建筑幕墙热工计算

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A f：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A g（或其它镶嵌板的投影面积A p）：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A t：窗框面积A f与窗玻璃面积A g（或其它镶嵌板的面积A p）之和，简称“窗面积”。

A f= max(A t= A f+A gA d,i= A1+A2A d,e= A5+A6图3-1 窗各部件面积划分示图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l ψ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U t 采用下式计算：tf f ggtA U A U A U ∑∑∑++=ψψ （3-1）式中：U t ——整樘窗的传热系数［W/(m 2·K)］；A g ——窗玻璃（或者其它镶嵌板）面积（m 2）； A f ——窗框面积（m 2）； A t ——整樘窗面积（m 2）；l ψ——玻璃区域（或者其它镶嵌板区域）的边缘长度（m ）；U g ——窗玻璃（或者其它镶嵌板）的传热系数［W/(m 2·K)］，按本章“玻璃光学热工性能计算”计算；U f ——窗框的传热系数［W/(m 2·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/(m 2·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：87.0tg SC =（3-2） 式中：SC ——整樘窗的遮阳系数；玻璃图3-2 窗玻璃区域周长示图g t ——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g t 应采用下式计算：tff g gtA A g A g g ∑∑+=（3-3）式中：g t ——整樘窗的太阳能总透射比；A g ——窗玻璃（或者其它镶嵌板）面积（m 2）； A f ——窗框面积（m 2）；g g ——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；g f ——窗框太阳能总透射比； A t ——整樘窗面积（m 2）。

（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：tgvt A A ∑=ττ （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；A g ——窗玻璃（或者其它镶嵌板）面积（m 2）； A t ——整樘窗面积（m 2）。

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 ；（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：()()()()()()∑∑⎰⎰==∆∆≈=780380780380780380780380λλλλλλλλλλλτλλλλλττV D V D d V D d V D V（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：()()()()()()∑∑⎰⎰==∆∆≈=780380780380780380780380λλλλλλλλλλλρλλλλλρρV D V D d V D d V D V（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：()()()()()()∑∑⎰⎰==∆∆≈=2500300250030025003002500300λλλλλλλτλλλλλττS S d S d S 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：()()()()()()∑∑⎰⎰==∆∆≈=2500300250030025003002500300λλλλλλλρλλλλλρρS S d S d S S（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：outin ins S h h h A g +⋅+=τ （3-9）式中：h in ——玻璃室内表面换热系数；h out ——玻璃室外表面换热系数； A s ——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A s 应按下式计算：s s s A ρτ--=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SC cg 应按下式计算：87.0gSC cg =（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)(λ+i I 和)(λ-i I ，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：)()()()()(1.211λλρλλτλS f I I I +=++ （3-12）)()(1λλS I I =- （3-13）当i =n +1时：)()()(1λλτλ--+=n n n I I （3-14） 0)(1=++λn I （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当i =2～n 时：)()()()()(.1λλρλλτλ-++++=i i f i i i I I I i ＝2至n （3-16） )()()()()(1.11λλρλλτλ+-----+=i i b i i i I I I 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：)()()(1λλλτ-+=⋅n S I I （3-18）反射到室外的直接反射比应由下式计算：)()()(1λλλρ+=⋅I 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，采用下式计算：)()()()()()(11λλλλλλS i i i i i I I I I I A -++++--+-=（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S i 。

s i i I A S ⋅= （3-21）()()()()()∑∑⎰⎰==∆∆≈=2500300250030025003002500300)(λλλλλλλλλλλλS S A d S d S A A ii i（3-22）式中：i A ——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,,,)(---+-=i b i f i b i f i c i J J T T h q （3-23）式中：T f,i ——第i 层玻璃前表面温度（K ）；T b,i-1——第i-1层玻璃后表面温度（K ）； J f,i ——第i 层玻璃前表面辐射热（W/m 2）； J b,i-1——第i-1层玻璃后表面辐射热（W/m 2）；图3-5 第i 层玻璃的能量平衡在每一层气体间层中，应采用以下方程：1++=i i i q S q （3-24）1,,1,4,,,-+++=i b i f i f i i f i f i f J J T J ρτσε （3-25） 1,,1,4,,,+-++=i f i b i b i i b i b i b J J T J ρτσε （3-26） [],,,1,22g i b i f i i i g it T T q S λ+-=+ （3-27）式中：t g,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I S =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,,,---+-=i b i f i r i b i f i c i T T h T T h q （3-28）式中：h r,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i Nu 确定：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=i g i g i i c d Nu h ,,,λ （3-29）式中：d g,i ——玻璃间层气体间层i 的厚度；λg,i ——所充气体的导热系数；N ui ——通过倾斜气体间层传热的实验结果所计算的值，N ui 为雷利数R aj 、气体间层高厚比和空腔倾角θ的函数。