广州西塔节能计算

1、 广州天河城西城楼幕墙工程节能计算（一）、计算引用的规范、标准及资料民用建筑热工设计规范 GB50176-93公共建筑节能设计标准 GB50189-2005居住建筑节能设计标准 DBJ 01-602-2004民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分) JGJ26-95玻璃幕墙光学性能 GB/T18091-2000 建筑玻璃可见光、透射比等以及有关窗玻璃参数的测定 GB/T 2680-94建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程 意见稿 建标2004-66号文 （二）、计算中采用的部分条件参数及规定1.计算所采纳的部分参数：(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

2、)； D()：标准光源光谱函数(CIE D65，ISO 10526)； R()：视见函数(ISO/CIE 10527)；(2)冬季计算标准条件应为： 室内环境计算温度：Tin=20； 室外环境计算温度：Tout=0； 内表面对流换热系数：hc=3.6W/(m2·K)； 外表面对流换热系数：he=23W/(m2·K)； 室外平均辐射温度：Trm=Tout 太阳辐射照度：Is=300W/m2；(3)夏季计算标准条件应为： 室内环境温度：Tin=25； 室外环境温度：Tout=30； 内表面对流换热系数：hc=2.5W/(m2·K)； 外表面对流换热系数：he=19W/

3、(m2·K)； 室外平均辐射温度：Trm=Tout； 太阳辐射照度：Is=500W/m2；(4)考虑广州市的实际天气情况，并结合民用建筑热工设计规范的相关规定，取： 室内环境温度：Tin=20； 室外环境温度：Tout=7； 内表面对流换热系数：hc=8W/(m2·K)； 外表面对流换热系数：he=23W/(m2·K)；2.最新规范公共建筑节能设计标准的部分规定： 因为广州市属于夏热冬暖地区，故外围护结构的传热系数限值以及遮阳系数限值可于表4.2.25中查得。 如下：表4.2.2-5 夏热冬暖地区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&#

4、183;K)屋面 0.90外墙（包括非透明幕墙） 1.5底面接触室外空气的架空或外挑楼板 1.5外窗（包括透明幕墙）传热系数KW/(m2·K)遮阳系数SC(东、南、西向/北向)单一朝向外窗(包括透明幕墙)窗墙面积比0.2 6.50.2窗墙面积比0.3 4.7 0.50/0.600.3窗墙面积比0.4 3.5 0.45/0.550.4窗墙面积比0.5 3.0 0.40/0.500.5窗墙面积比0.7 3.0 0.35/0.45屋顶透明部分3.50.35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。各朝向外窗（包括透明幕墙）的

5、窗墙比在0.5到0.7之间故查表得：传热系数的限值为3.0 W/(m2·K)遮阳系数的限值为0.35，北向为0.45。（三）、传热系数计算采用的玻璃配置为8mmLowe12A8mm镀膜钢化玻璃。在美国劳伦斯伯克利国家实验室开发的软件WINDOW5.2中计算可得：ID : 1Name : Single ClearTilt : 90.0Glazings: 2KEFF : 0.0315Width : 23.320Uvalue : 1.76SHGCc : 0.26SCc : 0.30Vtc : 0.22RHG : 201.34Glass and Gas Data for Glazing Sy

6、stem '1 Single Clear'ID Name D(mm) Tsol 1 Rsol 2 Tvis 1 Rvis 2 Tir 1 Emis 2 Keff- - - - - - - - - - - - -Outside 6047FVE140.VIR # 8.0 .253 .261 .244 .406 .141 .139 .000 .090 .840 1.00 1 Air 12.0 .032 6156FE1-55-6.VIR # 8.0 .337 .239 .204 .525 .101 .091 .000 .092 .840 1.00 InsideEnvironmental

7、 Conditions: 1 NFRC 100-2001 Tout Tin WndSpd Wnd Dir Solar Tsky Esky (C) (C) (m/s) (W/m2) (C) - - - - - - -Uvalue -18.0 21.0 5.50 Windward 0.0 -18.0 1.00Solar 32.0 24.0 2.80 Windward 783.0 32.0 1.00Optical Properties for Glazing System '1 Single Clear'Angle 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Hemis

8、Vtc : 0.217 0.219 0.213 0.207 0.200 0.187 0.159 0.110 0.048 0.000 0.174Rf : 0.158 0.150 0.148 0.151 0.161 0.179 0.212 0.297 0.515 0.999 0.203Rb : 0.130 0.121 0.118 0.121 0.133 0.152 0.186 0.273 0.499 0.999 0.176Tsol : 0.109 0.110 0.107 0.104 0.100 0.094 0.080 0.055 0.025 0.000 0.087Rf : 0.272 0.265

9、0.263 0.266 0.275 0.289 0.317 0.389 0.577 0.999 0.308Rb : 0.229 0.221 0.219 0.221 0.231 0.247 0.276 0.351 0.551 0.999 0.267Abs1 : 0.509 0.512 0.517 0.518 0.515 0.511 0.504 0.475 0.353 0.001 0.494Abs2 : 0.111 0.113 0.113 0.112 0.110 0.106 0.099 0.081 0.046 0.000 0.100SHGCc: 0.257 0.260 0.258 0.255 0.

10、249 0.239 0.219 0.176 0.102 0.000 0.226Tdw-K : 0.070Tdw-ISO: 0.136Tuv : 0.030 Temperature Distribution (degrees C) Winter Summer Out In Out In - - - -Lay1 -15.4 -15.0 54.3 55.2 Lay2 11.1 11.4 40.4 39.9 故玻璃中心处的传热系数约为1.76 W/(m2·K)窗框的传热系数，可以按以下方法得到：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

11、数值时取内表面换热系数hin=8.0 W/m2·K和外表面换热系数hoKt=23 W/m2·K。框的传热系数Kf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Kf0 =5.9 W/(m2·K)；b)对具有断桥的金属框，Kf0的数值从下图粗线中选取；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： 金属窗框Kf的传热系数公式为： 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；其定义如下图所示。 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

12、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.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。 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。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。可采用下表估算窗框与玻璃结合处的线传热系数：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 (

13、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，Kg=1.3W/(m2.K)，以及更低传热系数的中空玻璃。本工程幕墙设计采用铝型材典型节点如下：节点1：节点2：节点3：对于节点1，通过近似计算，查表可得：Kf=3.8W/(m2·K)；=0.06W/m·K对于节点2，通过近似计算，查表可得：Kf=3.7W/(m2·K)；=0.06W/m·K对于节点3，通过近似计算，查表可得：Kf

14、=3.5W/(m2·K)；=0.08W/m·K取如下图所示的计算单元整体传热系数按下式进行加权平均计算 K=(Ag·Kg+Af·Kf+l·)/A 在上面的公式中： K：计算后的K值； Ag：玻璃总面积； Kg：玻璃板的K值； Af：金属框总面积； Kf：金属框的K值； l：玻璃区域的总周长； ：线传热系数； A：幕墙总面积； 在本工程中，对1个幕墙计算单元，统计可得Ag 6.12m2Af1 0.72m2Af2 0.18m2Af3 0.18m2l17.929m由此可得到玻璃幕墙的整体平均传热系数为K (Ag·Kg+Af·Kf+

15、l·)/A（6.12×1.620.72×3.80.18×3.70.18×3.517.929×0.08）/7.22.1 W/m2K按规范公共建筑节能设计标准GB50189-2005的要求，传热系数的限值为3.0 W/(m2·K)。2.1 W/(m2·K)3.0 W/(m2·K)，故满足公共建筑节能设计标准的相关规定。（四）、遮阳系数计算用玻璃的遮阳系数来近似幕墙本身的遮阳系数。在美国劳伦斯伯克利国家实验室开发的软件WINDOW5.2中计算可得：ID : 1Name : Single ClearTilt :

16、90.0Glazings: 2KEFF : 0.0315Width : 23.320Uvalue : 1.76SHGCc : 0.26SCc : 0.30Vtc : 0.22RHG : 201.34Glass and Gas Data for Glazing System '1 Single Clear'ID Name D(mm) Tsol 1 Rsol 2 Tvis 1 Rvis 2 Tir 1 Emis 2 Keff- - - - - - - - - - - - -Outside 6047FVE140.VIR # 8.0 .253 .261 .244 .406 .141 .

17、139 .000 .090 .840 1.00 1 Air 12.0 .032 6156FE1-55-6.VIR # 8.0 .337 .239 .204 .525 .101 .091 .000 .092 .840 1.00 InsideEnvironmental Conditions: 1 NFRC 100-2001 Tout Tin WndSpd Wnd Dir Solar Tsky Esky (C) (C) (m/s) (W/m2) (C) - - - - - - -Uvalue -18.0 21.0 5.50 Windward 0.0 -18.0 1.00Solar 32.0 24.0

18、 2.80 Windward 783.0 32.0 1.00Optical Properties for Glazing System '1 Single Clear'Angle 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 HemisVtc : 0.217 0.219 0.213 0.207 0.200 0.187 0.159 0.110 0.048 0.000 0.174Rf : 0.158 0.150 0.148 0.151 0.161 0.179 0.212 0.297 0.515 0.999 0.203Rb : 0.130 0.121 0.118 0.12

19、1 0.133 0.152 0.186 0.273 0.499 0.999 0.176Tsol : 0.109 0.110 0.107 0.104 0.100 0.094 0.080 0.055 0.025 0.000 0.087Rf : 0.272 0.265 0.263 0.266 0.275 0.289 0.317 0.389 0.577 0.999 0.308Rb : 0.229 0.221 0.219 0.221 0.231 0.247 0.276 0.351 0.551 0.999 0.267Abs1 : 0.509 0.512 0.517 0.518 0.515 0.511 0.

20、504 0.475 0.353 0.001 0.494Abs2 : 0.111 0.113 0.113 0.112 0.110 0.106 0.099 0.081 0.046 0.000 0.100SHGCc: 0.257 0.260 0.258 0.255 0.249 0.239 0.219 0.176 0.102 0.000 0.226Tdw-K : 0.070Tdw-ISO: 0.136Tuv : 0.030 Temperature Distribution (degrees C) Winter Summer Out In Out In - - - -Lay1 -15.4 -15.0 5

21、4.3 55.2 Lay2 11.1 11.4 40.4 39.9 即玻璃的遮阳系数值为SCg 0.3。层间挑出的结构和装饰铝板可视为水平外遮阳，按公共建筑节能设计标准中提供的计算方法可以求出外遮阳系数。建筑外遮阳系数计算方法如下：水平遮阳板的外遮阳系数和垂直遮阳板的外遮阳系数应按下列公式计算确定：水平遮阳板： (1.5-1)垂直遮阳板： (1.5-2)遮阳板外挑系数： (1.5-3)式中 水平遮阳板夏季外遮阳系数； 垂直遮阳板夏季外遮阳系数；、计算系数，按表1.5-1取定； 遮阳板外挑系数，当计算出的时，取；A遮阳板外挑长度（图1.5-1）； B遮阳板根部到窗对边距离（图1.5-1）。图1.

22、5-1 遮阳外挑系数（PF）计算示意水平遮阳板和垂直遮阳板组合成的综合遮阳，其外遮阳系数值应取水平遮阳板和垂直遮阳板的外遮阳系数的乘积。SDout= SDH×SDVSDH：水平遮阳板外遮阳系数SDV：垂直遮阳板外遮阳系数表1.5-1 水平和垂直外遮阳计算系数 本工程窗的相关参数为：A0.35m，B3.6m，0.41，0.72，（本处仅校核南向）故PF=A/B=0.35/3.6=0.0970.41×0.09720.72×0.0971 0.934即外遮阳系数约为0.934根据公共建筑节能设计标准的规定:有外遮阳时,遮阳系数玻璃的遮阳系数×外遮阳的遮阳系数。即

23、SC SDout×SCg。则SC SDout×SCg 0.934×0.3 0.28<0.35 事实上，外露钢结构构件也有一定的遮阳功能，可考虑进外遮阳系数中。则遮阳系数的真实值还将小于此值。故符合公共建筑节能设计标准的要求。 二、铝板幕墙传热系数计算 该处铝板幕墙使用3mm铝单板，背衬厚度为50mm的保温棉。典型节点如下：根据节点可构造出如下所示的模型示意图：则计算模型如下：上图中，为铝板外表面与空气的表面换热热阻，为铝板及保温棉的传导热阻，为铝板内表面与墙体外表面之间的空间的热阻，为墙体的传导热阻， 为墙体内表面与室内空气的表面换热热阻。其中，是由铝板内表

24、面与墙体表面之间的对流换热热阻以及辐射换热热阻并联而成的。如下图则夹层空间综合对流与辐射换热系数为：为表面对流换热系数为表面辐射换热系数故因此，铝板幕墙的总传热阻为在本工程中，前面已提到，边界条件设定如下： 123，则0.043 8，则0.125 铝板的导热系数很大，故其对幕墙总热阻的贡献可以忽略不计。矿棉保温层的导热系数为0.048 W/m×K，厚度为50mm，修正系数取1.3，则传热阻为1.35，即1.35 墙体取150mm厚，取1.74 W/m×K故0.086 在ISO 15099中，夹层空腔的对流换热系数算法如下：对于不通风空腔，热平衡方程如下：现在将热交换分离为两部分，空腔的空气平均温度作为变量。 如下图： 则热平衡方程变为， 式中：为从一表面到空腔的对流换热热流密度， ； ：为从空腔到另一表面的对流换热热流密度， ；：为不通风空腔表面到表面的对流换热系数， ；：为空腔中空气当量平均温度，；：层面（玻璃、薄膜或遮阳）面向空腔的温度，；：层面（玻璃、薄膜或遮阳）面向空腔的温度，。以上所列的为对充气空腔中对流换热过程所做的模型假设。充气空腔的对流换热系数由无量纲的努赛尔数确定： 式中为充气空腔（或玻璃间层）的厚度， 为所充气体的导热系数，为通过倾斜空气层传热的实验结果所计算的值，为雷利数、空腔高厚比和空腔倾角