建筑幕墙热工计算

-41-第三章建筑门窗玻璃幕墙热工计算一、整樘窗热工性能计算窗由多个部分组成，窗框、玻璃（或其它面板）等部分的光学性能和传热特性各不一样，在计算整窗的传热系数、遮阳系数以及可见光透射比时，应采用各部分的相应数值按面积进行加权平均计算。窗玻璃(或者其它镶嵌板)边缘与窗框的组合传热效应所产生的附加传热以附加线传热系数（ψ）表达，简称“线传热系数”，应按照本章“框的传热计算”进行计算。窗框的传热系数、太阳能总透射比按照本章“框的传热计算”进行计算。窗玻璃的传热系数、太阳能总透射比、可见光透射比按照本章“玻璃光学热工性能计算”进行计算。（一）整樘窗几何描述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可采用邻近框中较高的传热系数代替。1、窗面积划分窗在进行热工计算时应按图3-1进行面积划分：（1）窗框的投影面积Af：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）玻璃的投影面积Ag（或其它镶嵌板的投影面积Ap）：指从室内、外侧可见玻璃（或其它镶嵌板）边缘围合面积的较小值，简称“玻璃面积”；（3）整樘窗的总投影面积At：窗框面积Af与窗玻璃面积Ag（或其它镶嵌板的面积Ap）之和，简称“窗面积”。A5A6Af,eAt外部A7A8A4A3A1Af,i=AfAg内部A2框(固定)Af=max(Af,i;Af,e)At=Af+AgAd,i=A1+A2+A3+A4Ad,e=A5+A6+A7+A8扇(活动)图3-1窗各部件面积划分示图-42-2、窗玻璃区域周长划分玻璃和框结合处的线传热系数对应的边缘长度lψ应为框与玻璃室内、外接缝长度的较大值，见图3-2所示。（二）整樘窗传热系数计算整樘窗的传热系数Ut采用下式计算：tffggtAUAUAU（3-1）式中：Ut——整樘窗的传热系数［W/(m2·K)］；Ag——窗玻璃（或者其它镶嵌板）面积（m2）；Af——窗框面积（m2）；At——整樘窗面积（m2）；lψ——玻璃区域（或者其它镶嵌板区域）的边缘长度（m）；Ug——窗玻璃（或者其它镶嵌板）的传热系数［W/(m2·K)］，按本章“玻璃光学热工性能计算”计算；Uf——窗框的传热系数［W/(m2·K)］，按本章“框的传热计算”计算；ψ——窗框和窗玻璃（或者其它镶嵌板）之间的线传热系数［W/(m2·K)］，按本章“框的传热计算”计算。（三）整樘窗遮阳系数计算整樘窗的遮阳系数是指：在给定条件下，外窗的太阳能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）的太阳能总透射比的比值。整樘窗的遮阳系数SC应采用下式计算：87.0tgSC（3-2）式中：SC——整樘窗的遮阳系数；lΨ玻璃lψAg玻璃图3-2窗玻璃区域周长示图-43-gt——整樘窗的太阳能总透射比。上式中整樘窗的太阳能总透射比gt应采用下式计算：tffggtAAgAgg（3-3）式中：gt——整樘窗的太阳能总透射比；Ag——窗玻璃（或者其它镶嵌板）面积（m2）；Af——窗框面积（m2）；gg——窗玻璃区域（或者其它镶嵌板）太阳能总透射比，按本章“玻璃光学热工性能计算”进行计算；gf——窗框太阳能总透射比；At——整樘窗面积（m2）。（四）整樘窗可见光透射比计算整樘窗的可见光透射比是指：采用人眼视见函数进行加权，标准光源透过门窗成为室内的可见光通量与投射到门窗上的可见光通量的比值。整樘窗的可见光透射比应采用下式计算：tgvtAA（3-4）式中：τt——整樘窗的可见光透射比；τv——窗玻璃（或者其它镶嵌板）的可见光透射比，按本章“玻璃光学热工性能计算”进行计算；Ag——窗玻璃（或者其它镶嵌板）面积（m2）；At——整樘窗面积（m2）。二、玻璃光学热工性能计算（一）单层玻璃的光学热工性能计算1、单层玻璃（包括其它透明材料，下同）的光学、热工性能应根据单片玻璃的测定光谱数据进行计算。单片玻璃的光谱数据应包括透射率、前反射率和后反射率，并至少包括300nm～2500nm波长范围，不同波长段的间隔应满足如下间隔要求：（1）波长300～400nm，间隔不超过5nm；-44-（2）波长400～1000nm，间隔不超过10nm；（3）波长1000～2500nm，间隔不超过50nm。2、单片玻璃的可见光透射比τV应按下式计算：780380780380780380780380VDVDdVDdVDV（3-5）式中：D(λ)λ——光源D65的相对光谱功率分布，见附录A；τ(λ)——玻璃透射比的光谱；V(λ)——人眼的视见函数，见附录A。3、单片玻璃的可见光反射比ρV应按下式计算：780380780380780380780380VDVDdVDdVDV（3-6）式中：ρ(λ)——玻璃反射比的光谱。4、单片玻璃的太阳能直接透射比τS应按下式计算：2500300250030025003002500300SSdSdSS（3-7）式中：τ(λ)——玻璃透射比的光谱；S(λ)——标准太阳光谱，见附录A。5、单片玻璃的太阳能直接反射比ρS应按下式计算：2500300250030025003002500300SSdSdSS（3-8）式中：ρ(λ)——玻璃反射比的光谱。6、单片玻璃的太阳能总透射比，按照下式计算：outininsShhhAg（3-9）-45-式中：hin——玻璃室内表面换热系数；hout——玻璃室外表面换热系数；As——单片玻璃的太阳辐射吸收系数。单片玻璃的太阳辐射吸收系数As应按下式计算：sssA1（3-10）式中：τs——单片玻璃的太阳能直接透射比；ρs——单片玻璃的太阳能直接反射比。7、单片玻璃的遮阳系数SCcg应按下式计算：87.0gSCcg（3-11）（二）多层玻璃的光学热工性能计算1、太阳光透过多层玻璃系统可归纳为图3-3所示模型。图中表示一个具有n层玻璃的系统，系统分为n＋1个气体间层，最外面为室外环境i=1，内层为室内环境i=n+1。对波长λ，系统的光学分析应考虑在第i-1层和第i层玻璃之间辐射能量)(iI和)(iI，角标“+”和“-”分别表示辐射流向室外和向室内，如图3-4所示。可设定室外只有太阳辐射，室外和室内环境的反射率为零。当i=1时：)()()()()(1.211SfIII（3-12）)()(1SII（3-13）当i=n+1时：)()()(1nnnII（3-14）0)(1nI（3-15）玻璃层＝图3-3玻璃层的吸收率和太阳光透射比图3-4多层玻璃体系中太阳辐射热的分析-46-当i=2～n时：)()()()()(.1iifiiiIIIi＝2至n（3-16）)()()()()(1.11iibiiiIIIi＝2至n（3-17）应利用解线性方程组的方法计算所有各个气体层的I-i(λ)和I+i(λ)值，传向室内的直接透射比应由下式计算：)()()(1nSII（3-18）反射到室外的直接反射比应由下式计算：)()()(1IIS（3-19）应确定太阳辐射被每层玻璃吸收的部分，这一量值以在第i层的吸收率Ai(λ)表示，采用下式计算：)()()()()()(11SiiiiiIIIIIA（3-20）2、对整个太阳光谱进行数值积分，得到第i层玻璃吸收的太阳辐射热流密度Si。siiIAS（3-21）2500300250030025003002500300)(SSAdSdSAAiii（3-22）式中：iA——太阳辐射照射到玻璃系统时第i层玻璃的吸收率。3、多层玻璃的可见光透射比的计算应采用式（3-5）计算，可见光反射比的计算应采用式（3-6）计算。4、多层玻璃的太阳能直接透射比应采用式（3-7）计算，太阳能直接反射比应采用式（3-8）计算。（三）玻璃气体间层的热传递1、玻璃间气体层的能量平衡如图3-5所示，可用基本的关系式表达如下：1,,1,,,)(ibifibificiJJTThq（3-23）式中：Tf,i——第i层玻璃前表面温度（K）；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）；图3-5第i层玻璃的能量平衡-47-在每一层气体间层中，应采用以下方程：1iiiqSq（3-24）1,,1,4,,,ibififiifififJJTJ（3-25）1,,1,4,,,ifibibiibibibJJTJ（3-26）,,,1,22gibifiiigitTTqS（3-27）式中：tg,i——第i层玻璃的厚度；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）。在计算传热系数时，应令太阳辐射IS=0，在每层材料均为玻璃的系统中可采用如下热平衡方程计算气体间层的传热：)()(1,,,1,,,ibifiribificiTThTThq（3-28）式中：hr,i——第i层气体层的辐射换热系数，由（3-43）式给出。2、玻璃层间气体间层的对流换热系数可由无量纲的努谢尔特数iNu确定：igigiicdNuh,,,（3-29）式中：dg,i——玻璃间层气体间层i的厚度；λg,i——所充气体的导热系数；Nui——通过倾斜气体间层传热的实验结果所计算的值，Nui为雷利数Raj、气体间层高厚比和空腔倾角θ的函数。注：在计算高厚比大的空腔时应考虑玻璃会发生弯曲现象对厚度的增加和减少，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。3、玻璃层间气体间层的雷利数（Rayleigh）可表示为：TcgdRap32（3-30）可将填充气体作理想气体处理，气体热膨胀系数为：mT1（3-31）式中：mT——填充气体的平均温度（K）。-48-第i层气体间层的高厚比为：igigdHA,,（3-32）式中：H——气体间层顶到底的距离，通常应和窗的透光区高度相同。4、在定量计算通过玻璃气体间层的对流热传递时，计算应对应于特定的倾角θ值或范围。对于倾角θ，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），则要将倾角以180°-θ代替θ。空腔的努谢尔特数Nui应由以下计算公式确定：（1）气体间层倾角0≤θ＜60°11.6317081708sin(1.8)cos()11.44111cos()cos()5830iRaNuRaRa510Ra且,20giA（3-33）式中：()2xxx。（2）气体间层倾角θ=60°max21,NuNuNu（3-34）式中：717314.0110936.01GRaNu0.2832,0.1750.104giNuRaA1.06.20316015.0RaG（3）气体间层倾角60°＜θ＜90°对于倾角在9060之间的气体间层，对式（3-34）和（3-35）??的结果之间作线性插值。这些公式在2710210Ra且,510