玻璃幕墙热工计算设计计算书

玻璃幕墙热工计算

设

计

计

算

书

目录

第一部分、［强度计算信息］［产品结构］...............................................3

一、幕墙玻璃U值计算........................................................3

1、玻璃系统U值计算理论.................................................3

2、室内外换热系数计算....................................................5

3、玻璃系统U值计算......................................................6

二、热工有限元分析计算......................................................10

1、热工分析基本信息.....................................................10

2、热工分析模型信息.....................................................12

3、热工分析温度分布图...................................................13

4、热工分析U值计算.....................................................13

5、热工分析热流分布.....................................................14

6、热工分析节点坐标及温度信息..........................................14

7、热工分析单元编号及热流量信息........................................14

.第1页

第二部分、［强度计算信息］［产品结构］..............................................15

一、热工有限元分析计算......................................................15

1、热工分析基本信息.....................................................15

2、热工分析模型信息.....................................................16

3、热工分析温度分布图...................................................18

4、热工分析U值计算.....................................................19

5、热工分析热流分布.....................................................19

6、热工分析节点坐标及温度信息..........................................20

7、热工分析单元编号及热流量信息........................................20

二、幕墙/门窗整体U值计算..................................................20

1、幕墙/门窗整体热工计算原理...........................................20

2、幕墙/门窗整体热工计算...............................................21

.第2页

第一部分、［强度计算信息］［产品结构］

一、幕墙玻璃U值计算

I、玻璃系统U值计算理论

按《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T151-2008采用

(1)冬季标准计算条件应为：

室内空气温度：Tin=20℃：

室外空气温度：Tout=-20℃：

2

室内对流换热系数：hc>in=3.6W/(m-K)；

室外对流换热系数:hc.out=16W/(一・K)；

=

室内平均辐射温度；TrminTin

室外平均辐射温度：Trmout=T°ut

太阳辐射照度：Is=300W//；

(2)夏季标准计算条件应为：

室内空气温度：Tin=25℃；

室外空气温度：Tout-30℃；

2

室内对流换热系数：hc汨=2.5W/(m•K)；

2

室外对流换热系数:hc.0Ut=16W/(m・K)；

室内平均辐射温度：Trm［/Ln

室外平均辐射温度：Tm.out;Tout

太阳辐射照度：Is=5OOW/m2;

(3)计算基础及依据

U值是表示玻璃传热的参数,表示热最通过玻璃中心部位而不考虑边缘效应，稳态条件

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。U值的单位是W/(n)2・K)。

按规范JGJ/T151-20086.4.1规定，计算玻璃的传热系数时应采用简单的模拟环境条件,

仅考虑室内外温差,没有太阳辐射,应按下面的公式计算：

Ug=J(JGJ/T151-20086.4.1-2)

.第3页

玻璃系统的传热阻反应为各层玻璃、气体间层、内外表面换热阻之和，应按下列公式计

算：

Rt=-r—+ERj+；+(JGJ/T151-20086.4.1-3)

—&hin

tKi

i=(JGJ/T151-20086.4.1-4)

&Xg.i

Tfi-l-bi-i

Ri=———-—(JGJ/T151-20086.4.1-5)

Qi=%,iX(Tf.「Th『1)+3,iX(Tf.rTb.i-0(JGJ/T151-20086.3.1-6)

式中：

Rgi：第i层玻璃等固体材料的固体热阻(n?・K/W)；

o,1

Ri：第i层气体间层的热阻(m^K/W)；

T「.i、Th-］：第i层气体间层的外表面和内表面的温度(K)；

qi：第i层气体间层的热流密度。

(4)玻璃结构

该玻璃由外及里分另!为:6mm厚LOW-E(内)玻璃+12mm厚氧气间层+6mm厚普通玻璃+12mm

厚空气间层+6nmi厚普通玻璃,玻璃纵剖面见下图：

.第4页

2、室内外换热系数计算

外表面或内表面的换热系数应按下式计算：

h=hr+hc(JGJ/T151-200810.4.1-2)

式中hr:辐射换热系数

hc:对流换热系数

(1).室外表面换热系数

按照上面公式有

hout-"r.out+%,out

式中：

hout：玻璃外表面的换热系数；

hr.out：玻璃外表面的辐射换热系数；

hc.out：玻璃外表面的对流换热系数，按规范取16W/(n)2・K)；

£t

%.out=3.9x—(JGJ/T151-200810.3.5-3)

V.OOI

式中：

%,out：玻璃外表面半球发射率；取0.837

h"out=一nhr.out+hnc.out

cC0.837°

=3,9X0,837+16

=19.9W/(m2・K)

(2).室内表面换热系数

室内表面换热系数hin可用下式表达:

、in-Kin+%,in

式中:

hin：玻璃内表面的换热系数;

%.猫：玻璃内表面的辐射换热系数:

上汴：玻璃内表面的对流换热系数，按规范取3.6W/G2・K)；

h•=44x’J"(JGJ/T151-200810.3.4-4)

r-1n0.837

式中:

.第5页

-------匕------(JGJ/T151-200810.3.4-3)

-----+-----------1

surfes.in

%in：室内环境材料的平均发射率，一般可取0.9

surf：玻璃内表面发射率，由厂家给出；本处取0.837

1

s1

-----+------------1

surf£s.in

_______]

~T

---------+---------1

0.8370.9

=0.765782

对于通常情况下的玻璃表面辐射和自由对流:

Hhi•n=Hhr.i-n+Ihlc.i•n

0.7G5782

=4,4X0.837+3.6

=7.625618W/(m2•K)

3、玻璃系统U值计算

(1).多层玻璃系统材料的固体热阻

tg.i

Rg.i二(JGJ/T151-20086.4.1-4)

入g.i

tgi；第i层固体材料的的厚度;

：第层固体材料的导热系数；

O,1ii

对于玻璃：取L00W/m-K；

对于PVB胶片,®0.16W/m•K；

；=0.006x1+0.006x1+0.006x1

=0.01Rm2・K/W

多层玻璃体系中间每一层气体间层换热阻计算如下：

(2).第一空气层为氧气，其换热阻计算如下：

气体间层两侧玻璃的辑射换热系数

3

hr=4x0・ljxTm(JGJ/T151-20086.3.7)

%:辐射换热系数

。:斯蒂芬―玻尔兹曼常数,为5.67Xl(rt/(1n2・K)

.第6页

£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。£百0-114,£2

=0.837

3

hr=4xoX(：+-1VxTm(JGJ/T151-20086.3.7)

=4x5.67x108x(-j-+-l)1x272.153

1U.114U.ooIJ

=0.509843W/(m2•K)

气体间层两侧玻璃的对流换热系数

hci=Nui•yJ(JGJ/T151-20086.3.2)

kag-i7

式中

Nui:努谢尔特数，是瑞利数Ra、气体间层高厚比和气体间层倾角。的函数;

4i：当前气体间层的厚度(m);

入gi：当前气体间层填充的气体的导热系数［W/(m.K)］;

瑞利数Ra的计算：

Y2Xd3XGx0XCpXAT

(JGJ/T151-20086.3.3-1)

(JGJ/T151-20086.3.3-2)

(JGJ/T151-20086.3.3-3)

式中：

Ra:瑞利(Rayleigh)数;

Y：气体密度(kg/m%

G:重力加速度，取9.8m/s2；

cp:常压下气体比热容U/(kg-K)］：

u:常压下的气体黏度2.0936X10-5［kg/(m•s)］；

人：常压下气体的导热系数［W/(m・K)］；

AT:气体间层前后玻璃表面的温度差10(K)；

B:将填充气体作为理想气体处理时的气体热膨胀系数;

为：填充气体的平均温度(K)；

d:气体间层的厚度(m);

H:气体间层顶部到底部距离，通常应和计算单元的透光区域高度相同(m)；

Agp当前气体间层的高厚比；

B=J(JGJ/T151-20086.3.3-2)

.第7页

272.15

=0.003674

(JGJ/T151-20086.3.3-3)

=200

23*

yXdXGxBXcnXAT

--------中--------(JG、

1.7639?X(12x10TX9.8X0.003674X0.519x10X10

2.0936x1O'5*X1.629x10」

=2946.198198

空腔的努谢尔特数计算：当前气体间层倾角为90°,按照JGJ/n51-20086.3.4规定有

垂直气体间层0=90。时有

(JGJ/T151-20086.3.4-3)

\1=凡1，NU2)max

式中:

NU1=0.0673838xRa".当Ra>5X10’时

a4,34

NU1=0.028154xRa当10'VRaW5X10,时

1022984755

NU1=1+1.7596678x10XRa1当RaW10’时

NU2=0.242x

按照以上公式计算有

1()22984755

NU1=1+1.7596678x10XRa

=1.016575

N2=0・242x

uA-i>

=0.503007

故有Nu=(Nui，Nu2)max

=1.016575

代入6.32,得

(JGJ/T151-20086.3.2)

1.629x10^

=1.016575x

12x1(尸

=1.38W/(m2•K)

所以当前气体间层的热阻R为

.第8页

1

R1-hc.l+hr.1

1.38+0.509843

=0.529144

(3).第二空气层为空气，其换热阻计算如下：

气体间层两侧玻璃的辐射换热系数

3*

hr=4xaX(六+六-1)'xTm(JGJ/T151-20086.3.7)

£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。e1=0.837,

e2=0.837

*4x0x["+=1)xT；

(JGJ/T151-20086.3.7)

=4x5.67x10"X(0837+.837

01「X272.15?

=3.290136W/(m12•K)

气体间层两侧玻璃的对流换热系数

h-=Nn-(JGJ/T151-20086.3.2)

“c.iuidg.”

23

yXdXGxIBXcpXAT

Ra(JGJ/T151-20086.3.3-1)

UXX

1

丁(JGJ/T151-20086.3.3-2)

H

Ag.i(JGJ/T151-20086.3.3-3)

计算各式

0=—(JGJ/T151-20086.3.3-2)

%

_]

二272.15

=0.003674

Ag-「_Jdg.Li(JGJ/T151-20086.3.3-3)

2.4

X103

12

=200

23

yXdXGx3XcpXAT

Ra=(JGJ/T151-20086.3.3-1)

HX入

1.27932X(12X103)3X9.8X0.003674X1.008x10X10

1.706x105X2.408X102

=2498.798851

空腔的努谢尔特数计算：当前气体间层倾角为90°,按照JGJ/T151-20086.3.4规定有

垂直气体间层0=90°时有

.第9页

,o22984755

NU1=1+1.7596678xlO'XRa

=1.011351

0.242X

NU2=

=0.48097

故有Nu=(Nul，Nu2)max

=1.011351

代入6.3.2,得

(JGJ/T151-20086.3.2)

2.408x10"

=1.011351x

12x10’

=2.029444W/(m2•K)

所以当前气体间层的热阻R为

_I

2一%.2+尼2

1

2.029444+3.290136

=0.187985

当前情况玻璃的U值为：

1

lout

1]

+0.717129+0.018+7.625618

19.9

=0.916517(m2•K/W)

U=—

gRt

=1.091087W/(m2*K)

二、热工有限元分析计算

I、热工分析基本信息

热工有限元分析采用的各项基本参数如下:

室内空气温度：Tin=20℃；

e

室外空气温度：T0Ut=-29C；

2

室内对流换热系数：hc皿=3.6W/(m•K)；

2

室外对流换热系数：hc>0Ut=16W/(m-K)：

.第10页.

幕墙/门窗节点所采用的各项材料相关特性见下表:

编号材料名称类别导热系数（W/m-K）表面发射率

1空气气体0.0250.900

2铝合金窗框160.0000.900

3空气气体0.4180.000

4空气气体0.0690.000

5空气气体0.0520.000

6氨气气体0.0190.000

7叙气气体0.0190.000

8镀膜玻璃玻璃1.0000.004

9建筑玻璃玻璃1.0000.837

10空气气体0.0670.000

11空气气体0.1300.000

12空气气体0.1580.000

13空气气体0.0700.000

14分子筛密封剂0.1000.900

15空气气体0.0580.000

16EPDM（三元乙丙）密封条0.2500.900

17聚冼氨（尼龙）热断桥0.2500.900

18空气气体0.0290.000

19空气气体0.0320.000

20空气气体0.0320.000

21空气气体0.0280.00()

22空气气体0.0250.000

23空气气体0.0250.000

24空气气体0.0240.000

25空气气体0.0240.000

热工有限元分析的节点模型如下图所示:

第11页.

2、热工分析模型信息

热工有限元分析的节点模型材料如卜图所示（各种材料按照颜色进行区分）：

聚冼氨（尼

EPDM（三元

分

子筛

玻

建

筑

玻

镀

膜

氨

气

氮

气

铝

合

金

空

气

工模型材料示意图

节点进行三角化后的计算模型示意图如下：

.第12页.

wm©/@Qi

千点三角化示意图

3、热工分析温度分布图

经过有限元分析，得到节点模型的温度分布如下图所示:

15.230

9.543

3.856

-1.830

-7.517

-13.204

-18.891

送受分布图(HWKSoft)——整体热流量为33.70871F工

4、热工分析U值计算

经有限元分析得到，热工节点模型整体热流为：33.70872W/m

节点模型室外部分长度为：0.604164m

节点模型室内表面温度为20℃

节点模型室外表面温度为-20℃

室内外温差为40C

所以该节点模型整体U值为：.=1.394849W/(m2•K)

.第13页.

5、热工分析热流分布

经过有限元分析，得到模型各单元的热流分布如下图所示:

6823.587

5686.323

4549.058

3411.794

2274.529

1137.265

0.000

单元热流度（HWKS。六）一一整体热流量为33.7087Wz

6、热工分析节点坐标及温度信息

热工有限元分析模型节点坐标以及节点温度如下表：（略）

7、热工分析单元编号及热流量信息

热工有限元分析模型单元编号以及单元热流量如下表：（略）

.第14页.

第二部分、［强度计算信息］［产品结构］

一、热工有限元分析计算

1、热工分析基本信息

热工有限元分析采用的各项基本参数如下:

室内空气温度：Tin=20℃：

室外空气温度：Tout=-29℃；

2

室内对流换热系数：hcin=3.6W/(m・K)；

2

室外对流换热系数：hc10Ut=16W/(m•K)；

幕墙/门窗节点所采用的各项材料相关特性见下表:

编号材料名称类别导热系数(W/m•K)表面发射率

1空气气体0.0250.900

2家气气体0.0190.000

3氨气气体0.0190.000

4空气气体0.0700.00()

5空气气体0.0690.000

6铝合金窗框160.0000.900

7空气气体0.1960.000

8建筑玻璃玻璃1.0000.837

9镀膜玻璃玻璃1.0000.004

10空气气体0.1910.000

11空气气体0.0700.000

12空气气体0.0720.000

13分子筛密封剂0.1000.900

14固体/热融异丁烯密封剂0.2400.900

15中密度硅胶泡沫密封剂0.1700.900

16玻璃棉板绝缘材料0.0500.900

热工有限元分析的节点模型如下图所示:

.第15页.

2、热工分析模型信息

热工有限元分析的节点模型材料如下图所示（各种材料按照颜色进行区分）:

.第16页.

■玻璃棉板

一中密度硅胶泡

固体/热融异二

分子筛

_镀膜玻璃

B一建筑玻璃

铝合金

口氮气

■氮气

;空气

模型材料示意图

节点进行三角化后的计算模型示意图如下:

.第17页.

节点三角化示意不

3、热工分析温度分布图

经过有限元分析•，得到市点模型的温度分布如下图所示:

.第18页.

14.747

1

■I19.369

■I13.991

*

Ri

Bl1-6.766

■IIjJ-12.145

.III-I

冷度分布图(HWKS。六)——整注热沆量为33.4926Wn:

4、热工分析U值计算

经有限元分析得到，热工节点模型整体热流为：33.492637W/m

节点模型室外部分长度为：0.501103m

节点模型室内表面温度为20C

节点模型室外表面温度为-20℃

室内外温差为40。。

所以该节点模型整体U值为：*=1.670945W/(m2•K)

U.DU1IvoX^U

5、热工分析热流分布

经过有限元分析，得到模型各单元的热流分布如下图所示：

.第19页.

4648.340

3873.617

3098.893

2324.170

1549.447