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《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規程》JGJ/T 151-2008

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1總 則

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1.0.1 為貫徹執行國家的建筑節能政策,促進建筑門窗、玻璃幕墻工程的節能設計和產品設計,規范門窗、玻璃幕墻產品的節能性能評價,制定本規程。

1.0.2 本規程適用于建筑外圍護結構中使用的門窗和玻璃幕墻的傳熱系數、遮陽系數、可見光透射比以及結露性能評價的計算。

1.0.3 本規程規定的計算是在建筑門窗、玻璃幕墻空氣滲透量為零,且采用穩態傳熱計算方法進行的計算。

1.0.4 實際工程所用建筑門窗、玻璃幕墻的室內外熱工計算邊界條件應符合相應的建筑熱工設計標準和建筑節能設計標準的要求。

1.0.5 建筑門窗、玻璃幕墻所用材料的熱工計算參數除可使用本規程給出的參數外,尚應符合國家現行有關標準的規定。

2術語、符號

2.1 術語

2.1 術 語


2.1.1 夏季標準計算環境條件 standard summer environmental condition

    用于門窗或玻璃幕墻產品設計、性能評價的夏季熱工計算環境條件。

2.1.2 冬季標準計算環境條件 standard winter environmental condition

    用于門窗或玻璃幕墻產品設計、性能評價的冬季熱工計算環境條件。

2.1.3 傳熱系數 thermal transmittance

    兩側環境溫度差為1K(℃)時,在單位時間內通過單位面積門窗或玻璃幕墻的熱量。

2.1.4 面板傳熱系數 thermal transmittance of panel

    指面板中部區域的傳熱系數,不考慮邊緣的影響。如玻璃傳熱系數,是指玻璃面板中部區域的傳熱系數。

2.1.5 線傳熱系數 linear thermal transmittance

    表示門窗或幕墻玻璃(或者其他鑲嵌板)邊緣與框的組合傳熱效應所產生附加傳熱量的參數,簡稱“線傳熱系數”。

2.1.6 太陽光總透射比 total solar energy transmittance,solar factor

    通過玻璃、門窗或玻璃幕墻成為室內得熱量的太陽輻射部分與投射到玻璃、門窗或玻璃幕墻構件上的太陽輻射照度的比值。成為室內得熱量的太陽輻射部分包括太陽輻射通過輻射透射的得熱量和太陽輻射被構件吸收再傳入室內的得熱量兩部分。

2.1.7 遮陽系數 shading coefficient

    在給定條件下,玻璃、門窗或玻璃幕墻的太陽光總透射比,與相同條件下相同面積的標準玻璃(3mm厚透明玻璃)的太陽光總透射比的比值。

2.1.8 可見光透射比 visible transmittance

    采用人眼視見函數進行加權,標準光源透過玻璃、門窗或玻璃幕墻成為室內的可見光通量與投射到玻璃、門窗或玻璃幕墻上的可見光通量的比值。

2.1.9 露點溫度 dew point temperature

    在一定壓力和水蒸氣含量的條件下,空氣達到飽和水蒸氣狀態時(相對濕度等于100%)的溫度。

2.2 符號

2.2 符 號


2.2.1 本規程采用如下符號:

    A——面積;

    Ai——第i層玻璃的太陽輻射吸收比;

    cp——常壓下的比熱容;

    d——厚度;

    Dλ——標準光源(CIE D65,IS0 10526)光譜函數;

    E——空氣的飽和水蒸氣壓力;

   ?——空氣的相對濕度;

    g-——陽光總透射比;

    G——重力加速度;

    h——表面換熱系數;

    H——氣體間層高度;

    ——在第i層和第i+1層玻璃層之間向室外側方向的輻射照度;

    ——在第i層和第i+1層玻璃層之間向室內側方向的輻射照度;

    I——太陽輻射照度;

    J——輻射強度;

    l——長度;

    L——氣體間層長度;

    L2D——二維傳熱計算的截面線傳熱系數;

    ——氣體的摩爾質量;

    N——玻璃層數加2;

    Nu——努謝爾特數(Nusselt number);

    p——壓力;

    q——熱流密度;

    Q——熱流量;

    ——氣體常數;

    R——熱阻;

    Ra——瑞利數(Rayleigh number);

    SC——遮陽系數;

    Si——第i層玻璃吸收的太陽輻射熱流密度;

    Sλ——標準太陽輻射光譜函數;

    t——厚度,溫度;

    tperp——框內空腔垂直于熱流的最大尺寸;

    T——溫度;

    T10——結露性能評價指標;

    u——鄰近表面的氣流速度;

    U——傳熱系數;

    V——窗或幕墻附近自由氣流流速,或某個部位的平均氣流速度;

    V(λ)——視見函數(ISO/CIE 10527);

    α——材料表面太陽輻射吸收系數;

    β——填充氣體熱膨脹系數;

    γ——氣體密度;

    λ——導熱系數;

    μ——流體運動黏度;

    ε——遠紅外線半球發射率,方位角度;

    ρ——反射比;

    σ——斯蒂芬-玻爾茲曼常數,5.67×10-8W/(m2·K4);

    ——附加線傳熱系數;

    τ——透射比。


2.2.2 本規程的符號采用表2.2.2所列舉的注腳。


3整樘窗熱工性能計算

3.1 一般規定

3.1 一般規定

3.1.1 整樘窗(或門,下同)的傳熱系數、遮陽系數、可見光透射比應采用各部分的相應數值按面積進行加權平均計算。典型窗的傳熱系數可按本規程附錄A確定。

3.1.2 窗的線傳熱系數應按照本規程第7章的規定進行計算。

3.1.3 窗框的傳熱系數、太陽光總透射比應按照本規程第7章的規定進行計算。典型窗框的傳熱系數可按本規程附錄B進行簡化計算。

3.1.4 窗玻璃(或其他透明板材)的傳熱系數、太陽光總透射比、可見光透射比應按照本規程第6章的規定進行計算。典型玻璃系統的光學熱工參數可按本規程附錄C確定。

3.1.5 計算窗產品的熱工性能時,框與墻相接的邊界應作為絕熱邊界處理。

3.2 整樘窗幾何描述

3.2 整樘窗幾何描述


3.2.1 整樘窗應根據框截面的不同對窗框進行分類,每個不同類型窗框截面均應計算框傳熱系數、線傳熱系數。

    不同類型窗框相交部分的傳熱系數宜采用鄰近框中較高的傳熱系數代替。

3.2.2 窗在進行熱工計算時應按下列規定進行面積劃分(圖3.2.2):

    1 窗框投影面積Af:指從室內、外兩側分別投影,得到的可視框投影面積中的較大值,簡稱“窗框面積”;

    2 玻璃投影面積Ag(或其他鑲嵌板的投影面積Ap):指從室內、外側可見玻璃(或其他鑲嵌板)邊緣圍合面積的較小值,簡稱“玻璃面積”(或“鑲嵌板面積”);

    3 整樘窗總投影面積At:指窗框面積Af與窗玻璃面積Ag(或其他鑲嵌板的面積Ap)之和,簡稱“窗面積”。

3.2.3 玻璃和框結合處的線傳熱系數對應的邊緣長度應為框與玻璃接縫長度,并應取室內、室外值中的較大值(圖3.2.3)。

圖3.2.2 窗各部件面積劃分示意


圖3.2.3 窗玻璃區域周長示意


3.3 整樘窗傳熱系數

3.3 整樘窗傳熱系數


3.3.1 整樘窗的傳熱系數應按下式計算:

式中  Ut——整樘窗的傳熱系數[W/(m2·K)];

      Ag——窗玻璃(或者其他鑲嵌板)面積(m2);

      Af——窗框面積(m2);

      At——窗面積(m2);

      ——玻璃區域(或者其他鑲嵌板區域)的邊緣長度(m);

      Ug——窗玻璃(或者其他鑲嵌板)的傳熱系數[W/(m2·K)],按本規程第6章的規定計算;

      Uf——窗框的傳熱系數[W/(m2·K)],按本規程第7章的規定計算;

      ——窗框和窗玻璃(或者其他鑲嵌板)之間的線傳熱系數[W/(m·K)],按本規程第7章的規定計算。


3.4 整樘窗遮陽系數

3.4 整樘窗遮陽系數


3.4.1 整樘窗的太陽光總透射比應按下式計算:

武中  gt——整樘窗的太陽光總透射比;

      Ag——窗玻璃(或其他鑲嵌板)面積(m2);

      Af——窗框面積(m2);

      gg——窗玻璃(或其他鑲嵌板)區域太陽光總透射比,按本規程第6章的規定計算;

      gf——窗框太陽光總透射比;

      At——窗面積(m2)。


3.4.2 整樘窗的遮陽系數應按下式計算:

式中  SC——整樘窗的遮陽系數;

      gt——整樘窗的太陽光總透射比。


3.5 整樘窗可見光透射比

3.5 整樘窗可見光透射比


3.5.1 整樘窗的可見光透射比應按下式計算:


式中  τt——整樘窗的可見光透射比;

      τv——窗玻璃(或其他鑲嵌板)的可見光透射比,按本規程第6章的規定計算;

      Ag——窗玻璃(或其他鑲嵌板)面積(m2);

      At——窗面積(m2)。


4玻璃幕墻熱工計算

4.1 一般規定

4.1 一般規定


4.1.1 玻璃幕墻整體的傳熱系數、遮陽系數、可見光透射比應采用各部件的相應數值按面積進行加權平均計算。

4.1.2 玻璃幕墻的線傳熱系數應按本規程第7章的規定進行計算。

4.1.3 幕墻框的傳熱系數、太陽光總透射比應按本規程第7章的規定進行計算。

4.1.4 幕墻玻璃(或其他透明面板)的傳熱系數、太陽光總透射比、可見光透射比應按本規程第6章的規定進行計算。典型玻璃系統的光學熱工參數可按本規程附錄C確定。

4.1.5 非透明多層面板的傳熱系數應按照各個材料層熱阻相加的方法進行計算。

4.1.6 計算幕墻水平和垂直轉角部位的傳熱時,可將幕墻展開,將轉角框簡化為傳熱等效的框進行計算。

4.2 幕墻幾何描述

4.2 幕墻幾何描述


4.2.1 應根據框截面、鑲嵌面板類型的不同將幕墻框節點進行分類,不同種類的框截面節點均應計算其傳熱系數及對應框和鑲嵌面板接縫的線傳熱系數。

4.2.2 在進行幕墻熱工計算時應按下列規定進行面積劃分(圖4.2.2):

    1 框投影面積Af:指從室內、外兩側分別投影,得到的可視框投影面積中的較大值,簡稱“框面積”;

    2 玻璃投影面積Ag(或其他鑲嵌板的投影面積Ap):指室內、外側可見玻璃(或其他鑲嵌板)邊緣圍合面積的較小值,簡稱“玻璃面積”(或“鑲嵌板面積”);

    3 幕墻總投影面積At:指框面積Af與玻璃面積Ag和其他面板面積Ap)之和,簡稱“幕墻面積”。

圖4.2.2 各部件面積劃分示意


4.2.3 幕墻玻璃(或其他鑲嵌板)和框結合的線傳熱系數對應的邊緣長度應為框與面板的接縫長度,并應取室內、室外接縫長度的較大值(圖4.2.3)。

圖4.2.3 框與面板結合的幾種情況示意


4.2.4 幕墻計算的邊界和單元的劃分應根據幕墻形式的不同而采用不同的方式。幕墻計算單元的劃分應符合下列規定:

    1 構件式幕墻計算單元可從型材中線剖分(圖4.2.4-1);

    2 單元式幕墻計算單元可從單元間的拼縫處剖分(圖4.2.4-2) 。

 

圖4.2.4-1 構件式幕墻計算單元劃分

(a)構造原理;(b)計算單元劃分示意


 

圖4.2.4-2 單元式幕墻計算單元劃分

(a)構造原理;(b)計算單元劃分示意


4.2.5 幕墻計算的節點應包括幕墻所有典型的節點,對于復雜的節點可拆分計算(圖4.2.5)。

圖4.2.5 幕墻計算節點的拆分

1-立柱;2-橫梁;3-開啟扇框


4.3 幕墻傳熱系數

4.3 幕墻傳熱系數


4.3.1 單幅幕墻的傳熱系數UCW應按下式計算:

式中  UCW——單幅幕墻的傳熱系數[W/(m2·K)];

      Ag——玻璃或透明面板面積(m2);

      lg——玻璃或透明面板邊緣長度(m);

      Ug——玻璃或透明面板傳熱系數[W/(m2·K)],應按 本規程第6章的規定計算;

      g——玻璃或透明面板邊緣的線傳熱系數[W/(m·K)],應按本規程第7章的規定計算;

      Ap——非透明面板面積(m2);

      lp——非透明面板邊緣長度(m);

      Up——非透明面板傳熱系數[W/(m2·K)];

      p——非透明面板邊緣的線傳熱系數[W/(m·K)],應按本規程第7章的規定計算;

      Af——框面積(m2);

      Uf——框的傳熱系數[W/(m2·K)],應按本規程第7章的規定計算。

4.3.2 當幕墻背后有其他墻體(包括實體墻、裝飾墻等),且幕墻與墻體之間為封閉空氣層時,此部分的室內環境到室外環境的傳熱系數U應按下式計算:

式中  UCW——在墻體范圍內外層幕墻的傳熱系數[W/(m2·K)];

      Rair——幕墻與墻體間封閉空氣間層的熱阻,30、40、50mm及以上厚度封閉空氣層的熱阻取值一般可分別取為0.17、0.18、0.18(m2·K/W);

      UWall——墻體范圍內的墻體傳熱系數[W/(m2·K)];

      hin——幕墻室內表面換熱系數[W/(m2·K)];

      hout——幕墻室外表面換熱系數[W/(m2·K)]。

4.3.3 幕墻背后單層墻體的傳熱系數UWall應按下式計算:

式中  d——單層材料的厚度(m);

      λ——單層材料的導熱系數[W/(m·K)]。

4.3.4 幕墻背后多層墻體的傳熱系數UWall應按下式計算:

式中  di——各單層材料的厚度(m);

      λi——各單層材料的導熱系數[W/(m·K)]。

4.3.5 若幕墻與墻體之間存在熱橋,當熱橋的總面積不大于墻體部分面積1%時,熱橋的影響可忽略;當熱橋的總面積大于實體墻部分面積1%時,應計算熱橋的影響。

    計算熱橋的影響,可采用當量熱阻Reff代替本規程公式(4.3.2)中的空氣間層熱阻Rair當量熱阻Reff應按下式計算:

式中  Ab——熱橋元件的總面積;

      A——計算墻體范圍內幕墻的面積;

      λb——熱橋材料的導熱系數[W/(m·K)];

      Rair——空氣間層的熱阻(m2·K/W);

      d——空氣間層的厚度(m)。


4.4 幕墻遮陽系數

4.4 幕墻遮陽系數


4.4.1 單幅幕墻的太陽光總透射比gCW應按下式計算:

式中  gCW——單幅幕墻的太陽光總透射比;

      Ag——玻璃或透明面板面積(m2);

      gg——玻璃或透明面板的太陽光總透射比;

      Ap——非透明面板面積(m2);

      gp——非透明面板的太陽光總透射比;

      Af——框面積(m2);

      gf——框的太陽光總透射比;

      A——幕墻單元面積(m2)。

4.4.2 單幅幕墻的遮陽系數SCCW應按下式計算:

式中  SCCW——單幅幕墻的遮陽系數;

      gCW——單幅幕墻的太陽光總透射比。


4.5 幕墻可見光透射比

4.5 幕墻可見光透射比


4.5.1 幕墻單元的可見光透射比τCW應按下式計算:

式中  τCW——幕墻單元的可見光透射比;

      τv——透光面板的可見光透射比;

      A——幕墻單元面積(m2);

      Ag——透光面板面積(m2)。


5結露性能評價

5.1 一般規定

5.1 一般規定


5.1.1 評價實際工程中建筑門窗、玻璃幕墻的結露性能時,所采用的計算條件應符合相應的建筑設計標準,并滿足工程設計要求;評價門窗、玻璃幕墻產品的結露性能時應采用本規程第10章規定的結露性能評價計算標準條件,并應在給出計算結果時注明計算條件。

5.1.2 室外和室內的對流換熱系數應根據所選定的計算條件,按本規程第10章的規定計算確定。

5.1.3 門窗、玻璃幕墻的結露性能評價指標,應采用各個部件內表面溫度最低的10%面積所對應的最高溫度值(T10)。

5.1.4 應按本規程第7章的規定,采用二維穩態傳熱計算程序進行典型節點的內表面溫度計算。門窗、玻璃幕墻所有典型節點均應進行計算。

5.1.5 對于每一個二維截面,室內表面的展開邊界應細分為若干分段,其尺寸不應大于計算軟件中使用的網格尺寸,且應給出所有分段的溫度計算值。

5.2 露點溫度的計算

5.2 露點溫度的計算


5.2.1 水表面(高于0℃)的飽和水蒸氣壓應按下式計算:

式中  Es——空氣的飽和水蒸氣壓(hPa);

      E0——空氣溫度為0℃時的飽和水蒸氣壓,取E0=6.11hPa;

      t——空氣溫度(℃);

      a、b——參數,a=7.5,b=237.3。


5.2.2 在一定空氣相對濕度?下,空氣的水蒸氣壓e可按下式計算:

e=?·Es         (5.2.2)

式中  e——空氣的水蒸氣壓(hPa);

     ?——空氣的相對濕度(%);

      Es——空氣的飽和水蒸氣壓(hPa)。

5.2.3 空氣的露點溫度可按下式計算:

式中  Td——空氣的露點溫度(℃);

      e——空氣的水蒸氣壓(hPa);

      a、b——參數,a=7.5,b=237.3。


5.3 結露的計算與評價

5.3 結露的計算與評價


5.3.1 在進行門窗、玻璃幕墻結露計算時,計算節點應包括所有的框、面板邊緣以及面板中部。

5.3.2 面板中部的結露性能評價指標T10應為采用二維穩態傳熱計算得到的面板中部區域室內表面的溫度值;玻璃面板中部的結露性能評價指標T10可采用按本規程第6章計算得到的室內表面溫度值。

5.3.3 框、面板邊緣區域各自結露性能評價指標T10應按照下列方法確定:

    1 采用二維穩態傳熱計算程序,計算框、面板邊緣區域的二維截面室內表面各分段的溫度;

    2 對于每個部件,按照截面室內表面各分段溫度的高低進行排序;

    3 由最低溫度開始,將分段長度進行累加,直至統計長度達到該截面室內表面對應長度的10%;

    4 所統計分段的最高溫度即為該部件截面的結露性能評價指標值T10。

5.3.4 在進行工程設計或工程應用產品性能評價時,應以門窗、幕墻各個截面中每個部件的結露性能評價指標T10均不低于露點溫度為滿足要求。

5.3.5 進行產品性能分級或評價時,應按各個部件最低的結露性能評價指標T10,min進行分級或評價。

5.3.6 采用產品的結露性能評價指標T10,min確定門窗、玻璃幕墻在實際工程中是否結露,應以內表面最低溫度不低于室內露點溫度為滿足要求,可按下式計算判定:

式中  T10,min——產品的結露性能評價指標(℃);

      Tin,std——結露性能計算時對應的室內標準溫度(℃);

      Tout,std——結露性能計算時對應的室外標準溫度(℃);

      Tin——實際工程對應的室內計算溫度(℃);

      Tout——實際工程對應的室外計算溫度(℃);

      Td——室內設計環境條件對應的露點溫度(℃)。


6玻璃光學熱工性能計算

6.1 單片玻璃的光學熱工性能

6.1 單片玻璃的光學熱工性能


6.1.1 單片玻璃(包括其他透明材料,下同)的光學、熱工性能應根據測定的單片玻璃光譜數據進行計算。  

    測定的單片玻璃光譜數據應包括其各個光譜段的透射比、前反射比和后反射比,光譜范圍應至少覆蓋300~2500nm波長范圍,不同波長范圍的數據間隔應滿足下列要求:

    1 波長為300~400nm時,數據點間隔不應超過5nm;

    2 波長為400~1000nm時,數據點間隔不應超過10nm;

    3 波長為1000~2500nm時.數據點間隔不應超過50nm。

6.1.2 單片玻璃的可見光透射比τv應按下式計算:

式中  Dλ——D65標準光源的相對光譜功率分布,見本規程附錄D;

      τ(λ)——玻璃透射比的光譜數據;

      V(λ)——人眼的視見函數,見本規程附錄D。

6.1.3 單片玻璃的可見光反射比ρv應按下式計算:

式中  ρ(λ)——玻璃反射比的光譜數據。


6.1.4 單片玻璃的太陽光直接透射比τs應按下式計算:

式中  τ(λ)——玻璃透射比的光譜;

      Sλ——標準太陽光譜,見本規程附錄D。


6.1.5 單片玻璃的太陽光直接反射比ρs應按下式計算:

式中  ρ(λ)——玻璃反射比的光譜。

6.1.6 單片玻璃的太陽光總透射比g應按下式計算:

式中  hin——玻璃室內表面換熱系數[W/(m2·K)];

      hout——玻璃室外表面換熱系數[W/(m2·K)];

      As——單片玻璃的太陽光直接吸收比。

6.1.7 單片玻璃的太陽光直接吸收比As應按下式計算:

As=1-τs-ρs        (6.1.7)

式中  τs——單片玻璃的太陽光直接透射比;

      ρs——單片玻璃的太陽光直接反射比。

6.1.8 單片玻璃的遮陽系數SCcg應按下式計算:

式中  g——單片玻璃的太陽光總透射比。

6.2 多層玻璃的光學熱工性能

6.2 多層玻璃的光學熱工性能


6.2.1 太陽光透過多層玻璃系統的計算應采用如下計算模型(圖6.2.1-1):

  一個具有n層玻璃的系統,系統分為n+1個氣體間層,最外層為室外環境(i=1),最內層為室內環境(i=n+1)。對于波長λ的太陽光,系統的光學分析應以第i-1層和第i層玻璃之間輻射能量建立能量平衡方程,其中角標“+"和“-”分別表示輻射流向室外和流向室內(圖6.2.1-2)。

圖6.2.1-2 多層玻璃體系中太陽輻射熱的分析


    可設定室外只有太陽輻射,室外和室內環境的反射比為零。

當i=1時:

  當i=n+1時:

 當 i=2~n時 :

  利用線性方程組計算各個氣體層的和值。傳向室內的直接透射比應按下式計算:

 反射到室外的直接反射比應按下式計算:

 第i層玻璃的太陽輻射吸收比Ai(λ)應按下式計算:

6.2.2 對整個太陽光譜進行數值積分,應按下列公式計算得到第i層玻璃吸收的太陽輻射熱流密度Si

式中  Ai——太陽輻射照射到玻璃系統時,第i層玻璃的太陽輻射吸收比。

6.2.3 多層玻璃的可見光透射比應按本規程公式(6.1.2)計算,可見光反射比應按本規程公式(6.1.3)計算。

6.2.4 多層玻璃的太陽光直接透射比應按本規程公式(6.1.4)計算,太陽光直接反射比應按本規程公式(6.1.5)計算。

6.3 玻璃氣體間層的熱傳遞

6.3 玻璃氣體間層的熱傳遞


6.3.1 玻璃間氣體間層的能量平衡可用如下基本關系式表達(圖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層玻璃前表面溫度(K);

圖6.3.1 第i層玻璃的能量平衡


      Tb,i-1——第i-1層玻璃后表面溫度(K);

      Jf,i——第i層玻璃前表面輻射熱(W/m2);

      Jb,i-1——第i-1層玻璃后表面輻射熱(W/m2)。

    1 在每一層氣體聞層中,應按下列公式計算:

qi=Si+qi+1        (6.3.1-2)

式中  tg,i——第i層玻璃的厚度(m);

      Si——第i層玻璃吸收的太陽輻射熱(W/m2);

      τi——第i層玻璃的遠紅外透射比;

      ρf,i——第i層前玻璃的遠紅外反射比;

      ρb,i——第i層后玻璃的遠紅外反射比;

      εb,i——第i層后表面半球發射率;

      εf,i——第i層前表面半球發射率;

      λg,i——第i層玻璃的導熱系數[W/(m·K)]。

    2 在計算傳熱系數時,應設定太陽輻射Is=0。在每層材料均為玻璃(或遠紅外透射比為零的材料)的系統中,可按如下熱平衡方程計算氣體間層的傳熱:


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層氣體層的輻射換熱系數,按本規程公式(6.3.7)計算;

      hc,i——第i層氣體層的對流換熱系數,按本規程公式(6.3.2)計算。


6.3.2 玻璃層闊氣體間層的對流換熱系數可按下式由無量綱的努謝爾特數Nui確定:

式中  dg,i——氣體間層i的厚度(m);

      λg,i——所充氣體的導熱系數[W/(m·K)];

      Nui——努謝爾特數,是瑞利數Raj氣體間層高厚比和氣體間層傾角θ的函數。


注:在計算高厚比大的氣體間層時,應考慮玻璃發生彎曲對厚度的影響。發生彎曲的原因包括:空腔平均溫度、空氣濕度含量的變化、干燥劑對氮氣的吸收、充氮氣過程中由于海拔高度和天氣變化造成壓力的改變等因素。


6.3.3 玻璃層間氣體間層的瑞利(Rayleigh)數可按下列公式計算:

式中  Ra——瑞利(Rayleigh)數;

      γ——氣體密度(kg/m3);

      G——重力加速度(m/s2),可取9.80(m/s2);

      cp——常壓下氣體的比熱容[J/(kg·K)];

      μ——常壓下氣體的黏度[kg/(m·s)];

      λ——常壓下氣體的導熱系數[W/(m·K)];

      d——氣體間層的厚度(m);

      △T——氣體間層前后玻璃表面的溫度差(K);

      β——將填充氣體作理想氣體處理時的氣體熱膨脹系數;

      Tm——填充氣體的平均溫度(K);

      Ag,i——第i層氣體間層的高厚比;

      H——氣體間層頂部到底部的距離(m),通常應和窗的透光區域高度相同。


6.3.4 應對應于不同的傾角θ值或范圍,定量計算通過玻璃氣體間層的對流熱傳遞。以下計算假設空腔從室內加熱(即Tf,i>Tb,i-1),若實際上室外溫度高于室內(Tf,i<Tb,i-1),則要將(180°-θ)代替θ。

    空腔的努謝爾特數Nui應按下列公式計算:

    1 氣體間層傾角0°≤θ<60°

式中  函數[χ]*表達式為:

 2 氣體間層傾角θ=60°

Nu=(Nu1,Nu2) max         (6.3.4-2)

3 氣體間層傾角60°<θ<90°

    可根據公式(6.3.4-2)和(6.3.4-3)的計算結果按傾角θ作線性插值。以上公式適用于102 <Ra<2×107且5<Ag,i<100的情況。

    4 垂直氣體間層(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 氣體間層傾角90°<θ<180°


Nu=1+(Nuv-1)sinθ        (6.3.4-4)


式中  Nuv——按公式(6.3.4-3)計算的垂直氣體間層的努謝爾特數。


6.3.5 填充氣體的密度應按理想氣體定律計算:

式中  p——氣體壓力,標準狀態下p=101300Pa;

      γ——氣體密度(kg/m3);

      Tm——氣體的溫度,標準狀態下Tm=293K;

     ——氣體常數[J/(kmol.K)];

     ——氣體的摩爾質量(kg/mol)。

氣體的定壓比熱容cp運動黏度μ、導熱系數λ是溫度的線性函數,典型氣體的參數應按本規程附錄E給出的公式和相關參數計算。


6.3.6 混合氣體的密度、導熱系數、運動黏度和比熱容是各氣體相應比例的函數,應按下列公式和規定計算:

    1 摩爾質量

式中  χi——混合氣體中某一氣體的摩爾數。

    2 密度

    3 比熱容

4 運動黏度

  5 導熱系數

 

 

式中 

——單原子氣體的導熱系數[W/(m·K)];


      ——多原子氣體由于內能的散發所產生運動的附加導熱系數[W/(m·K)]。

    應按以下步驟求取λmix

        1) 計算


        2) 計算

式中  λi——第i種填充氣體的導熱系數[W/(m·K)]。

        3) 用計算


        4) 用計算 

        5) 取


6.3.7 玻璃(或其他遠紅外輻射透射比為零的板材),氣體間層兩側玻璃的輻射換熱系數hr應按下式計算:

式中  σ——斯蒂芬-玻爾茲曼常數;

      Tm——氣體間層中兩個表面的平均絕對溫度(K);

      ε1、ε2——氣體間層中的兩個玻璃表面在平均絕對溫度Tm下的半球發射率。


6.4 玻璃系統的熱工參數

6.4 玻璃系統的熱工參數


6.4.1 計算玻璃系統的傳熱系數時,應采用簡單的模擬環境條件,僅考慮室內外溫差,沒有太陽輻射,應按下式計算:

式中  qin(Is=0)——沒有太陽輻射熱時,通過玻璃系統傳向室內的凈熱流(W/m2);

      Tne——室外環境溫度(K),按公式(6.4.1-6)計算;

      Tni——室內環境溫度(K),按公式(6.4.1-6)計算。

    1 玻璃系統的傳熱阻Rt應為各層玻璃、氣體間層、內外表面換熱阻之和,應按下列公式計算:


式中 Rg,i——第i層玻璃的固體熱阻(m2·K/W);

      Ri——第i層氣體間層的熱阻(m2·K/W);

      Tf,i、Tb,i-1——第i層氣體間層的外表面和內表面溫度(K);

      qi——第i層氣體間層的熱流密度,應按本規程第6.3.1條的規定計算。

    其中,第1層氣體間層為室外,最后一層氣體間層(n+1)為室內。

    2 環境溫度應是周圍空氣溫度Tair和平均輻射溫度Tmm的加權平均值,應按下式計算:

式中  hc、hr——應按本規程第10章的規定計算。

6.4.2 玻璃系統的遮陽系數的計算應符合下列規定:

    1 各層玻璃室外側方向的熱阻應按下式計算:

式中  Rg,i——第i層玻璃的固體熱阻(m2·K/W);

      Rg,k——第k層玻璃的固體熱阻(m2·K/W);

      Rk——第k層氣體間層的熱阻(m2·K/W)。

    2 各層玻璃向室內的二次傳熱應按下式計算:


    3 玻璃系統的太陽光總透射比應按下式計算:

    4 玻璃系統的遮陽系數應按本規程公式(6.1.8)計算。


7框的傳熱計算

7.1 框的傳熱系數及框與面板接縫的線傳熱系數

7.1 框的傳熱系數及框與面板接縫的線傳熱系數


7.1.1 應采用二維穩態熱傳導計算軟件進行框的傳熱計算。軟件中的計算程序應包括本規程所規定的復雜灰色體漫反射模型和玻璃氣體間層內、框空腔內的對流換熱計算模型。

7.1.2 計算框的傳熱系數Uf時應符合下列規定:

    1 框的傳熱系數Uf應在計算窗或幕墻的某一框截面的二維熱傳導的基礎上獲得;

    2 在框的計算截面中,應用一塊導熱系數λ=0.03W/(m·K)的板材替代實際的玻璃(或其他鑲嵌板),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實際尺寸,可見部分的板材寬度bp不應小于200mm(圖7.1.2);

圖7.1.2 框傳熱系數計算模型示意

3 在室內外標準條件下,用二維熱傳導計算程序計算流過圖示截面的熱流qw,并應按下式整理:

式中  Uf——框的傳熱系數[W/(m2·K)];

      ——框截面整體的線傳熱系數[W/(m·K)];

      Up——板材的傳熱系數[W/(m2·K)];

      bf——框的投影寬度(m);

      bp——板材可見部分的寬度(m);

      Tn,in——室內環境溫度(K);

      Tn,out——室外環境溫度(K)。

7.1.3 計算框與玻璃系統(或其他鑲嵌板)接縫的線傳熱系數時應符合下列規定:

    1 用實際的玻璃系統(或其他鑲嵌板)替代導熱系數λ=0.03W/(m·K)的板材,其他尺寸不改變(圖7.1.3);

圖7.1.3 框與面板接縫線傳熱系數計算模型示意

    2 用二維熱傳導計算程序,計算在室內外標準條件下流過圖示截面的熱流,并應按下式整理:

式中  ——框與玻璃(或其他鑲嵌板)接縫的線傳熱系數[w/(m·K)];

       ——框截面整體線傳熱系數[W/(m·K)];

      Ug——玻璃的傳熱系數[W/(m2·K)];

      bg——玻璃可見部分的寬度(m);

      Tn,in——室內環境溫度(K);

      Tn,out——室外環境溫度(K)。


7.2 傳熱控制方程

7.2 傳熱控制方程


7.2.1 框(包括固體材料、空腔和縫隙)的二維穩態熱傳導計算程序應采用如下基本方程:

  1 窗框內部任意兩種材料相接表面的熱流密度q應按下式計算:

 

式中  λ——材料的導熱系數;

      eχ、ey——兩種材料交界面單位法向量在χ和y方向的分量。

    2 在窗框的外表面,熱流密度q應按下式計算:

q=qc+q       (7.2.1-3)

式中  qc——熱流密度的對流換熱部分;

      qr——熱流密度的輻射換熱部分。

7.2.2 采用二維穩態熱傳導方程求解框截面的溫度和熱流分布時,截面的網格劃分原則應符合下列規定:

    1 任何一個網格內部只能含有一種材料;

    2 網格的疏密程度應根據溫度分布變化的劇烈程度而定,應根據經驗判斷,溫度變化劇烈的地方網格應密些,溫度變化平緩的地方網格可稀疏一些;

    3 當進一步細分網格,流經窗框橫截面邊界的熱流不再發生明顯變化時,該網格的疏密程度可認為是適當的;

    4 可用若干段折線近似代替實際的曲線。

7.2.3 固體材料的導熱系數可選用本規程附錄F的數值,也可直接采用檢測的結果。在求解二維穩態傳熱方程時,應假定所有材料導熱系數均不隨溫度變化。

    固體材料的表面發射率數值應按照本規程附錄G確定;若表面發射率為固定值,也可直接采用表F.0.1中的數值。

7.2.4 當有熱橋存在時,應按下列公式計算熱橋部位(例如螺栓、螺釘等部位)固體的當量導熱系數:

λeff=Fb·λb+(1-Fb        (7.2.4-1)

式中  S——熱橋元件的面積(例如螺栓的面積)(m2);

      Ad——熱橋元件的間距范圍內材料的總面積(m2);

      λb——熱橋材料導熱系數[W/(m·K)];

      λn——無熱橋材料時材料的導熱系數[W/(m·K)]。


7.2.5 判斷是否需要考慮熱橋影響的原則應符合下列規定:

    1 當Fb≤1%時,忽略熱橋影響;

    2 當1%<Fb≤5%,且λb>10λn時,應按本規程第7.2.4條的規定計算;

    3 當Fb>5%時,必須按本規程第7.2.4條的規定計算。

7.3 玻璃氣體間層的傳熱

7.3 玻璃氣體間層的傳熱


7.3.1 計算框與玻璃系統(或其他鑲嵌板)接縫處的線傳熱系數時,應計算玻璃空氣間層的傳熱。可將玻璃的空氣間層當作一種不透明的固體材料,導熱系數可采用當量導熱系數代替,第i個氣體間層的當量導熱系數應按下式計算:

式中  dg,i——第i個氣體間層的厚度(m);

      qi、Tf,i、Tb,i-1——按本規程第6章第6.3節的規定計算確定。

7.4 封閉空腔的傳熱

7.4 封閉空腔的傳熱


7.4.1 計算框內封閉空腔的傳熱時,應將封閉空腔當作一種不透明的固體材料,其當量導熱系數應考慮空腔內的輻射和對流換熱,應按下列公式計算:

λeff=(hc+hr)·d        (7.4.1-1)

式中  λeff——封閉空腔的當量導熱系數[W/(m·K)];

      hc——封閉空腔內空氣對流換熱系數[W/(m2·K)],應根據努謝爾特數來計算,并應依據熱流方向是朝上、朝下或水平分別考慮三種不同情況的努謝爾特數;

      hr——封閉空腔內輻射換熱系數[W/(m2·K)],應按本規程第7.4.10條的規定計算;

      d——封閉空腔在熱流方向的厚度(m);

      Nu——努謝爾特數;

      λair——空氣的導熱系數[W/(m·K)]。


7.4.2 熱流朝下的矩形封閉空腔(圖7.4.2)的努謝爾特數應為:


Nu=1.0      (7.4.2)

圖7.4.2 熱流朝下的空腔熱流示意 

圖7.4.3 熱流朝上的空腔熱流示意

7.4.3 熱流朝上的矩形封閉空腔(圖7.4.3)的努謝爾特數取決于空腔的高寬比Lv/Lh,其中Lv和Lh為空腔垂直和水平方向的尺寸。

    1 當Lv/Lh≤1時,其努謝爾特數應為:


Nu=1.0       (7.4.3-1)


    2 當1<Lv/Lh≤5時,其努謝爾特數應按下列公式計算:

式中  γair——空氣密度(kg/m3);

      Lv——空腔的高寬比;

      G——重力加速度(m/s2),可取9.80 (m/s2);

      β——氣體熱脹膨系數,按本規程公式(6.3.3-2)計算;

      cp,air——常壓下空氣比熱容[J/(kg·K)];

      μair——常壓下空氣運動黏度[kg/(m·s)];

      λair——常壓下空氣導熱系數[W/(m·K)];

      Thot——空腔熱側溫度(K);

      Tcold——空腔冷側溫度(K);

      Racrit——臨界瑞利數;

      Ra——空腔的瑞利數;

    函數[χ]*的表達式為

    3 當Lv/Lh>5時,努謝爾特數應按下式計算:

7.4.4 水平熱流的矩形封閉空腔(圖7.4.4)的努謝爾特數應按下列規定計算:

圖7.4.4 水平熱流的空腔熱流示意


     1 對于Lv/Lh≤0.5的情況,努謝爾特數應按下列公式計算:

式中γair、L、G、β、cp,air、μair、λair、Thot、Tcold按本章第7.4.3條定義及計算。

    2 當Lv/Lh≥5時,其努謝爾特數應取下列三式計算結果的最大值:

  3 當0.5<Lv/Lh<5時,應先取Lv/Lh=0.5按本條第1款計算,再取Lv/Lh=5按本條第2款計算,分別得到努謝爾特數,然后按Lv/Lh作線性插值計算。

7.4.5 當框的空腔是垂直方向時,可假定其熱流為水平方向且Lv/Lh≥5,應按本規程第7.4.4條第2款計算努謝爾特數。

7.4.6 開始計算努謝爾特數時,溫度Thot和Tcold應預先估算,可先采用Thot=10℃、Tcold=0℃開始進行迭代計算。每次計算后,應根據已得溫度分布對其進行修正,并按此重復,直到兩次連續計算得到的溫度差值在1℃以內。

    每次計算都應檢查計算初始時假定的熱流方向,如果與計算初始時假定的熱流方向不同,則應在下次計算中予以修正。

7.4.7 對于形狀不規則的封閉空腔,可將其轉換為相當的矩形空腔來計算其當量導熱系數。轉換應使用下列方法來將實際空腔的表面轉換成相應矩形空腔的垂直表面或水平表面(圖7.4.7-2、圖7.4.7-2):


圖7.4.7-1 形狀不規則的封閉空腔轉換成相應的矩形空腔示意


    1 內法線在315°和45°之間的任何表面應轉換為向左的垂直表面;

    2 內法線在45°和135°之間的任何表面應轉換為向上的水平表面;

    3 內法線在135°和225°之間的任何表面應轉換為向右的垂直表面;

    4 內法線在225°和315°之間的任何表面應轉換為向下的水平表面;

圖7.4.7-2 內法線與表面位置示意


     5 如果兩個相對立表面的最短距離小于5mm,則應在此處分割框內空腔。

7.4.8 轉換后空腔的垂直和水平表面的溫度應取該表面的平均溫度。

7.4.9 轉換后空腔的熱流方向應由空腔的垂直和水平表面之間溫差來確定,并應符合下列規定:

    1 如果空腔垂直表面之間溫度差的絕對值大于水平表面之間的溫度差的絕對值,則熱流是水平的;

    2 如果空腔水平表面之間溫度差的絕對值大于垂直表面之間溫度差的絕對值,則熱流方向由上下表面的溫度確定。

7.4.10 當熱流為水平方向時,封閉空腔的輻射傳熱系數hr應按下列公式計算:

式中  Tave——冷、熱兩個表面的平均溫度(K);

      εcold——冷表面的發射率;

      εhot——熱表面的發射率。

    當熱流是垂直方向時,應將式(7.4.10-1)中的寬高比Lh/Lv改為高寬比Lv/Lh


7.5 敞口空腔、槽的傳熱

7.5 敞口空腔、槽的傳熱


7.5.1 小面積的溝槽或由一條寬度大于2mm但小于10mm的縫隙連通到室外或室內環境的空腔可作為輕微通風空腔來處理(圖7.5.1)。輕微通風空腔應作為固體處理,其當量導熱系數應取相同截面封閉空腔的等效導熱系數的2倍,表面發射率可取空腔內表面的發射率。

    當輕微通風空腔的開口寬度小于或等于2mm時,可作為封閉空腔來處理。

圖7.5.1 輕微通風的溝槽和空腔

(a)小開口溝槽;(b)小開口空腔

7.5.2 大面積的溝槽或連遭到室外或室內環境的縫隙寬度大于10mm的空腔應作為通風良好的空腔來處理(圖7.5.2)。通風良好的空腔應將其整個表面視為暴露于外界環境中,表面換熱系數hin和hout應按本規程第10章的規定計算。

圖7.5.2 通風良好的溝槽和空腔

(a)大開口溝槽;(b)大開口空腔

7.6 框的太陽光總透射比

7.6 框的太陽光總透射比


7.6.1 框的太陽光總透射比應按下式計算:

式中  hout——室外表面換熱系數,應按本規程第10章的規定計算;

      αf——框表面太陽輻射吸收系數;

      Uf——框的傳熱系數[W/(m2·K)];

      Asurf——框的外表面面積(m2);

      Af——框投影面積(m2)。


8遮陽系統計算

8.1 一般規定

8.1 一般規定


8.1.1 本規程所規定的遮陽系統計算僅適用于平行或近似平行于玻璃表面的平板型遮陽裝置。

8.1.2 遮陽可分為三種基本形式:

    1 內遮陽:平行于玻璃面,位于玻璃系統的室內側,與窗玻璃有緊密的光、熱接觸;

    2 外遮陽:平行予玻璃面,位于玻璃系統的室外側,與窗玻璃有緊密的光、熱接觸;

    3 中間遮陽:平行于玻璃面,位于玻璃系統的內部或兩層平行或接近平行的門窗、玻璃幕墻之間。

8.1.3 遮陽裝置在計算處理時,可簡化為一維模型,計算時應確定遮陽裝置的光學性能、傳熱系數,并應依據遮陽裝置材料的光學性能、幾何形狀和部位進行計算。

8.1.4 在計算門窗、幕墻的熱工性能時,應考慮窗和幕墻系統加入遮陽裝置后導致的窗和幕墻系統的傳熱系數、遮陽系數、可見光透射比計算公式的改變。

8.2 光學性能

8.2 光學性能


8.2.1 在計算遮陽裝置的光學性能時,可做下列近似:

    1 將被遮陽裝置反射的或通過遮陽裝置傳入室內的太陽輻射分為兩部分:

      1) 未受干擾部分(鏡面透射和反射);

      2) 散射部分。

    2 散射部分可近似為各向同性的漫射。

8.2.2 對于任一遮陽裝置,均應在不同光線入射角時,計算遮陽裝置的下列光輻射傳遞性能:

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 遮陽裝置對光輻射的吸收比應按下列公式計算:

    1 對直射輻射的吸收比

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

    2 對散射輻射的吸收比

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

8.3 遮陽百葉的光學性能

8.3 遮陽百葉的光學性能


8.3.1 光在遮陽裝置上透射或反射時可分解為直射和散射部分,直射、散射部分繼續通過前面或后面的門窗(或玻璃幕墻),應通過測試或計算得到所有玻璃、薄膜和遮陽裝置的相關光學參數值。

8.3.2 計算由平行板條構成的遮陽百葉的光學性能時,應考慮板條的光學性能、幾何形狀和位置等因素(圖8.3.2)。

8.3.3 計算遮陽百葉光學性能時可采用以下模型和假設:

    1 板條為漫反射表面,并可忽略窗戶邊緣的作用;

    2 模型考慮兩個鄰近的板條,每條可劃分為5個相等部分(圖8.3.3);

    3 可忽略板條長度方向的輕微撓曲。

8.3.4 對確定后的模型應按下列公式進行計算。對于每層f,i和b,i,i由0到n(這里n=6),對每一光譜間隔λjλ+△λ):

 

圖8.3.2 板條的幾何形狀示意

圖8.3.3 模型中分割示意

式中  ——由表面p到表面q的角系數;

      k——百葉板被劃分的塊序號;

      Ef,0——入射到遮陽百葉的光輻射;

      Eb,n——從遮陽百葉反射出來的光輻射;

      Ef,i——百葉板第i段上表面接收到的光輻射;

      Eb,i——百葉板第i段下表面接收到的光輻射;

      Ef,6——通過遮陽百葉的太陽輻射;

      ρf,i、ρb,i——百葉板第i段上、下表面的反射比,與百葉板材料特性有關;

      τf,i、τb,i——百葉板第i段上、下表面的透射比,與百葉板材料特性有關;

      J0——外部環境來的光輻射;

      Jn——室內環境來的反射。


8.3.5 散射-散射透射比應按下式計算:


τdif,difj)=Ef,nj)/J0j)        (8.3.5)


8.3.6 散射-散射反射比應按下式計算:


ρdif,difj)=Eb,0j)/J0j)        (8.3.6)


8.3.7 直射-直射的透射比和反射比應依據百葉的角度和高厚比,按投射的幾何計算方法,可計算給定入射角Φ時穿過百葉未被遮擋光束的照度(圖8.3.7)。

    1 對于任何波長λj,傾角Φ的直射-直射的透射比應按下式計算:


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


    2 可假設遮陽百葉透空的部分沒有反射,即:


ρdir,dir(Φ)=0        (8.3.7-2)

圖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應按下列規定計算:

    對給定入射角Φ,計算遮陽裝置中直接為Jf,0所輻射的部分k(圖8.3.8)。

    在入射輻射J0和直接受到輻射部分k之間的角系數為1,即:

    內、外環境之間散射(除直射外)角系數為0,即:

    直射散射的透射比和反射比應按下式計算:

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)

    散射的吸收比應按本規程第8.2.3條的規定計算。

8.3.9 在精確計算傳熱系數時,應詳細計算遮陽百葉遠紅外的透射特性。計算給定條件下遮陽百葉的透射比和反射比應與計算散射-散射透射比和反射比的模型相同,可將遮陽百葉的光學性能替換為遠紅外輻射特性進行計算。

    遮陽百葉表面的標準發射率數值應按附錄G的規定確定,若表面發射率為固定值,也可直接采用表F.0.1中的數值。

8.4 遮陽簾與門窗或幕墻組合系統的簡化計算

8.4 遮陽簾與門窗或幕墻組合系統的簡化計算


8.4.1 遮陽簾類的遮陽裝置按類型可分為勻質遮陽簾和百葉遮陽簾。遮陽簾的光學性能可用下列參數表示:

    1 遮陽簾太陽輻射透射比τe,B,包括直射-直射透射和直射-散射透射;

    2 遮陽簾室外側太陽光反射比ρe,B,即直射-散射反射;

    3 遮陽簾室內側太陽光反射比ρ'e,B,即散射-散射反射;

    4 遮陽簾可見光透射比τv,B,包括直射-直射透射和直射-散射透射;

    5 遮陽簾室外側可見光反射比ρv,B,即直射-散射反射;

    6 遮陽簾室內側可見光反射比ρ'v,B,即散射-散射反射。

    這些參數應采用適當的方法在垂直入射輻射下計算或測試,其中百葉遮陽簾可在輻射以某一入射角入射的條件下按本規程第8.2、8.3節的規定計算。

8.4.2 遮陽簾置于門窗(或玻璃幕墻)室外側時,太陽光總透射比gtotal應按下列公式計算:

式中  A1——遮陽簾的傳熱系數[W/(m2·K)],可取6W/(m2·K);

      A2——遮陽簾與門窗(或玻璃幕墻)之間空氣間層的傳熱系數[W/(m2·K)],可取18W/(m2·K);

      U——門窗(或玻璃幕墻)的傳熱系數[W/(m2·K)];

      g——門窗(或玻璃幕墻)的太陽光總透射比。

8.4.3 遮陽簾置于門窗(或玻璃幕墻)室內側時,太陽光總透射比gtotal應按下列公式計算:

式中  A2——遮陽簾與門窗(或玻璃幕墻)之間空氣間層的傳熱系數[W/(m2·K)],可取18W/(m2·K);

      U——門窗(或玻璃幕墻)的傳熱系數[W/(m2·K)]。

8.4.4 遮陽簾置于兩片玻璃或封閉的兩層門窗(或玻璃幕墻)之間時,太陽光總透射比gtotal應按下列公式計算:

式中  A3——封閉間層內遮陽簾的傳熱系數[W/(m2·K)],可取3W/(m2·K);

      U——門窗(或玻璃幕墻)的傳熱系數[W/(m2·K)]。


8.4.5 對內遮陽簾和外遮陽簾,遮陽簾與門窗或幕墻組合系統的可見光總透射比應按下式計算:

式中  τv——玻璃可見光透射比;

      ρv——玻璃面向遮陽側的可見光反射比;

      τv,B——遮陽簾可見光透射比;

      ρv,B——遮陽簾面向玻璃側的可見光反射比。

8.4.6 對內遮陽簾和外遮陽簾,遮陽簾與門窗或幕墻組合系統的太陽光直接透射比應按下式計算:

式中  τe——玻璃太陽光透射比;

      ρc——玻璃面向遮陽側的太陽光反射比;

      τc,B——遮陽簾太陽光透射比;

      ρe,B——遮陽簾面向玻璃側的太陽光反射比。


8.5 遮陽簾與門窗或幕墻組合系統的詳細計算

8.5 遮陽簾與門窗或幕墻組合系統的詳細計算


8.5.1 遮陽簾與門窗或幕墻組合系統的詳細計算.應按本規程第6章和第9章的規定進行。

8.5.2 當按本規程第6章多層玻璃模型進行計算時.應對給出的公式進行下列補充:

    1 本規程第6.2節中的輻射應分解為三類,即將相應的透射比τ、反射比ρ和吸收比α分別分為:“直射-直射”、“直射-散射”、“散射-散射”的值;

    2 透射比應分解為向前和向后兩個值。

8.5.3 當遮陽簾置于室外側或室內側,可將門窗(或玻璃幕墻)與遮陽簾分別等效為一層玻璃,應按本規程第6章多層玻璃模型計算太陽光總透射比、傳熱系數、可見光透射比。

8.5.4 遮陽簾置于兩層門窗(或玻璃幕墻)中間時,可將門窗(或玻璃幕墻)與遮陽簾分別等效為一層玻璃,應按本規程第6章多層玻璃模型計算太陽光總透射比、傳熱系數、可見光透射比。

8.5.5 應根據遮陽簾的通風情況,按本規程第9章的方法計算通風空氣間層的熱傳遞。

9通風空氣間層的傳熱計算

9.1 熱平衡方程

9.1 熱平衡方程


9.1.1 空氣間層可分為封閉空氣間層和通風空氣間層。封閉空氣間層的傳熱應按本規程第6章的規定進行計算。

9.1.2 通風空氣間層中由空氣的流動而產生的對流換熱(圖9.1.2)應按下列公式計算:

圖9.1.2 空氣間層和出口平均溫度定義和主要尺寸模型

式中  hcv,i——通風空氣間層的壁面對流換熱系數[W/(m2·K)];

      qc,f,i+1——從間層空氣到i+1表面的對流換熱熱流量(W/m2);

      qc,b,i——從i表面到間層空氣的對流換熱熱流量(W/m2);

      hc,i——不通風間層表面到表面的對流換熱系數[W/(m2·K)],應按本規程第6.3節的規定計算;

      Vi——間層的平均氣流速度(m/s);

      Tgap,i——間層i中空氣當量平均溫度(℃); 

      Tf,i+1——層面i+1(玻璃、薄膜或遮陽裝置)面向間層的溫度(℃);

      Tb,i——層面i(玻璃、薄膜或遮陽裝置)面向間層的溫度(℃)。


9.1.3 空氣間層的遠紅外輻射換熱應按本規程第6.3節的規定計算。


9.1.4 通風產生的通風熱流密度應按下式計算:

 

式(9.1.4-1)應滿足下列能量平衡方程:

式中  qv,i——通風傳到間層的熱流密度(W/m2);

      γi——在溫度為T,的條件下通風間層的空氣密度(kg/m3):

      cp——空氣的比熱容[J/(kg·K)];

     ——通風間層的空氣流量(m3/S);

      Tgap,i,out——通風間層出口處溫度(℃);

      Tgap,i,in——通風間層入口處的溫度(℃);

      Li——通風間層i的長度(m),見圖9.1.2;

      Hi——通風間層i的高度(m),見圖9.1.2。

9.1.5 通風空氣間層可按氣流流動的方向分為若干個計算子單元,前一個通風間層的出口溫度可作為后一個通風間層的入口溫度。

    進口處空氣溫度Tgap,i,in可按空氣來源(室內、室外,或是與間層i交換空氣的間層k出口溫度Tgap,i,out)取值。

9.1.6 通風空氣間層與室內環境的熱傳遞可按本規程第6章多層玻璃模型的設定,i=n+1為室內環境,對于所有間層i,隨空氣流進室內環境n+1的通風熱流密度可按下式計算:

式中  γi——溫度為Tgap,i的條件下間層的空氣密度(kg/m3)

      cp——空氣的比熱容[J/(kg·K)];

      ——間層的空氣流量(m3/S);

      Tgap,i,out——間層出口處的空氣溫度(℃);

      Tair,in——室內空氣溫度(℃);

      Li——間層i的長度(m);

      Hi——間層i的高度(m)。


9.2 通風空氣聞層的溫度分布

9.2 通風空氣聞層的溫度分布


9.2.1 在已知間層空氣的平均氣流速度時,可根據本規程的簡易模型計算溫度分布和熱流密度。

9.2.2 氣流通過間層,在間層i中的溫度分布(圖9.2.2)應按下式計算:

圖9.2.2 窗戶間層的空氣流

式中  Tgap,i(h)——間層i高度h處的空氣溫度(℃);

      H0,i——特征高度(間層平均溫度對應的高度)(m);

      Tgap,i,in——進入間層i的空氣溫度(℃);

      Tav,i——表面i和i+1的平均溫度(℃)。

    1 平均溫度Tav,i應按下式計算:

式中  Tb,i——層面i(玻璃、薄膜或遮陽裝置)面向間層i表面的溫度(℃);

      Tf,i+1——層面i+1(玻璃、薄膜或遮陽裝置)面向間層i表面的溫度(℃)。

    2 空間溫度特征高度H0,i應按下式計算:

式中  γi——溫度為Tgap,i的空氣密度(kg/m3);

      cp——空氣的比熱容[J/(kg·K)];

      si——間層i的寬度(m);

      Vi——間層i的平均氣流速度(m/s);

      hcv,i——通風間層i的換熱系數[W/(m2·K)]。

    3 離開間層的空氣溫度Tgap,i,out應按下式計算:

    4 間層i空氣的等效平均溫度Tgap,i應按下式計算:

9.3 通風空氣間層的氣流速度

9.3 通風空氣間層的氣流速度


9.3.1 已知空氣流量時,通風空氣間層的氣流速度應按下式計算:

式中  Vi——間層i的平均空氣流速(m/s);

      si——間層i寬度(m);

      Li——間層i長度(m);

      ——間層的空氣流量(m3/s)。

9.3.2 自然通風條件下,通風間層的空氣流量可采用經過認可的計算流體力學(CFD)軟件模擬計算。

9.3.3 機械通風的情況下,空氣流量應根據機械通風的設計流量確定。

10計算邊界條件

10.1 計算環境邊界條件

10.1 計算環境邊界條件


10.1.1 設計或評價建筑門窗、玻璃幕墻定型產品的熱工性能時,應統一采用本規程規定的標準計算條件進行計算。

10.1.2 在進行實際工程設計時,門窗、玻璃幕墻熱工性能計算所采用的邊界條件應符合相應的建筑設計或節能設計標準的規定。

10.1.3 冬季標準計算條件應為:

    室內空氣溫度Tin=20℃

    室外空氣溫度Tout=-20℃

    室內對流換熱系數hc,in=3.6W/(m2·K)

    室外對流換熱系數hc,out=16W/(m2·K)

    室內平均輻射溫度Trm,in=Tin

    室外平均輻射溫度Trm,out=Tout

    太陽輻射照度Is=300W/m2

10.1.4 夏季標準計算條件應為:

    室內空氣溫度Tin=25℃

    室外空氣溫度Tout=30℃

    室內對流換熱系數hc,in=2.5W/(m2·K)

    室外對流換熱系數hc,out=16W/(m2·K)

    室內平均輻射溫度Trm,in=Tin

    室外平均輻射溫度Trm,out=Tout

    太陽輻射照度Is=500W/m2

10.1.5 傳熱系數計算應采用冬季標準計算條件,并取Is=0W/m2。計算門窗的傳熱系數時,門窗周邊框的室外對流換熱系數hc,out應取8W/(m2·K),周邊框附近玻璃邊緣(65mm內)的室外對流換熱系數hc,out應取12W/(m2·K)。

10.1.6 遮陽系數、太陽光總透射比計算應采用夏季標準計算條件。

10.1.7 結露性能評價與計算的標準計算條件應為:

    室內環境溫度:20℃;

    室內環境濕度:30%,60%;

    室外環境溫度:0℃,-10℃,-20℃;

    室外對流換熱系數:20W/(m2·K)。

10.1.8 框的太陽光總透射比gf計算應采用下列邊界條件:

qin=α·Is        (10.1.8)

式中  α——框表面太陽輻射吸收系數;

      Is——太陽輻射照度(W/m2);

      qin——框吸收的太陽輻射熱(W/m2)。


10.2 對流換熱

10.2 對流換熱


10.2.1 當室內氣流速度足夠小(小于0.3m/s)時,內表面的對流換熱應按自然對流換熱計算;當氣流速度大于0.3m/s時,應按強迫對流和混合對流計算。

    設計或評價門窗、玻璃幕墻定型產品的熱工性能時,室內表面的對流換熱系數應符合本規程第10.1節的規定。

10.2.2 內表面的對流換熱按自然對流計算時應符合下列規定:

    1 自然對流換熱系數hc,in應按下式計算:

式中  λ——空氣導熱系數[W/(m·K)];

      H——自然對流特征高度,也可近似為窗高(m)。

    2 努謝爾特數Nu是基于門窗(或玻璃幕墻)高H的瑞利數RaH的函數,瑞利數RaH應按下列公式計算:

式中  Tb,n——門窗(或玻璃幕墻)內表面溫度;

      Tin——室內空氣溫度(℃);

      γ——空氣密度(kg/m3);

      cp——空氣的比熱容[J/(kg·K)];

      G——重力加速度(m/s2),可取9.80m/s2

      μ——空氣運動黏度[kg/(m·s)];

      Tm,f——內表面平均氣流溫度。

    3 努謝爾特數Nu是表面傾斜角度θ的函數,當室內空氣溫度高于門窗(或玻璃幕墻)內表面溫度(即Tin>Tb,n)時,內表面的努謝爾特數Nuin應按下列公式計算:

      1) 表面傾角0°≤θ<15°:

 2) 表面傾角15°≤θ≤90°:

  3) 表面傾角90°<θ≤179°:

 4) 表面傾角179°<θ≤180°:

當室內空氣溫度低于門窗(或玻璃幕墻)內表面溫度(Tin<Tb,n)時,應以(180°-θ)代替θ,按以上公式進行計算。

10.2.3 在實際工程中,當內表面有較高速度氣流時,室內對流換熱應按強制對流計算。門窗(或玻璃幕墻)內表面對流換熱系數應按下式計算:

hc,in=4+4Vs        (10.2.3)

式中  Vs——門窗(或玻璃幕墻)內表面附近的氣流速度(m/s)。

10.2.4 外表面對流換熱應按強制對流換熱計算。設計或評價建筑門窗、玻璃幕墻定型產品的熱工性能時,室外表面的對流換熱系數應符合本規程第10.1節的規定。

10.2.5 當進行工程設計或評價實際工程用建筑門窗、玻璃幕墻產品性能計算時,外表面對流換熱系數應按下式計算:

hc,out=4+4Vs        (10.2.5)

式中  Vs——門窗(或玻璃幕墻)外表面附近的氣流速度(m/s)。

10.2.6 當進行建筑的全年能耗計算時,門窗或幕墻構件外表面對流換熱系數應按下列公式計算:

h c,out=4.7+7.6V       (10.2.6-1)

    門窗(或玻璃幕墻)附近的風速應按門窗(或玻璃幕墻)的朝向和吹向建筑的風向和風速確定。

    1 當門窗(或玻璃幕墻)外表面迎風時,Vs應按下式計算:

Vs=0.25V     V>2        (10.2.6-2)

Vs=0.5     V≤2        (10.2.6-3)

式中  V——在開闊地上測出的風速(m/s)。

    2 當門窗(或玻璃幕墻)外表面為背風時,Vs應按下式計算:

Vs=0.3+0.05V         (10.2.6-4)

    3 確定表面是迎風還是背風,應按下式計算相對于門窗(或玻璃幕墻)外表面的風向γ(圖10.2.6):

γ=ε+180°-θ        (10.2.6-5)

  當>180°時,γ=360°-

    當-45°≤≤45°時,表面為迎風向,否則表面為背風向。

式中  θ——風向(由北朝順時針測量的角度,見圖10.2.6);

      ε——墻的方位(由南向西為正,反之為負,見圖10.2.6)。

圖10.2.6 確定風向和墻的方位示意

n-墻的法向方向;N-北向;S-南向

10.2.7 當外表面風速較低時,外表面自然對流換熱系數hc,out應按下式計算:

式中  λ——空氣的導熱系數[W/(m·K)];

      H——表面的特征高度(m)。

    努謝爾特數Nu是瑞利數RaH和特征高度H的函數,瑞利數RaH應按下式計算:

式中  γ——空氣密度(kg/m3);

      cp——空氣的比熱容[J/(kg·K)];

      G——重力加速度(m/s2),可取9.80m/s2

      μ——空氣運動黏度[kg/(m·s)];

      Tout——室外空氣溫度(℃);

      Ts,out——幕墻、門窗外表面溫度(℃);

      Tm,f——外表面平均氣流溫度(℃),應按下式計算:

    努謝爾特數的計算應與本規程第10.2.2條內表面計算相同,其中傾角θ應以(180°-θ)代替。

10.3 長波輻射換熱

10.3 長波輻射換熱


10.3.1 室外平均輻射溫度的取值應分為下列兩種應用條件:

    1 實際工程條件;

    2 用于定型產品性能設計或評價的計算標準條件。

10.3.2 對于實際工程計算條件,室外輻射照度Gout應按下列公式計算:

式中  Trm,out——室外平均輻射溫度(K);

      Fgrd、Fsky——門窗系統相對地面(即水平線以下區域)和天空的角系數;

     ?clr——晴空的比例系數。

    1 門窗(或玻璃幕墻)相對地面、天空的角系數、晴空的比例系數應按下列公式計算:

式中  θ——門窗系統對地面的傾斜角度。

    2 當已知晴空輻射照度Jsky時,應直接按下列公式計算:

10.3.3 室內輻射照度應為:

門窗(或玻璃幕墻)內表面可認為僅受到室內建筑表面的輻射,墻壁和樓板可作為在室內溫度中的大平面。

10.3.4 內表面計算時,應按下列公式簡化計算玻璃部分和框部分表面輻射熱傳遞:

式中  Trm,in——室內輻射溫度(K);

      Ts,in——室內玻璃面或框表面溫度(K);

      εsurf——玻璃面或框材料室內表面發射率;

      εin——室內環境材料的平均發射率,一般可取0.9。

    設計或評價建筑門窗、玻璃幕墻定型產品的熱工性能時,門窗或幕墻室內表面的輻射換熱系數應按下式計算:

式中  Trm,out——室外平均輻射溫度(K),

      Ts,out——室外玻璃面或框表面溫度(K);

      εs,out——玻璃面或框材料室外表面半球發射率。

  10.3.5 進行外表面計算時,應按下列公式簡化玻璃面上和框表面上的輻射傳熱計算:

式中  Trm,out——室外平均輻射溫度(K),

      Ts,out——室外玻璃面或框表面溫度(K);

      εs,out——玻璃面或框材料室外表面半球發射率。

    設計或評價建筑門窗、玻璃幕墻定型產品的熱工性能時,門窗或幕墻室外表面的輻射換熱系數應按下式計算:

10.4 綜合對流和輻射換熱

10.4 綜合對流和輻射換熱


10.4.1 外表面或內表面的換熱應按下式計算:

式中  hr——輻射換熱系數;

      hc——對流換熱系數;

      Ts——表面溫度(K);

      Tn——環境溫度(K)。

10.4.2 對于在計算中進行了近似簡化的表面,其表面換熱系數應根據面積按下式修正:

式中  hadjusted——修正后的表面換熱系數;

      Areal——實際的表面積;

      Aapproximated——近似后的表面積。

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