建筑幕墙热工计算

i＝2 至 n （3-16） i＝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：
( ) I S ( ) I n 1 ( )
（3-18）
反射到室外的直接反射比应由下式计算：
() I S () I1 ()
lΨ lψ
玻璃
玻璃
Ag
图 3-2
窗玻璃区域周长示图
（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：
Ut
A U
g
g
A f U f At
（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：
2500

2500

300
S
2500
300
300
S
（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：
S

2500
300
S d
qi hc,i (Tf ,i Tb,i 1 ) hr ,i (Tf ,i Tb,i 1 )
式中：hr,i——第 i 层气体层的辐射换热系数，由（3-43）式给出。
（3-28）
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 Nu i 确定：
hc , i Nui g , i d g ,i
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”。 - 41 图 3-1 窗各部件面积划分示图
在每一层气体间层中，应采用以下方程：
qi Si qi 1
（3-24） （3-25） （3-26） （3-27）
J f ,i f ,iTf4,i i J f ,i1 f ,i J b,i1 J b,i b,iTb4 ,i i J b,i 1 b,i J f ,i 1
qi hc,i (Tf ,i Tb,i1 ) J f ,i J b,i1
式中：Tf,i——第 i 层玻璃前表面温度（K） ；
（3-23）
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） ； - 46 图 3-5 第 i 层玻璃的能量平衡
380
780
380
DV
780
（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：
V

780
380
D V d
（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：
780
V

380
D V d DV d

780

380
D V
算：
Ai ( )
I i ( ) I i ( ) I i 1 ( ) I i 1 ( ) I S ( )
（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
（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。
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：
I1 () 1()I2 () f .1()I S ()
（3-12） （3-13）
I1 ( ) I S ( )
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
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 I i ( ) 和
31常用材料的导热系数用途材料密度kgm8900380铝铝合金2800160黄铜8400120780050不锈钢790017建筑钢材7850582pvc1390017硬木700018软木常用于建筑构件中500013玻璃钢up树脂1900040建筑玻璃250010pmma有机玻璃1180018聚碳酸脂1200020隔热尼龙1150025尼龙6625玻璃纤维1450030高密度聚乙烯hd980050低密度聚乙烯ld920033固体聚丙烯910022带有25玻璃纤维的聚丙烯1200025pu1200025刚性pvc1390017防水氯丁橡胶pcp1240023密封条epdm1150025纯硅胶1200035柔性pvc1200014聚酯马海毛014柔性人造橡胶泡末6080005密封剂pu1200025固体热融异丁烯12000241700040纯硅胶1200035聚异丁烯930020聚脂树脂1400019硅胶干燥剂720013分子筛650750010低密度硅胶泡沫750012中密度硅胶泡沫8200172固体材料的表面发射率值
As 1 s s
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：
（3-10）
SC cg
g 0.87
（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。
780

380
DV d

D V
380 780
780
（3-6）
380
DV
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：
S

2500
300
S d
S d
Tb,i Tf ,i t g ,i 2g ,i
2qi1 Si
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：
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；
（3-29）
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：
A5 Af At A2 = max (Af,i ; Af,e) = Af+Ag 扇(活动) A4 A1 Af,i = Af Ag
A3
内部
Ad,i = A1+A2+A3+A4 Ad,e = A5+A6+A7+A8
框 (固定) A8 A7 外部
A6
Af,e
At
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。
S d
2500

2500

300
S
2500
（3-8）
300
300
S
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：
g S
As hin hin hout
- 44 -
（3-9）
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：
SC
gt 0.87
（3-2）
式中：SC——整樘窗的遮阳系数； - 42 -
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：
gt
g
g
Ag g f A f At
（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：
Si Ai I s
（3-21）
2500
A
i
2500
300
Ai S d S d

2500

300
A ( )S
i 2500
300
300
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S
（3-22）
式中： Ai ——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：
t

v
Ag
At
（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； - 43 -
当 i=n+1 时：
In 1 ( ) n ( ) I n ( ) In 1 ( ) 0
（3-14） （3-15） - 45 -
当 i=2～n 时：
Ii () i ()Ii 1 ( ) f .i ( ) Ii ( )
Ii () i 1()Ii 1 ( ) b.i 1 ( ) Ii ( )