模拟框架和边部传热

6.THERM模拟框架和边部传热6-1THERM5.2/WINDOW5.2NFRC模拟手册第6章THERM模拟框架和边部传热6.1综述要计算整个产品的U值，必须先计算下列构件的U值，然后将这些U值按面积加权。·从WINDOW中得到玻璃中心U值·从THERM中得到框架和玻璃边部U值NFRC100：外窗产品U值判定过程是计算U值方法的权威性来源，可用于本手册中未提到的情形。另外NFRC技术说明补充了NFRC100文件，如有疑问可参考这些文件。6.2需模拟的横截面被模拟的外窗产品需截取能够完整反映该产品传热的横截面。THERM用于计算玻璃边部和框架构件（底边框、顶边框、侧边柱、间隔和中挺）的U值。外窗产品的开启类型以及框架各构件的配置决定了需要模拟的横截面数量。表6-1列出了每种开启类型需要模拟的昀小和昀大横截面数量，图6-1说明了需要截取的横截面。昀大数量假定每个框架构件横截面都不同，因此都需模拟。如果某些框架构件截面相同，例如具有相同侧边框的固定窗，则对侧边框只需模拟一个横截面。但是根据ISO15099，对于空腔的新模拟假定要求：如果顶边框、底边框和侧边框的横截面含有空腔，在对凝结抵抗度（CR）建模时，这些横截面都需要模拟。如果只是对U值建模，当顶边框和底边框几何形状相同时，可以合并计算。尽管表6-1或者图6-1里没有列出NFRC100表1中列出的所有的产品类型，但这四种基本种类涵盖了NFRC100中所有的几何形状。表6-1需模拟的横截面需模拟的截面数量开启类型昀小昀大横截面CR和U计算U计算单片窗（固定，Picture，气窗，平开窗，上悬窗，等）3侧边框相同2顶、底边框相同4顶边框底边框（1或2）底边框竖向双片窗（竖向推拉窗）5上部左右侧边框相同，下部左右侧边框相同4顶、底边框相同7顶边框固定或开启侧边框固定且开启底边框固定且开启中挺横向双片窗（横向推拉窗，横向推拉门）75顶、底边框相同7顶边框固定且开启侧边框固定且开启底边框固定且开启中挺平开双片窗（窗，幕墙）4左右顶边框相同左右底边框相同左右侧边框相同47顶边框固定且开启侧边框固定且开启底边框固定且开启中挺6.THERM模拟框架和边部传热6-2THERM5.2/WINDOW5.2NFRC模拟手册图6-1不同开启类型的昀大昀小需模拟的横截面6.3绘制横截面确定需要模拟的横截面数量之后，在THERM中绘制横截面。在THERM用户手册中的第五部分“绘制横截面的几何形状”中对如何绘制横截面有详细的描述。THERMNFRC模拟手册的这个部分包含了特定的与NFRC方法有关的的信息。6.3.1开始——绘制和DXF文件为了在THERM中复制准确的横截面，需要用到定尺寸绘制或者DXF文件。THERM用户手册中的第5.2部分“输入DXF文件或者位图文件做辅助物”。如果只能定尺寸绘制（装配图或者模图），没有DXF文件，仍然可以绘制横截面，THERM用户手册中的第5.5部分“使用键盘绘制（数字光标）”。6.THERM模拟框架和边部传热6-3THERM5.2/WINDOW5.2NFRC模拟手册6.3.2文件属性——横截面类型在THERM文件属性对话框（从文件/属性菜单中得到）中指定横截面属性至关重要。横截面属性和玻璃系统方向共同决定了仿真模型中执行了多少个ISO15099中的参数，例如框内空腔，重力矢量。这个设定将出现在WINDOW中TYPE里的框架库中，也出现在THERM主窗口的右下角。图6-2THERM文件属性中横截面类型值在ISO15099模型中被用于判定重力矢量，在WINDOW中用于判定CR的计算方法。6.3.3横截面方位对于用THERM进行NFRC仿真来说，所有的横截面都应当被定位在竖直方向，即：所有的玻璃系统指向必须或者向上，或者向下，而不能水平。（例外的是以20度以上倾斜的采光顶模拟，参考第8.5部分“采光顶模拟的讨论”。）例如，侧边框横截面可以水平绘制，但是模拟时必须将其旋转成竖直位置。图6-3显示了一个DXF文件的可能画法。就象在这个DXF文件中，水平侧边框和中挺截面可以被水平绘制，但当输入玻璃系统时，他们必须旋转90度。对于顶边框，玻璃应当向下，对于底边框和侧边框，玻璃应当向上，同时模型的室内侧朝向右边，室外侧朝向左边。6.THERM模拟框架和边部传热6-4THERM5.2/WINDOW5.2NFRC模拟手册图6-3水平横截面的DXF文件在输入玻璃系统和模拟之前必须旋转90度图6-4水平推拉窗的横截面例子，显示了横截面方向，窗口右下角的横截面类型标签和重力箭头方向。6.3.4那些不能模拟NFRC100明确排除了外窗产品中THERM中不能模拟的某些组件，包括：·屏风·可选择的内部装饰·附于玻璃的内表面或者外表面的可移动格栅（即，直接固定的格栅）。玻璃层间的格栅或分格在某些情况下必须建模，正如8.3部分“内部分格的模拟”中所讨论的。·可选择的侧边框，顶边框和底边框的延伸部分6.THERM模拟框架和边部传热6-5THERM5.2/WINDOW5.2NFRC模拟手册·室内或者室外的遮阳装置·Nailingflangeswhichcanberemovedfromafenestrationproduct,andwhichareremovedfortesting.Thesemaybevinylflangesonwoodwindows,orflangesonvinyloraluminumwindowsdesignedtoberemovedforsomeinstallations.Permanentnailingflangesthatwouldbeinplaceduringatestshallbemodeled.另外，正如NFRC100中规定的，“包括但不限于幕墙中的螺钉螺拴和未完全断热的注胶断桥型材应当模拟”。暂时，非必须模拟的构件包括：·绞链·锁·Banlance·非连续的控制五金·泄水孔·固定块·剪切块·CornerKeys6.3.5可变形部分因为可变形部分，例如玻璃夹、挡雨条和其它插件部分，在DXF文件和装配图中经常绘制成无变形状态（通常在DXF文件中他们互相重叠），模拟软件仍要求保证这些部分按照能保证传热结果准确的方法建模。例如，在某些情况下小气缝可以用固体材料如sweeps和密封胶来代替。6.3.6框内空腔在NFRC仿真中，框内空腔使用ISO15099空腔模型建模。材料库中的缺省项可以用于框内空腔建模：·FrameCavityNFRC100-2001：用于所有内部框内空腔。·FrameCavitySlightlyVentilatedNFRC100-2001：用于通风框内空腔。对于何时应用这些空腔的完整描述参考6.3.7部分，通风外部空腔。图6-5缺省的NFRC仿真用框内空腔材料6.THERM模拟框架和边部传热6-6THERM5.2/WINDOW5.2NFRC模拟手册正如上图所示，“FrameCavityNFRC100-2001”材料具有如下特性：辐射模式（RadiationModel）：简化空腔模型（CavityModel）：ISO15099这个空腔模型是ISO15099标准的增补，能使THERM自动计算空腔壁的温度、发射率和热流方向。填充气体（GasFill）：空气发射率（Emissivities）：该框内空腔材料的缺省的发射率实际上是无关紧要的，因为THERM会在横截面模拟中重新计算并取而代之。但是无论选用“FrameCavityNFRC100-2001”还是“FrameCavitySlightlyVentilatedNFRC100-2001”，框内空腔将用红色显示出轮廓。双击这些红色表面的任何一个将会弹出一个可编辑的对话框。这使得被程序赋值的发射率值可以被取代。这些被编辑过的值接下来将会用于程序的模拟计算。同时，对于框内空腔THERM假定如下：缺省框内空腔高度：1米重力矢量：根据横截面类型（参考6.3.2部分“横截面类型”和6.3.3部分“横截面方位”）如果框内空腔模型被设定为“ISO105099”，对于“FrameCavityNFRC100-2001”，发射率、温度和热流方向将在模拟过程中由程序自动计算。因此，出现在模拟前的单个框内空腔缺省值无需编辑。这些自动计算按下列方法进行：热流方向：要计算的热流方向依赖于菜单“File/Properti”中的横截面类型设定，同时它还依赖于玻璃系统的方位，即是向上、向下、向左还是向右输入的。“重力矢量”可以使用菜单“View/GravityArrow”显示出来（参考“THERM用户手册”对重力矢量的讨论）。每种横截面类型的假定如下：顶边框：截面类型=“Head”，玻璃输入方向向下，重力矢量指向下底边框：截面类型=“Sill”，玻璃输入方向向上，重力矢量指向下侧边框：截面类型=“Jamb”，玻璃输入方向向上，重力矢量指入屏幕中挺：截面类型=“MeetingRail”，玻璃输入方向向上和向下，对于水平推拉窗，重力矢量指向入屏幕；对于竖向推拉窗，重力矢量指向下。温度：程序计算出的空腔壁温度基于空腔周围材料的温度，判定出的热流方向基于温度差异。在模拟前无需改变空腔初始缺省温度。模拟后，计算出的温度可以通过双击框内空腔来查看。发射率：程序计算出的框内空腔壁发射率基于相邻材料的发射率。如果垂直于热流方向的空腔壁有不同发射率的材料，程序将按面积加权得到发射率。模拟后，计算出的发射率可以通过双击框内空腔来查看。需要注意的是，金属表面的发射率，例如铝和铁，将取决于表面涂层，即有涂层和没有涂层。许多金属横截面，特别是挤压品，外表面有涂层而内表面无涂层。对于没有涂层的金属表面记得更改发射率为0.20。6.THERM模拟框架和边部传热6-7THERM5.2/WINDOW5.2NFRC模拟手册图6-6无涂层金属表面，例如挤压品的内表面，发射率设定为0.20。横截面模拟后，双击框内空腔来查看程序自动计算得到的热流方向，温度和发射率，如下图所示：图6-7从材料库中选择匹配框架双面发射率的框内空腔选项THERM中框内空腔的对流基于ISO15099规定中的空腔矩形化。当前的NFRC程序根据是连通还是“喉”——不大于5mm（0.20英寸）来断开空腔。但是，如果在模拟之前框内空腔的努塞尔数不大于1.2，就无需断开成更小的空腔。努塞尔数可以通过双击框内空腔弹出的“Properties”对话框来显示。决定努塞尔数的当量矩形水平和竖直尺寸也会在这个对话6.THERM模拟框架和边部传热6-8THERM5.2/WINDOW5.2NFRC模拟手册框中显示。注意：在文件被计算之前，努塞尔数取决于框内空腔的缺省温度和发射率。空腔的努塞尔数在计算后有所变化，计算之前不大于1.20，而计算之后大于1.20。在这个例子中，空腔不需要断开。图6-8THERM根据ISO15099矩形化规定计算空腔特性带有5mm（0.20”）喉的框内空腔是否要断开，如果需要如何断开，昀好的判定方法如下：1．检查框内空腔是否存在不大于5mm（0.20英寸）的喉（缩口）。如果没有喉，则不需要断开。喉的定义是在框内空腔中两壁、两点或者一个壁一个点彼此间距小于或等于5mm（0.20英寸）的任何部位。2．检查未断开空腔的努塞尔数。如果努塞尔数不大于1.20，模拟器将不会把空腔断开成更小的多边形。3．如果努塞尔数大于1.20，模拟器将鉴别在开口和深度方向不大于5mm（0.20英寸）的所有空腔，并把他们定义为独立的空腔。4．重新检查剩余大空腔的努塞尔数。如果都不大于1.20，则无需进行下一步。如果有大于1.20的努塞尔数，模拟器将：a．鉴别空腔中不大于5mm（0.20英寸）的喉（缩口），从昀大的空腔开始到昀小的空腔，将大空腔断开成小空腔，按照先水平，然后竖直，昀后（作为昀后的办法）对角的办法划分。b．每次断开空腔，模拟器将重新检查新空腔的努塞尔数。如果剩下空腔的努塞尔数不大于1.20，则无需进行下一步。如果剩下空腔的努塞尔数有大于1.20的，在此运行步骤4直到没有新的缩口被定义。6.THERM模拟框架和边部传热6-9