科技馆金属屋面热工计算书

1 建设单位 扬州美科置业有限公司 工程名称 扬州市科技馆金属屋面工程 热工性能计算书热工性能计算书 计算 校对 审核 江苏华磊装饰幕墙工程有限公司 2014 年 9 月 25 日 2 目目 录录 一 计算说明一 计算说明 3 二 屋面采光顶热工性能计算书二 屋面采光顶热工性能计算书 6 三 屋面铝镁锰板热工性能计算书三 屋面铝镁锰板热工性能计算书 19 计计 算算 说说 明明 一 本计算概况 3 气候分区 夏热冬冷地区 工程所在城市 扬州 二 参考资料 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准 JGJ134 2010 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 DGJ32 J 96 2010 建筑玻璃应用技术规程 JGJ 113 2009 建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程 JGJ T151 2008 三 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 标准太阳辐射光谱函数 ISO 9845 1 D 标准光源 CIE D65 ISO 10526 光谱函数 R 视见函数 ISO CIE 10527 2 冬季计算标准条件应为 室内空气温度 Tin 20 室外空气温度 Tout 20 室内对流换热系数 hc in 3 6 W m2 K 室外对流换热系数 hc out 16 W m2 K 室内平均辐射温度 Trm in Tin 室外平均辐射温度 Trm out Tout 太阳辐射照度 Is 300 W m2 3 夏季计算标准条件应为 室内空气温度 Tin 25 室外空气温度 Tout 30 室内对流换热系数 hc in 2 5 W m2 K 室外对流换热系数 hc out 16 W m2 K 室内平均辐射温度 Trm in Tin 室外平均辐射温度 Trm out 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 0 或 Tout 10 或 Tout 20 室内相对湿度 RH 30 或 RH 60 室外对流换热系数 hc out 20 W m2 K 室外风速 V 4 m s 7 计算框的太阳能总透射比 gf应使用下列边界条件 qin Is 4 qin 通过框传向室内的净热流 W m2 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 4 夏热冬冷地区甲类建筑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 60 5 外墙 包括非透明幕墙 0 8 底面接触室外空气的架空或外挑楼板 0 8 外窗 包括透明幕墙 传热系数 K W m2 K 遮阳系数 SC 东 西 南 北向 窗墙面积比 0 2 3 5 0 45 0 70 0 2 窗墙面积比 0 3 3 0 0 35 0 50 0 70 0 3 窗墙面积比 0 4 2 8 0 32 0 45 0 60 0 4 窗墙面积比 0 5 2 5 0 28 0 40 0 55 单一朝向外窗 包 括透明幕墙 0 5 窗墙面积比 0 7 2 3 0 25 0 35 0 50 屋顶透明部分 2 7 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 地 面 周边地面 非周边地面 2 0 1 8严寒地区 A 区 采暖地下室外墙 与土壤接触的墙 2 0 地 面 周边地面 非周边地面 2 0 1 8严寒地区 B 区 采暖地下室外墙 与土壤接触的墙 1 8 地 面 周边地面 非周边地面 1 5 寒冷地区 采暖 空调地下室外墙 与土壤接触的 墙 1 5 地面 1 2 夏热冬冷地区 地下室外墙 与土壤接触的墙 1 2 地面 1 0 夏热冬暖地区 地下室外墙 与土壤接触的墙 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 2 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 6 屋面采光顶热工性能计算书屋面采光顶热工性能计算书 一 基本计算参数 本计算为屋面系统的热工性能计算 1 屋面计算单元的有关参数 总宽 W 5200 mm 总高 H 5600 mm 屋面计算单元的总面积 At W H 29 1 m2 屋面计算单元的玻璃总面积 Ag 24 80 m2 屋面计算单元的框总面积 Af 4 32 m2 屋面计算单元的玻璃区域周长 l 86 400 m 二 屋面计算单元的传热系数计算 1 框的传热系数 Uf 框的传热系数框的传热系数 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 0W m2 K 和外表面换热系数 hout 23 W m2 K 1 1 塑料窗框 塑料窗框 7 表B 0 2 带有金属钢衬的塑料窗框的传热系数 2 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df的定义见图B 0 2 2 Uf 的数值可以从图B 0 2 1中选取 图图B 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 窗框材料窗框种类 Uf W m2 K 聚胺脂 带有金属加强筋 型材壁净厚度 5mm 2 8 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 7PVC腔体截面 从室内到室外为三腔结构 无金 属加强筋 2 0 8 图图B 0 2 2 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 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步骤计算获得 1 金属窗框Uf的传热系数公式为 JGJ T 151 2008 B 0 2 1 ede ef f idi if f Ah A R Ah A U 1 式中 Ad i Ad e Af i Af e 窗各部件面积 m2 其定义如图3 2 2所示 9 图图3 2 2 窗各部件面积划分示意图窗各部件面积划分示意图 hi 窗框的内表面换热系数 W m2 K he 窗框的外表面换热系数 W m2 K Rf 窗框截面的热阻 当隔热条的导热系数为0 2 0 3W m K m2 K W 2 金属窗框截面的热阻Rf按下式计算 JGJ T 151 2008 B 0 2 2 17 0 1 0 f f U R 没有隔热的金属框 使用Uf0 5 9 W m2 K 具有隔热的金属窗框 Uf0的数值从图 B 0 2 3中粗线中选取 图B 0 2 4 B 0 2 5为两种不同的隔热金属框截面类型示意 图B 0 2 3中 带隔热条的金属窗框适用的条件是 JGJ T 151 2008 B 0 2 3 f j j bb2 0 式中 d 热断桥对应的铝合金截面之间的最小距离 mm bj 热断桥j的宽度 mm bf 窗框的宽度 mm 图图B 0 2 3 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 10 图图B 0 2 4 截面类型截面类型1 采用导热系数低于 采用导热系数低于0 3W m K 的隔热条 的隔热条 图图B 0 2 5 截面类型截面类型2 采用导热系数低于 采用导热系数低于0 2W m K 的泡沫材料 的泡沫材料 图B 0 2 3中 采用泡沫材料隔热金属窗框的适用条件是 JGJ T 151 2008 B 0 2 4 f j j bb3 0 其中 d 热断桥对应的铝合金截面之间的最小距离 mm bj 热断桥j的宽度 mm bf 窗框的宽度 mm 框的传热系数 Uf 6 36 W m2 K 2 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窗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 11 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B 0 3估算窗框与玻璃结合处的线传热系数 表B 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 没有断桥的金属窗框 00 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 0 04 W m k 3 玻璃的传热系数 Ug 玻璃传热系数计算方法玻璃传热系数计算方法 1 1 基本公式 1 一般原理 本方法是以下列公式为计算基础的 JGJ 113 2009 A 0 1 2 tie hhhU 1111 式中 玻璃的外表换热系数 W m2 K e h 玻璃的内表换热系数 W m2 K i h 多层玻璃系统导热系数 W m2 K t h 多层玻璃系统导热系数按下式计算 JGJ 113 2009 A 0 2 1 m M m M N s st rd hh 11 11 式中 气体空隙的导热率 W m2 K s h 气体层的数量 N 材料层的数量 M 12 每一个材料层的厚度 m m d 每一个材料层的热阻 m K W m r 气体间隙的导热率按下式计算 JGJ 113 2009 A 0 2 2 rgs hhh 式中 辐射导热系数 W m2 K r h 气体的导热系数 包括传导和对流 W m2 K g h 2 辐射导热系数 r h 辐射导热系数由下式给出 r h JGJ 113 2009 A 0 2 10 3 1 21 1 11 4 mr Th 式中 斯蒂芬 波尔兹曼常数 0 0000000567 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 2 m T 气体平均绝对温度 K 273 T T 为摄氏温度 m T m T 3 气体导热系数 g h 气体导热系数由下式给出 g h JGJ 113 2009 A 0 2 3 s Nh ug 式中 气体层的厚度 m s 气体导热率 W m K 是努塞特准数 由下式给出 u N JGJ 113 2009 A 0 2 4 n rru PGAN 式中 一个常数 A 13 格拉斯霍夫准数 r G 普兰特准数 r P 幂指数 n 如果 则取 1 1 u N 格拉斯霍夫准数由下式计算 JGJ 113 2009 A 0 2 5 2 23 81 9 m r T Ts G 普兰特准数按下式计算 JGJ 113 2009 A 0 2 6 c Pr 式中 气体间层两侧玻璃内表面的温度差 K T 气体密度 3 mkg 气体的动态粘度 smkg 气体的比热 J kg K c 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 JGJ 113 2009 A 0 2 4 本系统中取 15K JGJ 113 2009 A 0 3 3 采用垂直空间 取T A 0 035 n 0 38 本工程中 玻璃系统传热系数的计算过程 选择玻璃类型 夹层中空玻璃 计算模型如下所示 14 玻璃采用 6 000 12 000A 8 000 1 520 8 000 夹层中空玻璃 1 计算玻璃系统的总热阻 Rsum 第一块玻璃的热阻 R1计算过程 玻璃厚度 6 000 mm 玻璃导热系数 1 000 W m k 玻璃校正发射率 1 0 100 R1 d1r1 第一层玻璃的热阻 6 000 1000 1 000 0 006 m2 K W 第一块玻璃与第二块玻璃之间的总热阻 R2计算过程 玻璃厚度 8 000 mm 玻璃导热系数 1 000 W m k 玻璃校正发射率 2 0 837 气体层厚度 S 12 000 mm 气体密度 P 1 277 kg m3 气体导热率 2 416 10 2 W m k 气体比热 c 1 711 103 J kg K 气体动态粘度 1 661 10 5 kg m s 气体名称 空气 气体绝对温度 Tm 273 000 K Pr c 1 661 100000 1 711 103 2 416 100 1 176 Gr 9 81 S3 T P2 Tm 2 9 81 12 000 1000 3 15 1 277 2 273 000 1 661 10 5 2 5505 337 Nu A Gr Pr n 0 035 1 176 5505 337 0 38 0 983 因为 Nu 1 所以 Nu的取值为 1 hg Nu s 1 000 2 416 100 12 000 1000 2 013 hr 4 1 1 1 2 1 1Tm3 4 0 0000000567 1 0 100 1 0 837 1 1 273 0003 0 453 hs hg hr 2 013 0 453 2 466 Ra 1 hs 1 2 466 0 406 m2 K W 第一层气体的热阻 Rb d2r2 8 000 1000 1 000 0 008 m2 K W 第二层玻璃的热阻 R2 R1 Ra Rb 0 006 0 406 0 008 0 420 m2 K W 第二块玻璃与第三块玻璃之间的总热阻 R3计算过程 玻璃厚度 8 000 mm 15 玻璃导热系数 1 000 W m k 玻璃校正发射率 3 0 837 夹层材料厚度 1 520 mm 夹层材料导热系数 0 500 W m k Ra dj2rj2 第二层夹层的热阻 1 520 1000 0 500 0 003 m2 K W Rb d3r3 第三层玻璃的热阻 8 000 1000 1 000 0 008 m2 K W R3 R2 Ra Rb 0 420 0 003 0 008 0 431 m2 K W Rsum R3 0 431 m2 K W 玻璃内表面换热系数取为 8 000 W m2 K 玻璃外表面换热系数取为 21 000 W m2 K 玻璃传热系数 Ug 1 1 hin 1 hhou Rsum Ug 1 1 8 000 1 21 000 0 431 1 66 W m2 K 4 幕墙计算单元的传热系数 Ut的计算 Ut Ag Ug Af Uf l At 24 80 1 66 4 32 6 36 86 400 0 04 29 12 2 47 W m2 K 2 47 2 60 传热系数满足要求 三 太阳能透射比及遮阳系数计算 1 太阳能总透射比 gt 通过玻璃 门窗或玻璃幕墙成为室内得热量的太阳辐射部分与投射到玻璃 门窗或玻 璃幕墙构件上的太阳辐射照度的比值 成为室内得热量的太阳辐射部分包括太阳辐射投射 的得 热量和太阳辐射被构件吸收再传入室内的得热量两部分 2 框的太阳能总透射比 gf gf f Uf Asurf Af hout 式中 hout 外表面换热系数 W m2 K f 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 f Uf Asurf Af hout 0 4 6 36 4 32 4 32 21 0 121 3 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 Sc 玻璃区域的遮阳系数 gp 其它镶嵌板区域太阳能总透射比 16 gg Sc 0 87 0 560 0 87 0 487 4 太阳能总透射比 gt gt Ag gg Af gf At 24 80 0 487 4 32 0 121 29 12 0 43 5 遮阳系数 幕墙计算单元的遮阳系数应为整个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 幕墙计算单元的太阳能总透射比 SC gt 0 87 0 43 0 87 0 50 0 500 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 17 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 5 b 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 20 000 室外环境温度 Tout 0 000 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 20 000 237 3 20 000 6 11 100 583 23 389 hPa e f Es 0 500 23 389 11 695 hPa Td b a lg e 6 11 1 237 3 7 5 lg 11 695 6 11 1 9 27 6 本计算只对幕墙计算单元的玻璃的结露性能进行计算分析 室内环境温度 Tin 20 000 室外环境温度 Tout 0 000 玻璃内表面换热系数 hbi 8 000 W m2 K 玻璃外表面换热系数 hbe 21 000 W m2 K 幕墙计算单元的玻璃结露性能评价指标 室内玻璃表面温度 Tpj 幕墙计算单元的玻璃的传热系数 Ug 1 66 W m2 K Ug Tin Tout hbi Tin Tpj Tpj Tin Tin Tout Ug hbi 20 000 20 000 0 000 1 66 8 000 15 86 因为 Td 9 27 小于 室内玻璃表面温度 Tpj 15 86 结露性能满足要求 18 铝镁锰板屋面热工性能计算铝镁锰板屋面热工性能计算 1 1 屋面结构基本参数屋面结构基本参数 1 11 1 地区参数 地区参数 扬州 地区类别属于夏热冬冷地区 1 21 2 建筑参数 建筑参数 建筑物长度 318 40m 建筑物宽度 57 00m 建筑物高度 45 30m 1 31 3 单元参数 单元参数 屋面的结构组成如下 第 1 层材料为 铝镁锰板 厚度为 1 0mm 不计入计算 第 2 层材料为 100mm 厚保温岩棉板 导热系数为 0 04W m K 第 3 层材料为 镀锌钢承板 厚度为 1 0mm 不计入计算 2 2 屋面保温计算屋面保温计算 2 12 1 设计依据 设计依据 采用冬季计算标准条件 依据上面列出的 公共建筑节能设计标准 的表 4 2 2 1 表 4 2 2 2 表 4 2 2 3 表 4 2 2 4 表 4 2 2 5 及其它相关规定 2 22 2 围护结构的传热阻 围护结构的传热阻 按 民用建筑热工设计规范 GB50176 93 设计计算 Ro Ri R Re 19 在上面的公式中 Ro 围护结构的传热阻 m2 K W Ri 围护结构内表面换热阻 按规范取 0 11m2 K W Re 围护结构外表面换热阻 按规范取 0 04m2 K W R 围护结构热阻 m2 K W R Ri R空气 ai i i R空气 a1 1 1 R空气 1 100 1000 0 04 0 18 2 68m2 K W 在上面的公式中 ai 幕墙各层材料的修正系数 按 GB50176 93 附表 4 2 情况选择 其它取 1 0 i 幕墙各层材料的厚度 m i 幕墙各层材料的导热系数 W m K R空气 空气层的热阻 m2 K W Ro Ri R Re 0 11 2 68 0 04 2 83m2 K W 2 32 3 K K 值计算 值计算 k 围护结构的传热系数 W m2 K Ro 围护结构的传热阻 m2 K W K 1 Ro 1 2 83 0 353W m2 K 0 35