition 用于门窗或幕墙产品设计 性能评价热工性能参数计算的夏季标准热工计算环境条件 2 1 2 冬季标准计算条件 standard winter environmental condition 用于门窗或幕墙产品设计 性能评价热工性能参数计算的冬季标准热工计算环境条件 2 1 3 传热系数 U thermal transmittance 门窗或幕墙两侧环境温度差为 1 时 在单位时间内通过单位面积围护结构的传热量 2 1 4 太阳能总透射比 g total solar energy transmittance 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 1 5 遮阳系数 SC shading coefficient 在给定条件下 太阳辐射透过外窗或幕墙所形成的室内得热量 与相同条件下透过相同面积的标准玻璃 3mm 厚透明玻璃 所形成的太阳辐射得热量之比 2 1 6 可见光透射比 visible transmittance 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 2 1 7 可视部分 vision area 太阳直射光入射后 其直接透射主要为直射透射的门窗或幕墙部分 2 1 8 露点温度 dew point temperatures 在恒定压力 恒定的水蒸气含量条件下 当空气发生饱和水蒸气状态时 相对湿度等于 100 在物体表 面有水气凝结时 的温度 2 2 符号 2 2 1 本规程采用如下符号 A 面积 m2 A 高宽比 Ai 第 i 层空腔吸收的太阳能 cp 常压下的比热容 d 厚度 m S 标准太阳辐射光谱函数 D 标准光源 CIE D65 ISO 10526 光谱函数 g 太阳能总透射比 g 重力加速度 h 表面换热系数 W m2 K H 空气间层高度 m 在第 i 层和第 i 1 层玻璃层之间向外的辐射照度 W m2 在第 i 层和第 i 1 层玻璃层之间向内的辐射照度 W m2 I 太阳辐射照度 W m2 J 辐射强度 W m2 L 玻璃系统空气间层长度 m L2D 二维传热计算的截面线传热系数 l 长度 m N 玻璃层数加 2 摩尔质量 mol 努塞尔数 Nusselt number P 压力 Pa Q 热流量 W q 热流密度 W m2 气体常数 J kmol K R 热阻 m2 K W 瑞利数 Rayleigh number 基于长度 x 的瑞利数 Rayleigh number Si 第 i 层玻璃吸收的太阳辐射 W m2 t 厚度 m 框内空腔垂直于热流的最大尺寸 m T 温度 K T10 抗结露性能评价指标 u 邻近表面的气流速度 m s U 传热系数 W m2 K V 窗或幕墙附近自由流流速 或某个部位的平均气流速度 m s V 视见函数 ISO CIE 10527 太阳辐射吸收系数 填充气体热膨胀系数 K 1 半球发射率 斯蒂芬 波尔兹曼常数 5 67 10 8W m2 K4 导热系数 W m K 流体运动粘度 g m s 线传热系数 W m K 密度 kg m3 反射系数 透射系数 2 2 2 本规程的符号采用以下注脚 表 2 2 2 注脚 注脚名称 ave平均 air空气 bot底部 b背面 B遮阳帘 百叶 织物帘 c对流 cg玻璃中心 cold冷侧条件 crit临界 dif散射 dir直射 eff有效的 等效的 eq相等的 f前面或框 g玻璃或透明部分 h热 h水平 hot热侧条件 in室内 或空气间层的入口 m平均值 mix混合物 n环境 ne室外环境 ni室内环境 out室外 或空气间层的出口 p平板 r辐射或发射 red长波 远红外 辐射 s太阳 源头或表面 surf表面 t全部 top顶部 V垂直 x距离 3 基本规定基本规定 3 1 计算环境边界条件计算环境边界条件 3 1 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 3 1 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 1 3 各种情况下都应选用下列光谱 S 标准太阳辐射光谱函数 ISO 9845 1 D 标准光源光谱函数 CIE D65 ISO 10526 R 视见函数 ISO CIE 10527 3 1 4 冬季计算标准条件应为 Tin 20 Tout 0 hc in 3 6 W m2 K hc out 20 W m2 K Trm Tout Is 300 W m2 3 1 5 夏季计算标准条件应为 Tin 25 Tout 30 hc in 2 5 W m2 K hc out 16 W m2 K Trm Tout Is 500 W m2 3 1 6 计算传热系数应采用冬季计算标准条件 并取 Is 0 W m2 3 1 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 3 1 8 抗结露性能计算的标准边界条件应为 室内环境温度 20 室外环境温度 10 20 室内相对湿度 30 50 70 室外风速 4m s 3 1 9 计算框的太阳能总透射比 gf 应使用下列边界条件 3 1 7 式中 框表面太阳辐射吸收系数 Is 太阳辐射照度 3 1 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 3 2 对流换热计算对流换热计算 3 2 1 当室内气流速度足够小 小于 0 3m s 时 内表面的对流换热应按自然对流换热计算 当气流速度大 于 0 3m s 时 应按强迫对流和混合对流计算 设计或评价建筑门窗 玻璃幕墙定型产品的热工参数时 门窗或幕墙室内表面的对流换热系数应符合 3 1 节的规定 3 2 2 内表面的对流热换热按自然对流计算时 自然对流换热系数 hc in 应根据努赛尔数 Nusselt number Nu 的值确定 并按下式计算 3 2 2 1 式中 空气导热系数 H 窗高 努赛尔数 Nu 是基于窗高 H 的雷利数 RaH 的函数 雷利数 RaH 由下式表示 3 2 2 2 式中 Tm f 为平均气流温度 用下式表示 3 2 2 3 努赛尔数 Nu 的值应是表面倾斜角度 规定见图 的函数 当室内温度高于门窗内表面温度 即 Tin Tb n 时 努赛尔数 Nu 的值可采用以下各式计算 1 倾斜角度 由 0 到 15 0 15 3 2 2 4 2 倾斜角度 由 15 到 90 15 90 3 2 2 5 3 2 2 6 采用度 3 2 2 7 3 倾斜角度 由 90 到 179 90 179 3 2 2 8 4 倾斜角度 由 179 到 180 179 180 3 2 2 9 当室内温度低于门窗内表面温度 Tin Tb n 时 倾斜角度 应以 180 代替 进行计算 3 2 3 在实际工程中 当内表面有较高速度气流时 室内对流换热按强制对流计算 门窗内侧强制对流用下 列关系式计算 ISO 6946 3 2 3 式中 VS 门窗壁面附近的气流速度 m s 3 2 4 外表面对流换热应按强制对流换热计算 设计或评价建筑门窗 玻璃幕墙定型产品的热工参数时 门 窗或幕墙室外表面的对流换热系数应符合 3 1 节的规定 3 2 5 当进行工程设计或评价实际工程用产品性能计算时 外表面对流换热系数应用下列关系式计算 3 2 5 式中 VS 门窗壁面附近的气流速度 m s 3 2 6 当进行建筑的全年能耗计算时 门窗或幕墙构件外表面对流换热系数应用下列关系式计算 3 2 6 3 2 7 门窗 幕墙附近的风速应按照门窗 幕墙的朝向和吹向建筑的风向和风速确定 1 如果门窗所在的建筑表面是迎风的 VS 应按下式计算 V 2 m s 3 2 7 1 V 2 m s 3 2 7 2 式中 V 在开阔地上测出的风速 2 如果门窗所在的建筑表面为背风时 VS 应按下式计算 m s 3 2 7 3 3 为了确定表面是迎风的还是背风的 要计算相对于墙面的风向 见图 3 2 7 4 如果 则 如果 表面为迎风向 否则表面为背风向 式中 风向 由北朝顺时针测量的角度 见图 墙的方位 由南向西为正 反之为负 见图 n 墙的法向方向 N 北向 S 南向 图 3 2 7 确定风向和墙的方位示意图 3 2 8 当外表面风速较低时 外表面自然对流换热系数 用努赛尔数来确定 3 2 8 1 式中 空气的导热系数 H 空腔高度 努赛尔数 Nu 是雷利数 RaH 和空腔高度 H 的函数 雷利数 RaH 应由下式确定 3 2 8 2 依据平均气流温度 评价各种流体性质 3 2 8 3 式中 Tout 室外空气温度 Ts out 幕墙门窗外表面温度 外表面对流换热系数的计算与 3 2 2 内表面计算相同 倾角 应由补角 180 代替 3 3 长波辐射换热长波辐射换热 3 3 1 室外平均辐射温度的取值应分为两种应用条件 实际工程条件和用于建筑门窗 玻璃幕墙定型产品性 能设计或评价 3 3 2 对于实际工程计算条件 应由室外平均辐射温度求得室外辐射照度 3 3 2 1 室外平均辐射温度定义为 3 3 2 2 式中 门窗系统相对地面 即水平线以下区域 和天空的角系数 晴空的比例系数 门窗系统相对地面 天空的角系数 晴空的比例系数由下式计算 3 3 2 3 3 3 2 4 式中 门窗系统对地面的倾斜角度 当已知晴空辐射照度 时 应直接按下列公式计算 3 3 2 5 3 3 2 6 3 3 2 7 3 3 3 室内辐射照度定义应为 3 3 3 1 门窗内表面可认为仅受到室内表面的辐射 墙壁和楼板可作为在室内温度中的大平面 室内辐射照度为 3 3 3 2 3 3 4 内表面计算时 可用下列公式简化计算玻璃部分和框部分表面辐射热传递 3 3 4 1 3 3 4 2 式中 Trm in 室内辐射温度 Ts in 室内玻璃面或框表面温度 s in 玻璃面或框材料室内表面半球发射率 计算建筑门窗 幕墙定型产品的热工参数时 门窗或幕墙室内表面的辐射换热系数应采用下式计算 3 3 4 3 3 3 5 进行外表面计算时 可用下面的公式简化玻璃面上和框表面上的辐射传热计算 3 3 5 1 3 3 5 2 式中 Trm out 室外辐射温度 Ts out 室外玻璃面或框表面温度 s out 玻璃面或框材料室外表面半球发射率 计算建筑门窗 幕墙定型产品的热工参数时 门窗或幕墙室外表面的辐射换热系数应采用下式计算 3 3 5 3 3 4 综合对流和辐射换热综合对流和辐射换热 3 4 1 外表面或内表面的换热 3 4 1 1 式中 3 4 1 2 表面温度 环境温度 应按照下式计算 3 4 1 3 3 4 2 表面换热系数应根据面积用下式修正 3 4 2 4 玻璃光学热工性能玻璃光学热工性能 4 1 单层玻璃的光学热工性能计算 4 1 1 单层玻璃的光学 热工性能应根据单片玻璃的测定光谱数据进行计算 单片玻璃的光谱数据应包括透射率 前反射率和后反射率 并至少包括 280nm 2500nm 波长范围 不 同波长段的间隔应满足如下间隔要求 1 波长 280 400nm 间隔不宜超过 5nm 2 波长 400 1000nm 间隔不宜超过 10nm 3 波长 1000 2500nm 间隔不宜超过 50nm 4 1 2 单片玻璃的可见光透射比 V 应按下式计算 4 1 2 式中 D 光源 D65 的相对光谱功率分布 玻璃的光谱透射比 V 人眼的视见函数 4 1 3 单片玻璃的可见光反射比 V 应按下式计算 4 1 3 式中 玻璃的光谱反射比 4 1 4 单片玻璃的太阳能直接透射比 S 应按下式计算 4 1 4 式中 玻璃的光谱透射比 S 太阳光谱 4 1 5 单片玻璃的太阳能直接反射比 S 应按下式计算 4 1 5 式中 玻璃的光谱反射比 4 1 6 单片玻璃的太阳能总透射比 按照下式计算 4 1 6 1 式中 hin 玻璃内表面换热系数 hout 玻璃外表面换热系数 As 为单片玻璃的太阳辐射吸收系数 采用下式计算 4 1 6 2 式中 s 单片玻璃的太阳能直接透射比 s 单片玻璃的太阳能直接反射比 4 1 7 单片玻璃的遮阳系数 SCcg 应按下式计算 4 1 7 式中 g 太阳能总透射比 4 2 多层玻璃的光学热工性能计算 4 2 1 多层玻璃太阳光学计算可采用下图所示模型 图 4 2 1 1 玻璃层的吸收率和太阳光透射比 图中表示一个具有 n 层玻璃的玻璃系统 将玻璃分为 n 1 个气体间层 最外面为室外环境 i 1 内层 为室内环境 i n 1 对于给定的波长 玻璃系统的光学分析应考虑在第 i 1 层和第 i 层玻璃之间辐射能 量 和 角标 和 分别表示辐射流向室外和向室内 如下图所示 图 4 2 1 2 多层玻璃体系中太阳辐射热的分析 设定室外只有太阳的辐射 室外和室内环境的对太阳辐射的反射率均为零 即 4 2 1 1 4 2 1 2 当 i 1 时 4 2 1 3 当 i n 1 时 4 2 1 4 当 i 2 n 时 i 1 至 n 4 2 1 5 i 2 至 n 4 2 1 6 利用解线性方程组的方法计算所有各个气体层的 I i 和 I i 的值 传向室内的直接透射比由下式计算 4 2 1 7 反射到室外的直接反射比由下式计算 4 2 1 8 应确定太阳辐射被每层玻璃吸收的部分 这一量值以在第 i 层的吸收率 Ai S 表示 采用下式计算 4 2 1 9 4 2 2 在计算光学性能和能耗时 对应 的 S 值列于附表中 分别表示为 j 和 S 应用插值法求解 表中没有包含的 S 值 4 2 3 可依据 4 2 1 对整个太阳光谱进行数值积分 得到第 i 层玻璃吸收的太阳辐射热流密度 4 2 3 1 4 2 3 2 式中 照射到玻璃系统的太阳辐射被第 i 层玻璃所吸收的部分 4 2 4 多层玻璃的可见光透射比的计算根据 4 2 1 采用 4 1 2 的公式计算 可见光反射比的计算根据 4 2 1 采用 4 1 3 的公式计算 4 2 5 多层玻璃的太阳能直接透射比根据 4 2 1 采用 4 1 4 的公式计算 太阳能直接反射比根据 4 2 1 采用 4 1 5 的公式计算 4 3 玻璃区域的传热计算 4 3 1 玻璃气体层间的能量平衡可用基本的关系式表达如下 4 3 1 1 图 4 3 1 第 层玻璃的能量平衡 式中 Tf i 第 i 层玻璃前表面温度 Tb i 1 第 i 1 层玻璃后表面温度 Jf i 第 i 层玻璃前表面辐射热 Jb i 1 第 i 1 层玻璃后表面辐射热 在每一层气体间层中 应该应用以下方程 4 3 1 2 4 3 1 3 4 3 1 4 4 3 1 5 式中 tgl i 第 i 层玻璃的厚度 b 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 gl i 第 i 层玻璃的导热系数 在计算传热系数时 令太阳辐射 在每层材料均为玻璃的系统中可以采用如下热平衡方程计算气 体间层的传热 4 3 1 6 式中 hr i 第 i 层气体层的辐射换热系数 由 4 3 7 式给出 4 3 2 玻璃层间充气空腔的对流换热系数可由无量纲的努赛尔数确定 4 3 2 式中 dg i 玻璃间层充气空腔 i 的厚度 g i 所充气体的导热系数 Nui 通过倾斜空气层传热的实验结果所计算的值 Nui 为雷利数 Raj 空腔高厚比 Ag i 和空腔倾角 的函数 注 在计算高厚比大的空腔时应考虑玻璃会发生弯曲现象对厚度的增加和减少 发生弯曲的原因包括 空腔平均温度 空气湿度含量的变化 干燥剂对氮气的吸收 充氮气过程中由于海拔高度和天气变化造成 压力的改变等因素 4 3 3 玻璃层间空腔的雷利数 Rayleigh 可表示为 4 3 3 1 可将填充气体作理想气体处理 气体热膨胀系数为 4 3 3 2 式中 填充气体的平均温度 K 第 层充气空腔的高厚比为 4 3 3 3 式中 H 充气空腔顶到底的距离 通常应和窗的透光区高度相同 4 3 4 在定量计算通过玻璃层空腔的对流热传递时 应对应于特定的倾角 值或范围 作为 的函数 应 是假设空腔从室内加热 即 Tf i Tb i 1 若实际上室外温度高于室内 Tf I Tb i 1 则要将倾角以 180 代替 空腔的努赛尔数 Nui 应由以下计算公式确定 1 空腔倾角 0 60 且 4 3 4 1 式中 2 空腔倾角 60 4 3 4 2 式中 3 空腔倾角 60 90 对于倾角在之间的空腔 对式 4 3 4 2 和 4 3 4 3 的结果之间作线性插值 这些公 式在以下范围内是有效的 且 4 垂直空腔 4 3 4 3 5 104 Ra 104 Ra 5 104 Ra 104 5 空腔倾角 90 到 180 面向下的窗空腔层应用下式公式 4 3 4 4 式中 由公式 4 3 4 3 给出的垂直空腔的努赛尔数 4 3 5 填充气体的密度应用理想气体定律计算 4 3 5 式中 P 气体压力 标准状态下 P Pa Tm 气体的温度 标准状态下 Tm 293 K 定压比热容 cp 运动粘度 导热系数 是温度的线性函数 附录给出计算 cp 和 的系数 a 和 b 4 3 6 混合气体的密度 导热系数 粘度和比热容是各成分相应性质的函数 1 摩尔质量 4 3 6 1 式中 是混合气体中某一气体成分的摩尔 2 密度 4 3 6 2 3 比热容 4 3 6 3 式中 4 粘度 4 3 6 4 式中 5 导热系数 4 3 6 5 式中 单原子气体的导热系数 多原子气体由于内能的散发所产生的附加能量运动 应按以下步骤求取 计算 计算 式中 第层填充气体的导热系数 用计算 用计算 4 3 7 远红外辐射透射比为 0 的玻璃 或其它板材 气体间层两侧玻璃的辐射换热系数 hr 可以采用下式 计算 4 3 7 式中 斯蒂芬 波尔兹曼常数 1 2 气体间层中的两个玻璃表面在平均绝对温度 Tm 下的半球发射率 Tm 气体间层中两个表面的平均绝对温度 K 4 4 玻璃系统的热工参数计算 4 4 1 计算玻璃系统的传热系数时 可采用简单的模拟环境条件 仅包括室内外温差 没有太阳辐射 4 4 1 1 计算传热系数时应设定没有太阳辐射 4 4 1 2 式中 Is 0 没有计算太阳辐射热作用 通过门窗传向室内的净热流 W m2 室外环境温度 室内环境温度 玻璃的总传热阻 Rt 为各层玻璃 空腔 内外表面换热阻之和 4 4 1 3 式中 Rg i 第 i 层玻璃的固体热阻 由下式计算 4 4 1 4 第一层空腔为室外 最后一层空腔 n 1 为室内 第 i 层空腔的热阻为 4 4 1 5 式中 第 i 层空腔的外表面和内表面温度 qi 第 i 层空腔的热流密度 由第 4 3 1 条给出 环境温度应是周围空气温度 Tair 和平均辐射温度 Trm 的加权平均值 环境温度为 4 4 1 6 式中 和应由第 3 章所给出的方法计算确定 4 4 2 玻璃系统的遮阳系数 各层玻璃室外侧方向的热阻用下式计算 4 4 2 1 式中 Rg i 第 i 层玻璃的固体热阻 Rg k 第 k 层玻璃的固体热阻 Rk 第 k 层空腔的热阻 各层玻璃向室内的二次传热用下式计算 4 4 2 2 玻璃系统的太阳能总透射比应按下式计算 4 4 2 3 玻璃系统的遮阳系数按 4 1 6 式计算 5 框的传热计算框的传热计算 5 1 一般规定 5 1 1 框的面积应按照如下规定 框室内侧面积 Afi 指框从室内侧投影到与玻璃 或其它镶嵌板 平行的平面上的面积 框室外侧面积 Afe 指框从室外侧投影到与玻璃 或其它镶嵌板 平行的平面上的面积 框面积 Af 取框室内侧面积 Afi 和框室外侧面积 Afe 两者中的大者 5 1 2 玻璃 或其它镶嵌板 的面积应按照如下规定 当室内和室外两侧所见玻璃 或其它镶嵌板 的面积不相同时 取其中的小者作为计算所用的玻璃面积 Ag 或其它镶嵌板面积 Ap 当玻璃与框相接处胶条能被见到时 所见的胶条覆盖部分也应计入玻璃面积 5 1 3 玻璃 或其它镶嵌板 的周长 玻璃 或其它镶嵌板 与窗框接缝的总长度是玻璃 或其它镶嵌板 的周长 lg 或 lp 5 1 4 窗或幕墙的面积 窗或幕墙的面积 Aw 是框面积 Af 和玻璃 包括其它镶嵌板 面积 Ag 包括 Ap 之和 5 2 框的传热系数和框与面板接缝的线传热系数 5 2 1 框的传热系数 Uf 计算 框的传热系数 Uf 应是在计算窗或幕墙的某一截面部分的二维热传导的基础上获得的 在图 5 2 1 所示的框截面中 用一块导热系数 0 035W m K 的板材替代实际的玻璃 或其它镶嵌板 框部分的形状 尺寸 构造和材料都应与实际情况完全一致 板材的厚度等于玻璃系统 或其它镶嵌板 的厚度 嵌入框的深度按照实际尺寸 可见板宽应超过 200mm 图 5 2 1 框传热系数计算模型示意图稳态二维热传导计算应采用认可的软件工具 软件中的计算程序应包 括本标准所规定的复杂灰色体漫反射模型和玻璃气体间层内以及框空腔内的对流换热计算模型 用程序计算在室内外标准条件下流过图示截面的热流 qw qw 应按下列方程整理 5 2 1 1 截面的传热系数 5 2 1 2 框的传热系数 5 2 1 3 式中 f 框的传热系数 2 Lf2D 截面的传热系数 p 板的传热系数 2 bf 框的投影宽度 bp 镶嵌板可见部分的宽度 5 2 2 框与玻璃系统 或其它镶嵌板 接缝的线传热系数 的计算 在图 5 2 1 所示的计算模型中 用实际的玻璃系统 或其它镶嵌板 替代导热系数 0 035 W m K 的板 材 所得到的计算模型如图 5 2 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 应按下列方程整理 5 2 2 1 截面的传热系数为 5 2 2 2 框与面板接缝的线传热系数 5 2 2 3 式中 框与玻璃接缝的线传热系数 L 2D 截面的线传热系数 f 窗框的传热系数 W g 玻璃中心部分的传热系数 W bf 窗框的投影宽度 bg 玻璃可见部分的宽度 5 3 传热控制方程 5 3 1 框 包括固体材料 空腔和缝隙 的计算所采用的稳态二维热传导计算程序应依据如下热传递的基本 方程 5 3 1 1 窗框内部任意两种材料相接表面的热流密度 q 应用下式计算 5 3 1 2 式中 材料的导热系数 ex ey 两种材料交界面单位法向量在 x 和 y 方向的分量 在窗框的外表面 热流密度 q 等于 5 3 1 3 式中 qc 热流密度的对流换热部分 qr 热流密度的辐射换热部分 5 3 2 计算网格的划分 用二维稳态热传导方程求解框截面的温度和热流分布在截面上划分网格应遵循以下原则 1 任何一个小格内部只能含有一种材料 2 网格的疏密程度应根据温度分布变化的剧烈程度而定 应根据经验判断 温度变化剧烈的地方网格 应密些 温度变化平缓的地方网格可以粗些 3 网格越密计算结果越可靠 当进一步细分网格 流经窗框横截面边界的热流不再发生明显的变化时 该网格的疏密程度可以认为是适当的 4 允许用若干段折线来近似代替实际的曲线 5 3 3 固体材料的导热系数可以选用本标准附录的数据 也可以直接利用测定的结果 在求解二维稳态传热 方程时 假定所有材料热导系数均不随其温度变化 固体材料的表面发射率值可以按照本标准的附录选用 5 3 4 当有热桥存在时 应计算热桥部位 例如螺栓 螺钉等 固体的当量导热系数 5 3 4 1 式中 s 热桥元件的面积 例如螺栓的面积 Ad 热桥元件的间距范围内材料的总面积 热桥材料导热系数 无热桥材料时材料的导热系数 可利用下面的原则判断是否需要考虑热桥影响 a 若 Fb 1 忽略热桥影响 b 若 1 Fb 5 且 b 10 n 使用上述计算方法 C 若 Fb 5 必须使用上述计算方法 5 4 玻璃空气间层的传热 5 4 1 计算第 5 2 2 条定义的框与玻璃系统 或其它镶嵌板 接缝的线传热系数 时 应计算玻璃空气间层 的传热 玻璃空气间层的传热应采用当量导热系数的方法来处理 可将玻璃的空气间层的当作一种不透明 的固体材料 这种材料的当量导热系数用第 4 章玻璃系统分析的结果来计算 第 i 个空气间层的当量导热 系数应用下式确定 5 4 1 5 5 封闭空腔的传热 5 5 1 处理框内部封闭空腔的传热应采用当量导热系数的方法 将封闭空腔当作一种不透明的固体材料 其 当量导热系数应考虑空腔内的辐射和对流传热 由下式确定 5 5 1 1 式中 eff 封闭空腔的当量导热系数 hc 封闭空腔内空气的对流传热系数 hr 封闭空腔的辐射传热系数 d 封闭空腔在热流方向的厚度或宽度 对流换热系数 hc 应根据努谢尔特准则数来计算 应依据热流方向是朝上 朝下或水平分别考虑三种不同 情况的努谢尔特准则数 5 5 1 2 式中 Nu 努谢尔特准则数 air 空气的导热系数 5 5 2 热流朝下的空腔努谢尔特准则数 热流朝下的矩形封闭空腔如图 5 5 2 中 A 所示 其努谢尔特准则数为 5 5 2 1 图 5 5 2 空腔热流示意 5 5 3 热流朝上的空腔努谢尔特准则数 热流朝上的矩形封闭空腔如图 5 5 2 中 B 所示 这种情况具有内在的不稳定性 产生的努谢尔特准则数 依赖于空腔的高宽比 Lv Lh 其中 Lv 和 Lh 为空腔垂直和水平方向的尺寸 a 对于 Lv Lh 1 的情况 5 5 3 1 b 对于 1 Lv Lh 5 的情况 努谢尔特准则数按下式计算 5 5 3 2 式中 Racrit 为一临界瑞利数 由下式计算 Ra 为空腔的瑞利数 由下式计算 对于 Lv Lh 5 的情况 努谢尔特准则数应按下式计算 5 5 3 5 5 4 水平热流的空腔努谢尔特准则数 水平热流的矩形封闭空腔如图 5 5 2 中 C 所示 对于 Lv Lh 0 5 的情况 努谢尔特准则数按下式计算 5 5 4 1 式中 Ra 是空腔的瑞利数 由下式计算 对于 Lv Lh 5 的情况 其努谢尔特准则数取下列三式计算出的最大值 5 5 4 2 5 5 4 3 5 5 4 4 对于 0 5 Lv Lh 0 a 7 5 b 237 3 对于冰面 t 0 a 9 5 b 265 5 10 2 2 在空气相对湿度 f 下 空气的水蒸汽压可按下式计算 10 2 2 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 10 2 3 空气的露点温度可以采用下面公式计算 10 2 3 式中 Td 空气的露点温度 e 空气的水蒸汽压 hPa a b 参数 对于水面 t 0 a 7 5 b 237 3 对于冰面 t 0 a 9 5 b 265 5 10 3 结露的计算与评价 10 3 1 门窗或幕墙各个框 面板的抗结露性能评价指标 T10 应按照以下方法确定 1 计算采用抗结露性能计算用环境条件 2 采用二维模拟程序来计算门窗或幕墙框和玻璃部分每个细分段的温度 3 对所有节点内表面分段的温度进行排队 4 由最内表面低温段开始 按照内表面分段所代表的面积进行累加 直至统计面积达到该节点所 占面积的 10 5 将所统计的最高温度定为 T10 10 3 2 评价指标计算时 计算节点应包括所有的框 面板边缘以及面板中部 10 3 3 工程设计或评价时 门窗 幕墙各个部分的评价指标 T10 均不低于露点温度为满足要求 10 3 4 进行产品性能分级或评价时 可按各个部分最低的评价指标 T10 min 进行分级或评价 附录附录 附录 A 材料的导热系数 l A 0 1 表 A 0 1 中给出材料的导热系数 表 A 0 1 常用材料的导热系数 用途材料密度 kg m3 导热系数 W m K 铜 8900380 铝 硅合金 2800160 黄铜 8400120 铁 780050 不锈钢 790017 PVC13900 17 硬木 7000 18 软木 常用于建筑构件中 5000 13 窗框 玻璃钢 UP 树脂 19000 40 碳酸钙玻璃 25001 0 PMMA 有机玻璃 11800 18 玻璃 聚碳酸脂 12000 20 聚冼氨 尼龙 11500 25 尼龙 6 6 和 25 玻璃纤维 14500 30 高密度聚乙烯 HD 9800 50 低密度聚乙烯 LD 9200 33 固体聚丙烯 9100 22 带有 25 玻璃纤维的聚丙烯 12000 25 热断桥 PU 聚亚氨脂树脂 12000 25 刚性 PVC 13900 17 防雨氯丁橡胶 PCP 12400 23 EPDM 三元乙丙 11500 25 纯硅胶 12000 35 柔性 PVC 12000 14 聚脂马海毛 0 14 密封条 柔性人造橡胶泡末60 80 0 05 PU 刚性聚氨脂 12000 25 固体 热融异丁烯 12000 24 聚硫胶 17000 40 纯硅胶 12000 35 聚异丁烯 9300 20 聚脂树脂 14000 19 硅胶 干燥剂 7200 13 分子筛 650 to 7500 10 低密度硅胶泡末 7500 12 密封剂 中密度硅胶泡末 8200 17 附录 B 气体热物理性能 B 0 1 下列表的线性公式系数 计算填充空气 氩气 氮气 氙气四种气体空腔的导热系数 粘度和 常压比热容 传热计算时 假设所充气体是不辐射 吸收的气体 表 B 1 气体的导热系数 气体系数 a W m k 系数 b W m k2 0 时 W m k 10 时 W m k 空气 2 873 10 37 760 10 5 0 02410 0249 氩气 2 285 10 35 149 10 5 0 01630 0168 氪气 9 443 10 42 826 10 5 0 00870 0090 氙气 4 538 10 41 723 10 5 0 00520 0053 其中 W m K 表 B 2 气体的粘度 气体系数 a N S m2 系数 b N S m2 k2 0 时 10 时 空气 3 723 10 64 940 10 81 722 10 51 771 10 5 氩气 3 379 10 66 451 10 82 100 10 52 165 10 5 氪气 2 213 10 67 777 10 82 346 10 52 423 10 5 氙气 1 069 10 67 414 10 82 132 10 52 206 10 5 其中 kg m s 表 B 3 气体的常压比热容 气体系数 a J kg k 系数 b J kg k2 Cp 0 时 Cp 10 时 空气 1002 7370 1 2324 10 2 1006 10341006 2266 氩气 521 92850521 9285521 9285 氪气 248 09070248 0917248 0917 氙气 158 33970158 3397158 3397 其中 J kg k 表 B 4 气体的摩尔质量 气体 Kg KmoL 空气 28 97 氩气 39 948 氪气 83 80 氙气 131 30 附录 C 校准发射率的确定 C 0 1 标准发射率 n 的确定 镀膜表面的标准发射率 n 应在接近正常入射状况下利用红外谱仪测出其谱线的反射曲线 并应按 照下列步骤计算出来 按照表 A 1 给出的 30 个波长值 测定相应的反射系数 Rn i 曲线 取其数学平均值 得到 283K 温度下的常规反射系数 C 0 1 1 283K 的常规发射率由下式给出 C 0 1 2 C 0 2 校正发射率 的确定 用表 C 2 给出的系数乘以常规发射率 n 即得出校正发射率 表 C 1 用于测定 283K 下标准反射率 Rn 的波长 单位 微米 序号波长序号波长 15 51614 8 26 71715 6 37 41816 3 48 11917 2 58 62018 1 69 22119 2 79 72220 3 810 22321 7 910 72423 3 1011 32525 2 1111 82627 7 1212 42730 9 1312 92835 7 1413 52943 9 1514 23050 01 2 表 C 2 校正发射率与标准发射率之间的关系 n 标准发射率 n系数 n1 0 031 22 0 051 18 0 11 14 0 21 10 0 31 06 0 41 03 0 51 00 0 60 98 0 70 96 0 80 95 0 890 94 1 其它值可以通过线性插值或外推获得 附录 D 太阳光谱 标准光源 视见函数光谱数据 表 D 0 1 D65 标准光源 视见函数 光谱间隔乘积 nmnm 3800 00006005 3542 3900 00056104 2491 4000 00306203 1502 4100 01036302 0812 4200 03526401 3810 4300 09486500 8070 4400 22746600 4612 4500 41926700 2485 4600 66636800 1255 4700 98506900 0536 4801 51897000 0276 4902 13367100 0146 5003 34917200 0057 5105 13937300 0035 5207 05237400 0021 5308 79907500 0008 5409 44577600 0001 5509 80777700 0000 5609 43067800 0000 5708 6891 5807 8994 5906 3306 注 表中的数据为 D65 光源标准的相对光谱分布 D 乘以视见函数 V 以及波长间隔 表 D 0 2 地面上标准的太阳辐射相对光谱分布 nm nm 30006800 3050 6900 3100 7000 3150 7100 3200 7200 3250 7300 3300 7400 3350 7500 3400 7600 3450 7700 3500 7800 3550 7900 3600 8000 3650 8500 3700 9000 3750 9500 3800 10000 3850 10500 3900 11000 3950 11500 4000 12000 4100 12500 4200 13000 4300 13500 4400 14000 4500 14500 4600 15000 4700 15500 4800 16000 4900 16500 5000 17000 5100 17500 5200 18000 5300 18500 5400 19000 5500 19500 5600 20000 5700 20500 5800 21000 5900 21500 6000 22000 6100 22500 6200 23000 6300 23500 6400 24000 6500 24500 6600 25000 6700 注 空气质量为 1 5 时地面上标准的太阳辐射 直射 散射 相对光谱分布出自 Table 1 column 5 ISO 9845 1 1992 表中数据为标准的相对光谱乘以波长间隔 表 D 0 3 地面上太阳辐射紫外线部分的标准相对光谱分布 nm 3000 3050 3100 3150 3200 3250 3300 3350 3400 3450 3500 3550 3600 3650 3700 3750 3800 注 空气质量为 1 5 时地面上太阳辐射紫外线部分 直射 散射 的标准相对光谱分布出自 Table 1 column 5 ISO 9845 1 1992 表中数据为标准的相对光谱乘以波长间隔 附录 E 框的传热系数 推荐 E 0 1 根据第 5 章可以输入数据 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 可以应用本附录中窗框的传热系数 E 0 2 本附录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 hin 8 0 W m2K 和 hout 23 W m2K 1 塑料窗框 塑料窗框 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 8 从室内到室外为两腔 结构 2 2 PVC 腔体截面 从室内到室外为三腔 结构 2 0 表表 E 0 2 1 带有金属钢衬的塑料窗框的传热系数带有金属钢衬的塑料窗框的传热系数 2 木窗框木窗框 木窗框的 Uf 值是在水气含量在 12 的情况下获得 窗框厚度的定义见图 D 0 2 2 图图 E 0 2 1 木窗框以及金属木窗框以及金属 木窗框的热传递与窗框厚度木窗框的热传递与窗框厚度 df 的关系的关系 图图 E 0 2 3 不同窗户系统窗框厚度不同窗户系统窗框厚度 df 的定义的定义 3 金属窗框 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 4 中粗线中选取 图图 E 0 2 4 带热断桥的金属窗框的传热系数值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 5 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 第 7 章中定义的面积 m2 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 E 0 3 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 E1 铝合金 钢 不包括不锈钢 中空玻璃的线性传导率 窗框材料 双层或者三层 未镀膜 充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 0 040 06 带热断桥 的金属窗 框 0 060 08 没有断桥 的金属窗 00 02 框 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 附录附录 F 典型窗户的传热系数计算实例典型窗户的传热系数计算实例 F 0 1 整窗热工性能计算可按照以下参考步骤计算 以 PVC 窗为例 1 窗的有关参数 尺寸 1500 1800mm 如图 F 0 1 所示 框型材 PVC 两腔体构造 玻璃 中空 low e 玻璃 玻璃厚度 4mm 空气层厚度 12mm 图 F 0 1 窗户示意图 玻璃面积 2 22m2 窗框面积 0 48 m2 玻璃区域周长 12m 2 窗框传热系数 根据附录 D 查得 窗框得传热系数为 2 2W m2 K 线传热系数为 0