《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T 151-2008

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 1 总 则

1 总 则


1.0.1 为贯彻执行国家的建筑节能政策,促进建筑门窗、玻璃幕墙工程的节能设计和产品设计,规范门窗、玻璃幕墙产品的节能性能评价,制定本规程。

1.0.2 本规程适用于建筑外围护结构中使用的门窗和玻璃幕墙的传热系数、遮阳系数、可见光透射比以及结露性能评价的计算。

1.0.3 本规程规定的计算是在建筑门窗、玻璃幕墙空气渗透量为零,且采用稳态传热计算方法进行的计算。

1.0.4 实际工程所用建筑门窗、玻璃幕墙的室内外热工计算边界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的要求。

1.0.5 建筑门窗、玻璃幕墙所用材料的热工计算参数除可使用本规程给出的参数外,尚应符合国家现行有关标准的规定。

 2 术语、符号

2.1 术语

2.1 术 语


2.1.1 夏季标准计算环境条件 standard summer environmental condition

    用于门窗或玻璃幕墙产品设计、性能评价的夏季热工计算环境条件。

2.1.2 冬季标准计算环境条件 standard winter environmental condition

    用于门窗或玻璃幕墙产品设计、性能评价的冬季热工计算环境条件。

2.1.3 传热系数 thermal transmittance

    两侧环境温度差为1K(℃)时,在单位时间内通过单位面积门窗或玻璃幕墙的热量。

2.1.4 面板传热系数 thermal transmittance of panel

    指面板中部区域的传热系数,不考虑边缘的影响。如玻璃传热系数,是指玻璃面板中部区域的传热系数。

2.1.5 线传热系数 linear thermal transmittance

    表示门窗或幕墙玻璃(或者其他镶嵌板)边缘与框的组合传热效应所产生附加传热量的参数,简称“线传热系数”。

2.1.6 太阳光总透射比 total solar energy transmittance,solar factor

    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通过辐射透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。

2.1.7 遮阳系数 shading coefficient

    在给定条件下,玻璃、门窗或玻璃幕墙的太阳光总透射比,与相同条件下相同面积的标准玻璃(3mm厚透明玻璃)的太阳光总透射比的比值。

2.1.8 可见光透射比 visible transmittance

    采用人眼视见函数进行加权,标准光源透过玻璃、门窗或玻璃幕墙成为室内的可见光通量与投射到玻璃、门窗或玻璃幕墙上的可见光通量的比值。

2.1.9 露点温度 dew point temperature

    在一定压力和水蒸气含量的条件下,空气达到饱和水蒸气状态时(相对湿度等于100%)的温度。

2.2 符号

2.2 符 号


2.2.1 本规程采用如下符号:

    A——面积;

    Ai——第i层玻璃的太阳辐射吸收比;

    cp——常压下的比热容;

    d——厚度;

    Dλ——标准光源(CIE D65,IS0 10526)光谱函数;

    E——空气的饱和水蒸气压力;

   ?——空气的相对湿度;

    g-——阳光总透射比;

    G——重力加速度;

    h——表面换热系数;

    H——气体间层高度;

    ——在第i层和第i+1层玻璃层之间向室外侧方向的辐射照度;

    ——在第i层和第i+1层玻璃层之间向室内侧方向的辐射照度;

    I——太阳辐射照度;

    J——辐射强度;

    l——长度;

    L——气体间层长度;

    L2D——二维传热计算的截面线传热系数;

    ——气体的摩尔质量;

    N——玻璃层数加2;

    Nu——努谢尔特数(Nusselt number);

    p——压力;

    q——热流密度;

    Q——热流量;

    ——气体常数;

    R——热阻;

    Ra——瑞利数(Rayleigh number);

    SC——遮阳系数;

    Si——第i层玻璃吸收的太阳辐射热流密度;

    Sλ——标准太阳辐射光谱函数;

    t——厚度,温度;

    tperp——框内空腔垂直于热流的最大尺寸;

    T——温度;

    T10——结露性能评价指标;

    u——邻近表面的气流速度;

    U——传热系数;

    V——窗或幕墙附近自由气流流速,或某个部位的平均气流速度;

    V(λ)——视见函数(ISO/CIE 10527);

    α——材料表面太阳辐射吸收系数;

    β——填充气体热膨胀系数;

    γ——气体密度;

    λ——导热系数;

    μ——流体运动黏度;

    ε——远红外线半球发射率,方位角度;

    ρ——反射比;

    σ——斯蒂芬-玻尔兹曼常数,5.67×10-8W/(m2·K4);

    ——附加线传热系数;

    τ——透射比。


2.2.2 本规程的符号采用表2.2.2所列举的注脚。


 3 整樘窗热工性能计算

3.1 一般规定

3.1 一般规定

3.1.1 整樘窗(或门,下同)的传热系数、遮阳系数、可见光透射比应采用各部分的相应数值按面积进行加权平均计算。典型窗的传热系数可按本规程附录A确定。

3.1.2 窗的线传热系数应按照本规程第7章的规定进行计算。

3.1.3 窗框的传热系数、太阳光总透射比应按照本规程第7章的规定进行计算。典型窗框的传热系数可按本规程附录B进行简化计算。

3.1.4 窗玻璃(或其他透明板材)的传热系数、太阳光总透射比、可见光透射比应按照本规程第6章的规定进行计算。典型玻璃系统的光学热工参数可按本规程附录C确定。

3.1.5 计算窗产品的热工性能时,框与墙相接的边界应作为绝热边界处理。

3.2 整樘窗几何描述

3.2 整樘窗几何描述


3.2.1 整樘窗应根据框截面的不同对窗框进行分类,每个不同类型窗框截面均应计算框传热系数、线传热系数。

    不同类型窗框相交部分的传热系数宜采用邻近框中较高的传热系数代替。

3.2.2 窗在进行热工计算时应按下列规定进行面积划分(图3.2.2):

    1 窗框投影面积Af:指从室内、外两侧分别投影,得到的可视框投影面积中的较大值,简称“窗框面积”;

    2 玻璃投影面积Ag(或其他镶嵌板的投影面积Ap):指从室内、外侧可见玻璃(或其他镶嵌板)边缘围合面积的较小值,简称“玻璃面积”(或“镶嵌板面积”);

    3 整樘窗总投影面积At:指窗框面积Af与窗玻璃面积Ag(或其他镶嵌板的面积Ap)之和,简称“窗面积”。

3.2.3 玻璃和框结合处的线传热系数对应的边缘长度应为框与玻璃接缝长度,并应取室内、室外值中的较大值(图3.2.3)。

图3.2.2 窗各部件面积划分示意


图3.2.3 窗玻璃区域周长示意


3.3 整樘窗传热系数

3.3 整樘窗传热系数


3.3.1 整樘窗的传热系数应按下式计算:

式中  Ut——整樘窗的传热系数[W/(m2·K)];

      Ag——窗玻璃(或者其他镶嵌板)面积(m2);

      Af——窗框面积(m2);

      At——窗面积(m2);

      ——玻璃区域(或者其他镶嵌板区域)的边缘长度(m);

      Ug——窗玻璃(或者其他镶嵌板)的传热系数[W/(m2·K)],按本规程第6章的规定计算;

      Uf——窗框的传热系数[W/(m2·K)],按本规程第7章的规定计算;

      ——窗框和窗玻璃(或者其他镶嵌板)之间的线传热系数[W/(m·K)],按本规程第7章的规定计算。


3.4 整樘窗遮阳系数

3.4 整樘窗遮阳系数


3.4.1 整樘窗的太阳光总透射比应按下式计算:

武中  gt——整樘窗的太阳光总透射比;

      Ag——窗玻璃(或其他镶嵌板)面积(m2);

      Af——窗框面积(m2);

      gg——窗玻璃(或其他镶嵌板)区域太阳光总透射比,按本规程第6章的规定计算;

      gf——窗框太阳光总透射比;

      At——窗面积(m2)。


3.4.2 整樘窗的遮阳系数应按下式计算:

式中  SC——整樘窗的遮阳系数;

      gt——整樘窗的太阳光总透射比。


3.5 整樘窗可见光透射比

3.5 整樘窗可见光透射比


3.5.1 整樘窗的可见光透射比应按下式计算:


式中  τt——整樘窗的可见光透射比;

      τv——窗玻璃(或其他镶嵌板)的可见光透射比,按本规程第6章的规定计算;

      Ag——窗玻璃(或其他镶嵌板)面积(m2);

      At——窗面积(m2)。


 4 玻璃幕墙热工计算

4.1 一般规定

4.1 一般规定


4.1.1 玻璃幕墙整体的传热系数、遮阳系数、可见光透射比应采用各部件的相应数值按面积进行加权平均计算。

4.1.2 玻璃幕墙的线传热系数应按本规程第7章的规定进行计算。

4.1.3 幕墙框的传热系数、太阳光总透射比应按本规程第7章的规定进行计算。

4.1.4 幕墙玻璃(或其他透明面板)的传热系数、太阳光总透射比、可见光透射比应按本规程第6章的规定进行计算。典型玻璃系统的光学热工参数可按本规程附录C确定。

4.1.5 非透明多层面板的传热系数应按照各个材料层热阻相加的方法进行计算。

4.1.6 计算幕墙水平和垂直转角部位的传热时,可将幕墙展开,将转角框简化为传热等效的框进行计算。

4.2 幕墙几何描述

4.2 幕墙几何描述


4.2.1 应根据框截面、镶嵌面板类型的不同将幕墙框节点进行分类,不同种类的框截面节点均应计算其传热系数及对应框和镶嵌面板接缝的线传热系数。

4.2.2 在进行幕墙热工计算时应按下列规定进行面积划分(图4.2.2):

    1 框投影面积Af:指从室内、外两侧分别投影,得到的可视框投影面积中的较大值,简称“框面积”;

    2 玻璃投影面积Ag(或其他镶嵌板的投影面积Ap):指室内、外侧可见玻璃(或其他镶嵌板)边缘围合面积的较小值,简称“玻璃面积”(或“镶嵌板面积”);

    3 幕墙总投影面积At:指框面积Af与玻璃面积Ag和其他面板面积Ap)之和,简称“幕墙面积”。

图4.2.2 各部件面积划分示意


4.2.3 幕墙玻璃(或其他镶嵌板)和框结合的线传热系数对应的边缘长度应为框与面板的接缝长度,并应取室内、室外接缝长度的较大值(图4.2.3)。

图4.2.3 框与面板结合的几种情况示意


4.2.4 幕墙计算的边界和单元的划分应根据幕墙形式的不同而采用不同的方式。幕墙计算单元的划分应符合下列规定:

    1 构件式幕墙计算单元可从型材中线剖分(图4.2.4-1);

    2 单元式幕墙计算单元可从单元间的拼缝处剖分(图4.2.4-2) 。

 

图4.2.4-1 构件式幕墙计算单元划分

(a)构造原理;(b)计算单元划分示意


 

图4.2.4-2 单元式幕墙计算单元划分

(a)构造原理;(b)计算单元划分示意


4.2.5 幕墙计算的节点应包括幕墙所有典型的节点,对于复杂的节点可拆分计算(图4.2.5)。

图4.2.5 幕墙计算节点的拆分

1-立柱;2-横梁;3-开启扇框


4.3 幕墙传热系数

4.3 幕墙传热系数


4.3.1 单幅幕墙的传热系数UCW应按下式计算:

式中  UCW——单幅幕墙的传热系数[W/(m2·K)];

      Ag——玻璃或透明面板面积(m2);

      lg——玻璃或透明面板边缘长度(m);

      Ug——玻璃或透明面板传热系数[W/(m2·K)],应按 本规程第6章的规定计算;

      g——玻璃或透明面板边缘的线传热系数[W/(m·K)],应按本规程第7章的规定计算;

      Ap——非透明面板面积(m2);

      lp——非透明面板边缘长度(m);

      Up——非透明面板传热系数[W/(m2·K)];

      p——非透明面板边缘的线传热系数[W/(m·K)],应按本规程第7章的规定计算;

      Af——框面积(m2);

      Uf——框的传热系数[W/(m2·K)],应按本规程第7章的规定计算。

4.3.2 当幕墙背后有其他墙体(包括实体墙、装饰墙等),且幕墙与墙体之间为封闭空气层时,此部分的室内环境到室外环境的传热系数U应按下式计算:

式中  UCW——在墙体范围内外层幕墙的传热系数[W/(m2·K)];

      Rair——幕墙与墙体间封闭空气间层的热阻,30、40、50mm及以上厚度封闭空气层的热阻取值一般可分别取为0.17、0.18、0.18(m2·K/W);

      UWall——墙体范围内的墙体传热系数[W/(m2·K)];

      hin——幕墙室内表面换热系数[W/(m2·K)];

      hout——幕墙室外表面换热系数[W/(m2·K)]。

4.3.3 幕墙背后单层墙体的传热系数UWall应按下式计算:

式中  d——单层材料的厚度(m);

      λ——单层材料的导热系数[W/(m·K)]。

4.3.4 幕墙背后多层墙体的传热系数UWall应按下式计算:

式中  di——各单层材料的厚度(m);

      λi——各单层材料的导热系数[W/(m·K)]。

4.3.5 若幕墙与墙体之间存在热桥,当热桥的总面积不大于墙体部分面积1%时,热桥的影响可忽略;当热桥的总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代替本规程公式(4.3.2)中的空气间层热阻Rair当量热阻Reff应按下式计算:

式中  Ab——热桥元件的总面积;

      A——计算墙体范围内幕墙的面积;

      λb——热桥材料的导热系数[W/(m·K)];

      Rair——空气间层的热阻(m2·K/W);

      d——空气间层的厚度(m)。


4.4 幕墙遮阳系数

4.4 幕墙遮阳系数


4.4.1 单幅幕墙的太阳光总透射比gCW应按下式计算:

式中  gCW——单幅幕墙的太阳光总透射比;

      Ag——玻璃或透明面板面积(m2);

      gg——玻璃或透明面板的太阳光总透射比;

      Ap——非透明面板面积(m2);

      gp——非透明面板的太阳光总透射比;

      Af——框面积(m2);

      gf——框的太阳光总透射比;

      A——幕墙单元面积(m2)。

4.4.2 单幅幕墙的遮阳系数SCCW应按下式计算:

式中  SCCW——单幅幕墙的遮阳系数;

      gCW——单幅幕墙的太阳光总透射比。


4.5 幕墙可见光透射比

4.5 幕墙可见光透射比


4.5.1 幕墙单元的可见光透射比τCW应按下式计算:

式中  τCW——幕墙单元的可见光透射比;

      τv——透光面板的可见光透射比;

      A——幕墙单元面积(m2);

      Ag——透光面板面积(m2)。


 5 结露性能评价

5.1 一般规定

5.1 一般规定


5.1.1 评价实际工程中建筑门窗、玻璃幕墙的结露性能时,所采用的计算条件应符合相应的建筑设计标准,并满足工程设计要求;评价门窗、玻璃幕墙产品的结露性能时应采用本规程第10章规定的结露性能评价计算标准条件,并应在给出计算结果时注明计算条件。

5.1.2 室外和室内的对流换热系数应根据所选定的计算条件,按本规程第10章的规定计算确定。

5.1.3 门窗、玻璃幕墙的结露性能评价指标,应采用各个部件内表面温度最低的10%面积所对应的最高温度值(T10)。

5.1.4 应按本规程第7章的规定,采用二维稳态传热计算程序进行典型节点的内表面温度计算。门窗、玻璃幕墙所有典型节点均应进行计算。

5.1.5 对于每一个二维截面,室内表面的展开边界应细分为若干分段,其尺寸不应大于计算软件中使用的网格尺寸,且应给出所有分段的温度计算值。

5.2 露点温度的计算

5.2 露点温度的计算


5.2.1 水表面(高于0℃)的饱和水蒸气压应按下式计算:

式中  Es——空气的饱和水蒸气压(hPa);

      E0——空气温度为0℃时的饱和水蒸气压,取E0=6.11hPa;

      t——空气温度(℃);

      a、b——参数,a=7.5,b=237.3。


5.2.2 在一定空气相对湿度?下,空气的水蒸气压e可按下式计算:

e=?·Es         (5.2.2)

式中  e——空气的水蒸气压(hPa);

     ?——空气的相对湿度(%);

      Es——空气的饱和水蒸气压(hPa)。

5.2.3 空气的露点温度可按下式计算:

式中  Td——空气的露点温度(℃);

      e——空气的水蒸气压(hPa);

      a、b——参数,a=7.5,b=237.3。


5.3 结露的计算与评价

5.3 结露的计算与评价


5.3.1 在进行门窗、玻璃幕墙结露计算时,计算节点应包括所有的框、面板边缘以及面板中部。

5.3.2 面板中部的结露性能评价指标T10应为采用二维稳态传热计算得到的面板中部区域室内表面的温度值;玻璃面板中部的结露性能评价指标T10可采用按本规程第6章计算得到的室内表面温度值。

5.3.3 框、面板边缘区域各自结露性能评价指标T10应按照下列方法确定:

    1 采用二维稳态传热计算程序,计算框、面板边缘区域的二维截面室内表面各分段的温度;

    2 对于每个部件,按照截面室内表面各分段温度的高低进行排序;

    3 由最低温度开始,将分段长度进行累加,直至统计长度达到该截面室内表面对应长度的10%;

    4 所统计分段的最高温度即为该部件截面的结露性能评价指标值T10。

5.3.4 在进行工程设计或工程应用产品性能评价时,应以门窗、幕墙各个截面中每个部件的结露性能评价指标T10均不低于露点温度为满足要求。

5.3.5 进行产品性能分级或评价时,应按各个部件最低的结露性能评价指标T10,min进行分级或评价。

5.3.6 采用产品的结露性能评价指标T10,min确定门窗、玻璃幕墙在实际工程中是否结露,应以内表面最低温度不低于室内露点温度为满足要求,可按下式计算判定:

式中  T10,min——产品的结露性能评价指标(℃);

      Tin,std——结露性能计算时对应的室内标准温度(℃);

      Tout,std——结露性能计算时对应的室外标准温度(℃);

      Tin——实际工程对应的室内计算温度(℃);

      Tout——实际工程对应的室外计算温度(℃);

      Td——室内设计环境条件对应的露点温度(℃)。


 6 玻璃光学热工性能计算

6.1 单片玻璃的光学热工性能

6.1 单片玻璃的光学热工性能


6.1.1 单片玻璃(包括其他透明材料,下同)的光学、热工性能应根据测定的单片玻璃光谱数据进行计算。  

    测定的单片玻璃光谱数据应包括其各个光谱段的透射比、前反射比和后反射比,光谱范围应至少覆盖300~2500nm波长范围,不同波长范围的数据间隔应满足下列要求:

    1 波长为300~400nm时,数据点间隔不应超过5nm;

    2 波长为400~1000nm时,数据点间隔不应超过10nm;

    3 波长为1000~2500nm时.数据点间隔不应超过50nm。

6.1.2 单片玻璃的可见光透射比τv应按下式计算:

式中  Dλ——D65标准光源的相对光谱功率分布,见本规程附录D;

      τ(λ)——玻璃透射比的光谱数据;

      V(λ)——人眼的视见函数,见本规程附录D。

6.1.3 单片玻璃的可见光反射比ρv应按下式计算:

式中  ρ(λ)——玻璃反射比的光谱数据。


6.1.4 单片玻璃的太阳光直接透射比τs应按下式计算:

式中  τ(λ)——玻璃透射比的光谱;

      Sλ——标准太阳光谱,见本规程附录D。


6.1.5 单片玻璃的太阳光直接反射比ρs应按下式计算:

式中  ρ(λ)——玻璃反射比的光谱。

6.1.6 单片玻璃的太阳光总透射比g应按下式计算:

式中  hin——玻璃室内表面换热系数[W/(m2·K)];

      hout——玻璃室外表面换热系数[W/(m2·K)];

      As——单片玻璃的太阳光直接吸收比。

6.1.7 单片玻璃的太阳光直接吸收比As应按下式计算:

As=1-τs-ρs        (6.1.7)

式中  τs——单片玻璃的太阳光直接透射比;

      ρs——单片玻璃的太阳光直接反射比。

6.1.8 单片玻璃的遮阳系数SCcg应按下式计算:

式中  g——单片玻璃的太阳光总透射比。

6.2 多层玻璃的光学热工性能

6.2 多层玻璃的光学热工性能


6.2.1 太阳光透过多层玻璃系统的计算应采用如下计算模型(图6.2.1-1):

  一个具有n层玻璃的系统,系统分为n+1个气体间层,最外层为室外环境(i=1),最内层为室内环境(i=n+1)。对于波长λ的太阳光,系统的光学分析应以第i-1层和第i层玻璃之间辐射能量建立能量平衡方程,其中角标“+"和“-”分别表示辐射流向室外和流向室内(图6.2.1-2)。

图6.2.1-2 多层玻璃体系中太阳辐射热的分析


    可设定室外只有太阳辐射,室外和室内环境的反射比为零。

当i=1时:

  当i=n+1时:

 当 i=2~n时 :

  利用线性方程组计算各个气体层的和值。传向室内的直接透射比应按下式计算:

 反射到室外的直接反射比应按下式计算:

 第i层玻璃的太阳辐射吸收比Ai(λ)应按下式计算:

6.2.2 对整个太阳光谱进行数值积分,应按下列公式计算得到第i层玻璃吸收的太阳辐射热流密度Si

式中  Ai——太阳辐射照射到玻璃系统时,第i层玻璃的太阳辐射吸收比。

6.2.3 多层玻璃的可见光透射比应按本规程公式(6.1.2)计算,可见光反射比应按本规程公式(6.1.3)计算。

6.2.4 多层玻璃的太阳光直接透射比应按本规程公式(6.1.4)计算,太阳光直接反射比应按本规程公式(6.1.5)计算。

6.3 玻璃气体间层的热传递

6.3 玻璃气体间层的热传递


6.3.1 玻璃间气体间层的能量平衡可用如下基本关系式表达(图6.3.1):


qi=hc,i(Tf,i-Tb,i-1)+Jf,i-Jb,i-1        (6.3.1-1)


式中  Tf,i——第i层玻璃前表面温度(K);

图6.3.1 第i层玻璃的能量平衡


      Tb,i-1——第i-1层玻璃后表面温度(K);

      Jf,i——第i层玻璃前表面辐射热(W/m2);

      Jb,i-1——第i-1层玻璃后表面辐射热(W/m2)。

    1 在每一层气体闻层中,应按下列公式计算:

qi=Si+qi+1        (6.3.1-2)

式中  tg,i——第i层玻璃的厚度(m);

      Si——第i层玻璃吸收的太阳辐射热(W/m2);

      τi——第i层玻璃的远红外透射比;

      ρf,i——第i层前玻璃的远红外反射比;

      ρb,i——第i层后玻璃的远红外反射比;

      εb,i——第i层后表面半球发射率;

      εf,i——第i层前表面半球发射率;

      λg,i——第i层玻璃的导热系数[W/(m·K)]。

    2 在计算传热系数时,应设定太阳辐射Is=0。在每层材料均为玻璃(或远红外透射比为零的材料)的系统中,可按如下热平衡方程计算气体间层的传热:


qi=hc,i(Tf,i-Tb,i-1)+hr,i(Tf,i-Tb,i-1)      (6.3.1-6)


武中  hr,i——第i层气体层的辐射换热系数,按本规程公式(6.3.7)计算;

      hc,i——第i层气体层的对流换热系数,按本规程公式(6.3.2)计算。


6.3.2 玻璃层阔气体间层的对流换热系数可按下式由无量纲的努谢尔特数Nui确定:

式中  dg,i——气体间层i的厚度(m);

      λg,i——所充气体的导热系数[W/(m·K)];

      Nui——努谢尔特数,是瑞利数Raj气体间层高厚比和气体间层倾角θ的函数。


注:在计算高厚比大的气体间层时,应考虑玻璃发生弯曲对厚度的影响。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。


6.3.3 玻璃层间气体间层的瑞利(Rayleigh)数可按下列公式计算:

式中  Ra——瑞利(Rayleigh)数;

      γ——气体密度(kg/m3);

      G——重力加速度(m/s2),可取9.80(m/s2);

      cp——常压下气体的比热容[J/(kg·K)];

      μ——常压下气体的黏度[kg/(m·s)];

      λ——常压下气体的导热系数[W/(m·K)];

      d——气体间层的厚度(m);

      △T——气体间层前后玻璃表面的温度差(K);

      β——将填充气体作理想气体处理时的气体热膨胀系数;

      Tm——填充气体的平均温度(K);

      Ag,i——第i层气体间层的高厚比;

      H——气体间层顶部到底部的距离(m),通常应和窗的透光区域高度相同。


6.3.4 应对应于不同的倾角θ值或范围,定量计算通过玻璃气体间层的对流热传递。以下计算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(180°-θ)代替θ。

    空腔的努谢尔特数Nui应按下列公式计算:

    1 气体间层倾角0°≤θ<60°

式中  函数[χ]*表达式为:

 2 气体间层倾角θ=60°

Nu=(Nu1,Nu2) max         (6.3.4-2)

3 气体间层倾角60°<θ<90°

    可根据公式(6.3.4-2)和(6.3.4-3)的计算结果按倾角θ作线性插值。以上公式适用于102 <Ra<2×107且5<Ag,i<100的情况。

    4 垂直气体间层(θ=90°)

Nu=(Nu1,Nu2)max         (6.3.4-3)

Nu1=0.028154Ra0.4134    104<Ra≤5×104

Nu1=1+1.7596678×10-10Ra2.2984755    Ra≤104

5 气体间层倾角90°<θ<180°


Nu=1+(Nuv-1)sinθ        (6.3.4-4)


式中  Nuv——按公式(6.3.4-3)计算的垂直气体间层的努谢尔特数。


6.3.5 填充气体的密度应按理想气体定律计算:

式中  p——气体压力,标准状态下p=101300Pa;

      γ——气体密度(kg/m3);

      Tm——气体的温度,标准状态下Tm=293K;

     ——气体常数[J/(kmol.K)];

     ——气体的摩尔质量(kg/mol)。

气体的定压比热容cp运动黏度μ、导热系数λ是温度的线性函数,典型气体的参数应按本规程附录E给出的公式和相关参数计算。


6.3.6 混合气体的密度、导热系数、运动黏度和比热容是各气体相应比例的函数,应按下列公式和规定计算:

    1 摩尔质量

式中  χi——混合气体中某一气体的摩尔数。

    2 密度

    3 比热容

4 运动黏度

  5 导热系数

 

 

式中 

——单原子气体的导热系数[W/(m·K)];


      ——多原子气体由于内能的散发所产生运动的附加导热系数[W/(m·K)]。

    应按以下步骤求取λmix

        1) 计算


        2) 计算

式中  λi——第i种填充气体的导热系数[W/(m·K)]。

        3) 用计算


        4) 用计算 

        5) 取


6.3.7 玻璃(或其他远红外辐射透射比为零的板材),气体间层两侧玻璃的辐射换热系数hr应按下式计算:

式中  σ——斯蒂芬-玻尔兹曼常数;

      Tm——气体间层中两个表面的平均绝对温度(K);

      ε1、ε2——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。


6.4 玻璃系统的热工参数

6.4 玻璃系统的热工参数


6.4.1 计算玻璃系统的传热系数时,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,应按下式计算:

式中  qin(Is=0)——没有太阳辐射热时,通过玻璃系统传向室内的净热流(W/m2);

      Tne——室外环境温度(K),按公式(6.4.1-6)计算;

      Tni——室内环境温度(K),按公式(6.4.1-6)计算。

    1 玻璃系统的传热阻Rt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:


式中 Rg,i——第i层玻璃的固体热阻(m2·K/W);

      Ri——第i层气体间层的热阻(m2·K/W);

      Tf,i、Tb,i-1——第i层气体间层的外表面和内表面温度(K);

      qi——第i层气体间层的热流密度,应按本规程第6.3.1条的规定计算。

    其中,第1层气体间层为室外,最后一层气体间层(n+1)为室内。

    2 环境温度应是周围空气温度Tair和平均辐射温度Tmm的加权平均值,应按下式计算:

式中  hc、hr——应按本规程第10章的规定计算。

6.4.2 玻璃系统的遮阳系数的计算应符合下列规定:

    1 各层玻璃室外侧方向的热阻应按下式计算:

式中  Rg,i——第i层玻璃的固体热阻(m2·K/W);

      Rg,k——第k层玻璃的固体热阻(m2·K/W);

      Rk——第k层气体间层的热阻(m2·K/W)。

    2 各层玻璃向室内的二次传热应按下式计算:


    3 玻璃系统的太阳光总透射比应按下式计算:

    4 玻璃系统的遮阳系数应按本规程公式(6.1.8)计算。


 7 框的传热计算

7.1 框的传热系数及框与面板接缝的线传热系数

7.1 框的传热系数及框与面板接缝的线传热系数


7.1.1 应采用二维稳态热传导计算软件进行框的传热计算。软件中的计算程序应包括本规程所规定的复杂灰色体漫反射模型和玻璃气体间层内、框空腔内的对流换热计算模型。

7.1.2 计算框的传热系数Uf时应符合下列规定:

    1 框的传热系数Uf应在计算窗或幕墙的某一框截面的二维热传导的基础上获得;

    2 在框的计算截面中,应用一块导热系数λ=0.03W/(m·K)的板材替代实际的玻璃(或其他镶嵌板),板材的厚度等于所替代面板的厚度,嵌入框的深度按照面板嵌入的实际尺寸,可见部分的板材宽度bp不应小于200mm(图7.1.2);

图7.1.2 框传热系数计算模型示意

3 在室内外标准条件下,用二维热传导计算程序计算流过图示截面的热流qw,并应按下式整理:

式中  Uf——框的传热系数[W/(m2·K)];

      ——框截面整体的线传热系数[W/(m·K)];

      Up——板材的传热系数[W/(m2·K)];

      bf——框的投影宽度(m);

      bp——板材可见部分的宽度(m);

      Tn,in——室内环境温度(K);

      Tn,out——室外环境温度(K)。

7.1.3 计算框与玻璃系统(或其他镶嵌板)接缝的线传热系数时应符合下列规定:

    1 用实际的玻璃系统(或其他镶嵌板)替代导热系数λ=0.03W/(m·K)的板材,其他尺寸不改变(图7.1.3);

图7.1.3 框与面板接缝线传热系数计算模型示意

    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,并应按下式整理:

式中  ——框与玻璃(或其他镶嵌板)接缝的线传热系数[w/(m·K)];

       ——框截面整体线传热系数[W/(m·K)];

      Ug——玻璃的传热系数[W/(m2·K)];

      bg——玻璃可见部分的宽度(m);

      Tn,in——室内环境温度(K);

      Tn,out——室外环境温度(K)。


7.2 传热控制方程

7.2 传热控制方程


7.2.1 框(包括固体材料、空腔和缝隙)的二维稳态热传导计算程序应采用如下基本方程:

  1 窗框内部任意两种材料相接表面的热流密度q应按下式计算:

 

式中  λ——材料的导热系数;

      eχ、ey——两种材料交界面单位法向量在χ和y方向的分量。

    2 在窗框的外表面,热流密度q应按下式计算:

q=qc+q       (7.2.1-3)

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。

7.2.2 采用二维稳态热传导方程求解框截面的温度和热流分布时,截面的网格划分原则应符合下列规定:

    1 任何一个网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稀疏一些;

    3 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变化时,该网格的疏密程度可认为是适当的;

    4 可用若干段折线近似代替实际的曲线。

7.2.3 固体材料的导热系数可选用本规程附录F的数值,也可直接采用检测的结果。在求解二维稳态传热方程时,应假定所有材料导热系数均不随温度变化。

    固体材料的表面发射率数值应按照本规程附录G确定;若表面发射率为固定值,也可直接采用表F.0.1中的数值。

7.2.4 当有热桥存在时,应按下列公式计算热桥部位(例如螺栓、螺钉等部位)固体的当量导热系数:

λeff=Fb·λb+(1-Fb        (7.2.4-1)

式中  S——热桥元件的面积(例如螺栓的面积)(m2);

      Ad——热桥元件的间距范围内材料的总面积(m2);

      λb——热桥材料导热系数[W/(m·K)];

      λn——无热桥材料时材料的导热系数[W/(m·K)]。


7.2.5 判断是否需要考虑热桥影响的原则应符合下列规定:

    1 当Fb≤1%时,忽略热桥影响;

    2 当1%<Fb≤5%,且λb>10λn时,应按本规程第7.2.4条的规定计算;

    3 当Fb>5%时,必须按本规程第7.2.4条的规定计算。

7.3 玻璃气体间层的传热

7.3 玻璃气体间层的传热


7.3.1 计算框与玻璃系统(或其他镶嵌板)接缝处的线传热系数时,应计算玻璃空气间层的传热。可将玻璃的空气间层当作一种不透明的固体材料,导热系数可采用当量导热系数代替,第i个气体间层的当量导热系数应按下式计算:

式中  dg,i——第i个气体间层的厚度(m);

      qi、Tf,i、Tb,i-1——按本规程第6章第6.3节的规定计算确定。

7.4 封闭空腔的传热

7.4 封闭空腔的传热


7.4.1 计算框内封闭空腔的传热时,应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换热,应按下列公式计算:

λeff=(hc+hr)·d        (7.4.1-1)

式中  λeff——封闭空腔的当量导热系数[W/(m·K)];

      hc——封闭空腔内空气对流换热系数[W/(m2·K)],应根据努谢尔特数来计算,并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数;

      hr——封闭空腔内辐射换热系数[W/(m2·K)],应按本规程第7.4.10条的规定计算;

      d——封闭空腔在热流方向的厚度(m);

      Nu——努谢尔特数;

      λair——空气的导热系数[W/(m·K)]。


7.4.2 热流朝下的矩形封闭空腔(图7.4.2)的努谢尔特数应为:


Nu=1.0      (7.4.2)

图7.4.2 热流朝下的空腔热流示意 

图7.4.3 热流朝上的空腔热流示意

7.4.3 热流朝上的矩形封闭空腔(图7.4.3)的努谢尔特数取决于空腔的高宽比Lv/Lh,其中Lv和Lh为空腔垂直和水平方向的尺寸。

    1 当Lv/Lh≤1时,其努谢尔特数应为:


Nu=1.0       (7.4.3-1)


    2 当1<Lv/Lh≤5时,其努谢尔特数应按下列公式计算:

式中  γair——空气密度(kg/m3);

      Lv——空腔的高宽比;

      G——重力加速度(m/s2),可取9.80 (m/s2);

      β——气体热胀膨系数,按本规程公式(6.3.3-2)计算;

      cp,air——常压下空气比热容[J/(kg·K)];

      μair——常压下空气运动黏度[kg/(m·s)];

      λair——常压下空气导热系数[W/(m·K)];

      Thot——空腔热侧温度(K);

      Tcold——空腔冷侧温度(K);

      Racrit——临界瑞利数;

      Ra——空腔的瑞利数;

    函数[χ]*的表达式为

    3 当Lv/Lh>5时,努谢尔特数应按下式计算:

7.4.4 水平热流的矩形封闭空腔(图7.4.4)的努谢尔特数应按下列规定计算:

图7.4.4 水平热流的空腔热流示意


     1 对于Lv/Lh≤0.5的情况,努谢尔特数应按下列公式计算:

式中γair、L、G、β、cp,air、μair、λair、Thot、Tcold按本章第7.4.3条定义及计算。

    2 当Lv/Lh≥5时,其努谢尔特数应取下列三式计算结果的最大值:

  3 当0.5<Lv/Lh<5时,应先取Lv/Lh=0.5按本条第1款计算,再取Lv/Lh=5按本条第2款计算,分别得到努谢尔特数,然后按Lv/Lh作线性插值计算。

7.4.5 当框的空腔是垂直方向时,可假定其热流为水平方向且Lv/Lh≥5,应按本规程第7.4.4条第2款计算努谢尔特数。

7.4.6 开始计算努谢尔特数时,温度Thot和Tcold应预先估算,可先采用Thot=10℃、Tcold=0℃开始进行迭代计算。每次计算后,应根据已得温度分布对其进行修正,并按此重复,直到两次连续计算得到的温度差值在1℃以内。

    每次计算都应检查计算初始时假定的热流方向,如果与计算初始时假定的热流方向不同,则应在下次计算中予以修正。

7.4.7 对于形状不规则的封闭空腔,可将其转换为相当的矩形空腔来计算其当量导热系数。转换应使用下列方法来将实际空腔的表面转换成相应矩形空腔的垂直表面或水平表面(图7.4.7-2、图7.4.7-2):


图7.4.7-1 形状不规则的封闭空腔转换成相应的矩形空腔示意


    1 内法线在315°和45°之间的任何表面应转换为向左的垂直表面;

    2 内法线在45°和135°之间的任何表面应转换为向上的水平表面;

    3 内法线在135°和225°之间的任何表面应转换为向右的垂直表面;

    4 内法线在225°和315°之间的任何表面应转换为向下的水平表面;

图7.4.7-2 内法线与表面位置示意


     5 如果两个相对立表面的最短距离小于5mm,则应在此处分割框内空腔。

7.4.8 转换后空腔的垂直和水平表面的温度应取该表面的平均温度。

7.4.9 转换后空腔的热流方向应由空腔的垂直和水平表面之间温差来确定,并应符合下列规定:

    1 如果空腔垂直表面之间温度差的绝对值大于水平表面之间的温度差的绝对值,则热流是水平的;

    2 如果空腔水平表面之间温度差的绝对值大于垂直表面之间温度差的绝对值,则热流方向由上下表面的温度确定。

7.4.10 当热流为水平方向时,封闭空腔的辐射传热系数hr应按下列公式计算:

式中  Tave——冷、热两个表面的平均温度(K);

      εcold——冷表面的发射率;

      εhot——热表面的发射率。

    当热流是垂直方向时,应将式(7.4.10-1)中的宽高比Lh/Lv改为高宽比Lv/Lh


7.5 敞口空腔、槽的传热

7.5 敞口空腔、槽的传热


7.5.1 小面积的沟槽或由一条宽度大于2mm但小于10mm的缝隙连通到室外或室内环境的空腔可作为轻微通风空腔来处理(图7.5.1)。轻微通风空腔应作为固体处理,其当量导热系数应取相同截面封闭空腔的等效导热系数的2倍,表面发射率可取空腔内表面的发射率。

    当轻微通风空腔的开口宽度小于或等于2mm时,可作为封闭空腔来处理。

图7.5.1 轻微通风的沟槽和空腔

(a)小开口沟槽;(b)小开口空腔

7.5.2 大面积的沟槽或连遭到室外或室内环境的缝隙宽度大于10mm的空腔应作为通风良好的空腔来处理(图7.5.2)。通风良好的空腔应将其整个表面视为暴露于外界环境中,表面换热系数hin和hout应按本规程第10章的规定计算。

图7.5.2 通风良好的沟槽和空腔

(a)大开口沟槽;(b)大开口空腔

7.6 框的太阳光总透射比

7.6 框的太阳光总透射比


7.6.1 框的太阳光总透射比应按下式计算:

式中  hout——室外表面换热系数,应按本规程第10章的规定计算;

      αf——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——框投影面积(m2)。


 8 遮阳系统计算

8.1 一般规定

8.1 一般规定


8.1.1 本规程所规定的遮阳系统计算仅适用于平行或近似平行于玻璃表面的平板型遮阳装置。

8.1.2 遮阳可分为三种基本形式:

    1 内遮阳:平行于玻璃面,位于玻璃系统的室内侧,与窗玻璃有紧密的光、热接触;

    2 外遮阳:平行予玻璃面,位于玻璃系统的室外侧,与窗玻璃有紧密的光、热接触;

    3 中间遮阳:平行于玻璃面,位于玻璃系统的内部或两层平行或接近平行的门窗、玻璃幕墙之间。

8.1.3 遮阳装置在计算处理时,可简化为一维模型,计算时应确定遮阳装置的光学性能、传热系数,并应依据遮阳装置材料的光学性能、几何形状和部位进行计算。

8.1.4 在计算门窗、幕墙的热工性能时,应考虑窗和幕墙系统加入遮阳装置后导致的窗和幕墙系统的传热系数、遮阳系数、可见光透射比计算公式的改变。

8.2 光学性能

8.2 光学性能


8.2.1 在计算遮阳装置的光学性能时,可做下列近似:

    1 将被遮阳装置反射的或通过遮阳装置传入室内的太阳辐射分为两部分:

      1) 未受干扰部分(镜面透射和反射);

      2) 散射部分。

    2 散射部分可近似为各向同性的漫射。

8.2.2 对于任一遮阳装置,均应在不同光线入射角时,计算遮阳装置的下列光辐射传递性能:

直射-直射的透射比τdir,dirj);

直射-散射的透射比τdir,difj);

散射-散射的透射比τdif,difj);

直射-直射的反射比ρdir,dirj);

直射-散射的反射比ρdir,difj);

散射-散射的反射比ρdif,difj)。

8.2.3 遮阳装置对光辐射的吸收比应按下列公式计算:

    1 对直射辐射的吸收比

αdirj)=1-τdir,dirj)-ρdir,dirj)-τdir,difj)-ρdir,difj)        (8.2.3-1)

    2 对散射辐射的吸收比

αdif(λj)=1-τdif,difj)-ρdif,difj)      (8.2.3-2)

8.3 遮阳百叶的光学性能

8.3 遮阳百叶的光学性能


8.3.1 光在遮阳装置上透射或反射时可分解为直射和散射部分,直射、散射部分继续通过前面或后面的门窗(或玻璃幕墙),应通过测试或计算得到所有玻璃、薄膜和遮阳装置的相关光学参数值。

8.3.2 计算由平行板条构成的遮阳百叶的光学性能时,应考虑板条的光学性能、几何形状和位置等因素(图8.3.2)。

8.3.3 计算遮阳百叶光学性能时可采用以下模型和假设:

    1 板条为漫反射表面,并可忽略窗户边缘的作用;

    2 模型考虑两个邻近的板条,每条可划分为5个相等部分(图8.3.3);

    3 可忽略板条长度方向的轻微挠曲。

8.3.4 对确定后的模型应按下列公式进行计算。对于每层f,i和b,i,i由0到n(这里n=6),对每一光谱间隔λjλ+△λ):

 

图8.3.2 板条的几何形状示意

图8.3.3 模型中分割示意

式中  ——由表面p到表面q的角系数;

      k——百叶板被划分的块序号;

      Ef,0——入射到遮阳百叶的光辐射;

      Eb,n——从遮阳百叶反射出来的光辐射;

      Ef,i——百叶板第i段上表面接收到的光辐射;

      Eb,i——百叶板第i段下表面接收到的光辐射;

      Ef,6——通过遮阳百叶的太阳辐射;

      ρf,i、ρb,i——百叶板第i段上、下表面的反射比,与百叶板材料特性有关;

      τf,i、τb,i——百叶板第i段上、下表面的透射比,与百叶板材料特性有关;

      J0——外部环境来的光辐射;

      Jn——室内环境来的反射。


8.3.5 散射-散射透射比应按下式计算:


τdif,difj)=Ef,nj)/J0j)        (8.3.5)


8.3.6 散射-散射反射比应按下式计算:


ρdif,difj)=Eb,0j)/J0j)        (8.3.6)


8.3.7 直射-直射的透射比和反射比应依据百叶的角度和高厚比,按投射的几何计算方法,可计算给定入射角Φ时穿过百叶未被遮挡光束的照度(图8.3.7)。

    1 对于任何波长λj,倾角Φ的直射-直射的透射比应按下式计算:


τdir,dir(Φ)=Edir,dirj,Φ)/J0j,Φ)       (8.3.7-1)


    2 可假设遮阳百叶透空的部分没有反射,即:


ρdir,dir(Φ)=0        (8.3.7-2)

图8.3.7 直射-直射透射比示意

8.3.8 直射一散射的透射比和反射比应按下列规定计算:

    对给定入射角Φ,计算遮阳装置中直接为Jf,0所辐射的部分k(图8.3.8)。

    在入射辐射J0和直接受到辐射部分k之间的角系数为1,即:

    内、外环境之间散射(除直射外)角系数为0,即:

    直射散射的透射比和反射比应按下式计算:

τdir,difj,Φ)=Ef,nj,Φ)/J0j,Φ)         (8.3.8-1)

ρdir,difj,Φ)=Eb,nj,Φ)/J0(λj,Φ)         (8.3.8-2)

    散射的吸收比应按本规程第8.2.3条的规定计算。

8.3.9 在精确计算传热系数时,应详细计算遮阳百叶远红外的透射特性。计算给定条件下遮阳百叶的透射比和反射比应与计算散射-散射透射比和反射比的模型相同,可将遮阳百叶的光学性能替换为远红外辐射特性进行计算。

    遮阳百叶表面的标准发射率数值应按附录G的规定确定,若表面发射率为固定值,也可直接采用表F.0.1中的数值。

8.4 遮阳帘与门窗或幕墙组合系统的简化计算

8.4 遮阳帘与门窗或幕墙组合系统的简化计算


8.4.1 遮阳帘类的遮阳装置按类型可分为匀质遮阳帘和百叶遮阳帘。遮阳帘的光学性能可用下列参数表示:

    1 遮阳帘太阳辐射透射比τe,B,包括直射-直射透射和直射-散射透射;

    2 遮阳帘室外侧太阳光反射比ρe,B,即直射-散射反射;

    3 遮阳帘室内侧太阳光反射比ρ'e,B,即散射-散射反射;

    4 遮阳帘可见光透射比τv,B,包括直射-直射透射和直射-散射透射;

    5 遮阳帘室外侧可见光反射比ρv,B,即直射-散射反射;

    6 遮阳帘室内侧可见光反射比ρ'v,B,即散射-散射反射。

    这些参数应采用适当的方法在垂直入射辐射下计算或测试,其中百叶遮阳帘可在辐射以某一入射角入射的条件下按本规程第8.2、8.3节的规定计算。

8.4.2 遮阳帘置于门窗(或玻璃幕墙)室外侧时,太阳光总透射比gtotal应按下列公式计算:

式中  A1——遮阳帘的传热系数[W/(m2·K)],可取6W/(m2·K);

      A2——遮阳帘与门窗(或玻璃幕墙)之间空气间层的传热系数[W/(m2·K)],可取18W/(m2·K);

      U——门窗(或玻璃幕墙)的传热系数[W/(m2·K)];

      g——门窗(或玻璃幕墙)的太阳光总透射比。

8.4.3 遮阳帘置于门窗(或玻璃幕墙)室内侧时,太阳光总透射比gtotal应按下列公式计算:

式中  A2——遮阳帘与门窗(或玻璃幕墙)之间空气间层的传热系数[W/(m2·K)],可取18W/(m2·K);

      U——门窗(或玻璃幕墙)的传热系数[W/(m2·K)]。

8.4.4 遮阳帘置于两片玻璃或封闭的两层门窗(或玻璃幕墙)之间时,太阳光总透射比gtotal应按下列公式计算:

式中  A3——封闭间层内遮阳帘的传热系数[W/(m2·K)],可取3W/(m2·K);

      U——门窗(或玻璃幕墙)的传热系数[W/(m2·K)]。


8.4.5 对内遮阳帘和外遮阳帘,遮阳帘与门窗或幕墙组合系统的可见光总透射比应按下式计算:

式中  τv——玻璃可见光透射比;

      ρv——玻璃面向遮阳侧的可见光反射比;

      τv,B——遮阳帘可见光透射比;

      ρv,B——遮阳帘面向玻璃侧的可见光反射比。

8.4.6 对内遮阳帘和外遮阳帘,遮阳帘与门窗或幕墙组合系统的太阳光直接透射比应按下式计算:

式中  τe——玻璃太阳光透射比;

      ρc——玻璃面向遮阳侧的太阳光反射比;

      τc,B——遮阳帘太阳光透射比;

      ρe,B——遮阳帘面向玻璃侧的太阳光反射比。


8.5 遮阳帘与门窗或幕墙组合系统的详细计算

8.5 遮阳帘与门窗或幕墙组合系统的详细计算


8.5.1 遮阳帘与门窗或幕墙组合系统的详细计算.应按本规程第6章和第9章的规定进行。

8.5.2 当按本规程第6章多层玻璃模型进行计算时.应对给出的公式进行下列补充:

    1 本规程第6.2节中的辐射应分解为三类,即将相应的透射比τ、反射比ρ和吸收比α分别分为:“直射-直射”、“直射-散射”、“散射-散射”的值;

    2 透射比应分解为向前和向后两个值。

8.5.3 当遮阳帘置于室外侧或室内侧,可将门窗(或玻璃幕墙)与遮阳帘分别等效为一层玻璃,应按本规程第6章多层玻璃模型计算太阳光总透射比、传热系数、可见光透射比。

8.5.4 遮阳帘置于两层门窗(或玻璃幕墙)中间时,可将门窗(或玻璃幕墙)与遮阳帘分别等效为一层玻璃,应按本规程第6章多层玻璃模型计算太阳光总透射比、传热系数、可见光透射比。

8.5.5 应根据遮阳帘的通风情况,按本规程第9章的方法计算通风空气间层的热传递。

 9 通风空气间层的传热计算

9.1 热平衡方程

9.1 热平衡方程


9.1.1 空气间层可分为封闭空气间层和通风空气间层。封闭空气间层的传热应按本规程第6章的规定进行计算。

9.1.2 通风空气间层中由空气的流动而产生的对流换热(图9.1.2)应按下列公式计算:

图9.1.2 空气间层和出口平均温度定义和主要尺寸模型

式中  hcv,i——通风空气间层的壁面对流换热系数[W/(m2·K)];

      qc,f,i+1——从间层空气到i+1表面的对流换热热流量(W/m2);

      qc,b,i——从i表面到间层空气的对流换热热流量(W/m2);

      hc,i——不通风间层表面到表面的对流换热系数[W/(m2·K)],应按本规程第6.3节的规定计算;

      Vi——间层的平均气流速度(m/s);

      Tgap,i——间层i中空气当量平均温度(℃); 

      Tf,i+1——层面i+1(玻璃、薄膜或遮阳装置)面向间层的温度(℃);

      Tb,i——层面i(玻璃、薄膜或遮阳装置)面向间层的温度(℃)。


9.1.3 空气间层的远红外辐射换热应按本规程第6.3节的规定计算。


9.1.4 通风产生的通风热流密度应按下式计算:

 

式(9.1.4-1)应满足下列能量平衡方程:

式中  qv,i——通风传到间层的热流密度(W/m2);

      γi——在温度为T,的条件下通风间层的空气密度(kg/m3):

      cp——空气的比热容[J/(kg·K)];

     ——通风间层的空气流量(m3/S);

      Tgap,i,out——通风间层出口处温度(℃);

      Tgap,i,in——通风间层入口处的温度(℃);

      Li——通风间层i的长度(m),见图9.1.2;

      Hi——通风间层i的高度(m),见图9.1.2。

9.1.5 通风空气间层可按气流流动的方向分为若干个计算子单元,前一个通风间层的出口温度可作为后一个通风间层的入口温度。

    进口处空气温度Tgap,i,in可按空气来源(室内、室外,或是与间层i交换空气的间层k出口温度Tgap,i,out)取值。

9.1.6 通风空气间层与室内环境的热传递可按本规程第6章多层玻璃模型的设定,i=n+1为室内环境,对于所有间层i,随空气流进室内环境n+1的通风热流密度可按下式计算:

式中  γi——温度为Tgap,i的条件下间层的空气密度(kg/m3)

      cp——空气的比热容[J/(kg·K)];

      ——间层的空气流量(m3/S);

      Tgap,i,out——间层出口处的空气温度(℃);

      Tair,in——室内空气温度(℃);

      Li——间层i的长度(m);

      Hi——间层i的高度(m)。


9.2 通风空气闻层的温度分布

9.2 通风空气闻层的温度分布


9.2.1 在已知间层空气的平均气流速度时,可根据本规程的简易模型计算温度分布和热流密度。

9.2.2 气流通过间层,在间层i中的温度分布(图9.2.2)应按下式计算:

图9.2.2 窗户间层的空气流

式中  Tgap,i(h)——间层i高度h处的空气温度(℃);

      H0,i——特征高度(间层平均温度对应的高度)(m);

      Tgap,i,in——进入间层i的空气温度(℃);

      Tav,i——表面i和i+1的平均温度(℃)。

    1 平均温度Tav,i应按下式计算:

式中  Tb,i——层面i(玻璃、薄膜或遮阳装置)面向间层i表面的温度(℃);

      Tf,i+1——层面i+1(玻璃、薄膜或遮阳装置)面向间层i表面的温度(℃)。

    2 空间温度特征高度H0,i应按下式计算:

式中  γi——温度为Tgap,i的空气密度(kg/m3);

      cp——空气的比热容[J/(kg·K)];

      si——间层i的宽度(m);

      Vi——间层i的平均气流速度(m/s);

      hcv,i——通风间层i的换热系数[W/(m2·K)]。

    3 离开间层的空气温度Tgap,i,out应按下式计算:

    4 间层i空气的等效平均温度Tgap,i应按下式计算:

9.3 通风空气间层的气流速度

9.3 通风空气间层的气流速度


9.3.1 已知空气流量时,通风空气间层的气流速度应按下式计算:

式中  Vi——间层i的平均空气流速(m/s);

      si——间层i宽度(m);

      Li——间层i长度(m);

      ——间层的空气流量(m3/s)。

9.3.2 自然通风条件下,通风间层的空气流量可采用经过认可的计算流体力学(CFD)软件模拟计算。

9.3.3 机械通风的情况下,空气流量应根据机械通风的设计流量确定。

 10 计算边界条件

10.1 计算环境边界条件

10.1 计算环境边界条件


10.1.1 设计或评价建筑门窗、玻璃幕墙定型产品的热工性能时,应统一采用本规程规定的标准计算条件进行计算。

10.1.2 在进行实际工程设计时,门窗、玻璃幕墙热工性能计算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的规定。

10.1.3 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℃

    室内对流换热系数hc,in=3.6W/(m2·K)

    室外对流换热系数hc,out=16W/(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=300W/m2

10.1.4 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℃

    室内对流换热系数hc,in=2.5W/(m2·K)

    室外对流换热系数hc,out=16W/(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=500W/m2

10.1.5 传热系数计算应采用冬季标准计算条件,并取Is=0W/m2。计算门窗的传热系数时,门窗周边框的室外对流换热系数hc,out应取8W/(m2·K),周边框附近玻璃边缘(65mm内)的室外对流换热系数hc,out应取12W/(m2·K)。

10.1.6 遮阳系数、太阳光总透射比计算应采用夏季标准计算条件。

10.1.7 结露性能评价与计算的标准计算条件应为:

    室内环境温度:20℃;

    室内环境湿度:30%,60%;

    室外环境温度:0℃,-10℃,-20℃;

    室外对流换热系数:20W/(m2·K)。

10.1.8 框的太阳光总透射比gf计算应采用下列边界条件:

qin=α·Is        (10.1.8)

式中  α——框表面太阳辐射吸收系数;

      Is——太阳辐射照度(W/m2);

      qin——框吸收的太阳辐射热(W/m2)。


10.2 对流换热

10.2 对流换热


10.2.1 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。

    设计或评价门窗、玻璃幕墙定型产品的热工性能时,室内表面的对流换热系数应符合本规程第10.1节的规定。

10.2.2 内表面的对流换热按自然对流计算时应符合下列规定:

    1 自然对流换热系数hc,in应按下式计算:

式中  λ——空气导热系数[W/(m·K)];

      H——自然对流特征高度,也可近似为窗高(m)。

    2 努谢尔特数Nu是基于门窗(或玻璃幕墙)高H的瑞利数RaH的函数,瑞利数RaH应按下列公式计算:

式中  Tb,n——门窗(或玻璃幕墙)内表面温度;

      Tin——室内空气温度(℃);

      γ——空气密度(kg/m3);

      cp——空气的比热容[J/(kg·K)];

      G——重力加速度(m/s2),可取9.80m/s2

      μ——空气运动黏度[kg/(m·s)];

      Tm,f——内表面平均气流温度。

    3 努谢尔特数Nu是表面倾斜角度θ的函数,当室内空气温度高于门窗(或玻璃幕墙)内表面温度(即Tin>Tb,n)时,内表面的努谢尔特数Nuin应按下列公式计算:

      1) 表面倾角0°≤θ<15°:

 2) 表面倾角15°≤θ≤90°:

  3) 表面倾角90°<θ≤179°:

 4) 表面倾角179°<θ≤180°:

当室内空气温度低于门窗(或玻璃幕墙)内表面温度(Tin<Tb,n)时,应以(180°-θ)代替θ,按以上公式进行计算。

10.2.3 在实际工程中,当内表面有较高速度气流时,室内对流换热应按强制对流计算。门窗(或玻璃幕墙)内表面对流换热系数应按下式计算:

hc,in=4+4Vs        (10.2.3)

式中  Vs——门窗(或玻璃幕墙)内表面附近的气流速度(m/s)。

10.2.4 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性能时,室外表面的对流换热系数应符合本规程第10.1节的规定。

10.2.5 当进行工程设计或评价实际工程用建筑门窗、玻璃幕墙产品性能计算时,外表面对流换热系数应按下式计算:

hc,out=4+4Vs        (10.2.5)

式中  Vs——门窗(或玻璃幕墙)外表面附近的气流速度(m/s)。

10.2.6 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按下列公式计算:

h c,out=4.7+7.6V       (10.2.6-1)

    门窗(或玻璃幕墙)附近的风速应按门窗(或玻璃幕墙)的朝向和吹向建筑的风向和风速确定。

    1 当门窗(或玻璃幕墙)外表面迎风时,Vs应按下式计算:

Vs=0.25V     V>2        (10.2.6-2)

Vs=0.5     V≤2        (10.2.6-3)

式中  V——在开阔地上测出的风速(m/s)。

    2 当门窗(或玻璃幕墙)外表面为背风时,Vs应按下式计算:

Vs=0.3+0.05V         (10.2.6-4)

    3 确定表面是迎风还是背风,应按下式计算相对于门窗(或玻璃幕墙)外表面的风向γ(图10.2.6):

γ=ε+180°-θ        (10.2.6-5)

  当>180°时,γ=360°-

    当-45°≤≤45°时,表面为迎风向,否则表面为背风向。

式中  θ——风向(由北朝顺时针测量的角度,见图10.2.6);

      ε——墙的方位(由南向西为正,反之为负,见图10.2.6)。

图10.2.6 确定风向和墙的方位示意

n-墙的法向方向;N-北向;S-南向

10.2.7 当外表面风速较低时,外表面自然对流换热系数hc,out应按下式计算:

式中  λ——空气的导热系数[W/(m·K)];

      H——表面的特征高度(m)。

    努谢尔特数Nu是瑞利数RaH和特征高度H的函数,瑞利数RaH应按下式计算:

式中  γ——空气密度(kg/m3);

      cp——空气的比热容[J/(kg·K)];

      G——重力加速度(m/s2),可取9.80m/s2

      μ——空气运动黏度[kg/(m·s)];

      Tout——室外空气温度(℃);

      Ts,out——幕墙、门窗外表面温度(℃);

      Tm,f——外表面平均气流温度(℃),应按下式计算:

    努谢尔特数的计算应与本规程第10.2.2条内表面计算相同,其中倾角θ应以(180°-θ)代替。

10.3 长波辐射换热

10.3 长波辐射换热


10.3.1 室外平均辐射温度的取值应分为下列两种应用条件:

    1 实际工程条件;

    2 用于定型产品性能设计或评价的计算标准条件。

10.3.2 对于实际工程计算条件,室外辐射照度Gout应按下列公式计算:

式中  Trm,out——室外平均辐射温度(K);

      Fgrd、Fsky——门窗系统相对地面(即水平线以下区域)和天空的角系数;

     ?clr——晴空的比例系数。

    1 门窗(或玻璃幕墙)相对地面、天空的角系数、晴空的比例系数应按下列公式计算:

式中  θ——门窗系统对地面的倾斜角度。

    2 当已知晴空辐射照度Jsky时,应直接按下列公式计算:

10.3.3 室内辐射照度应为:

门窗(或玻璃幕墙)内表面可认为仅受到室内建筑表面的辐射,墙壁和楼板可作为在室内温度中的大平面。

10.3.4 内表面计算时,应按下列公式简化计算玻璃部分和框部分表面辐射热传递:

式中  Trm,in——室内辐射温度(K);

      Ts,in——室内玻璃面或框表面温度(K);

      εsurf——玻璃面或框材料室内表面发射率;

      εin——室内环境材料的平均发射率,一般可取0.9。

    设计或评价建筑门窗、玻璃幕墙定型产品的热工性能时,门窗或幕墙室内表面的辐射换热系数应按下式计算:

式中  Trm,out——室外平均辐射温度(K),

      Ts,out——室外玻璃面或框表面温度(K);

      εs,out——玻璃面或框材料室外表面半球发射率。

  10.3.5 进行外表面计算时,应按下列公式简化玻璃面上和框表面上的辐射传热计算:

式中  Trm,out——室外平均辐射温度(K),

      Ts,out——室外玻璃面或框表面温度(K);

      εs,out——玻璃面或框材料室外表面半球发射率。

    设计或评价建筑门窗、玻璃幕墙定型产品的热工性能时,门窗或幕墙室外表面的辐射换热系数应按下式计算:

10.4 综合对流和辐射换热

10.4 综合对流和辐射换热


10.4.1 外表面或内表面的换热应按下式计算:

式中  hr——辐射换热系数;

      hc——对流换热系数;

      Ts——表面温度(K);

      Tn——环境温度(K)。

10.4.2 对于在计算中进行了近似简化的表面,其表面换热系数应根据面积按下式修正:

式中  hadjusted——修正后的表面换热系数;

      Areal——实际的表面积;

      Aapproximated——近似后的表面积。

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