建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程征求意见稿.doc

建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程（征求意见稿）

◇ 1 总则

◇ 2 术语、符号

◇3基本规定

◇4玻璃光学热工性能

◇5框的传热计算

◇6空气层传热计算

◇7整窗热工性能计算

◇8建筑幕墙热工计算

◇9遮阳系统计算

◇10结露计算

◇附录

1 总则

1.0.1为在建筑门窗、玻璃幕墙工程中贯彻执行国家的建筑节能政策，使门窗、玻璃幕墙工程的节能设计和产品设计做到技术先进、经济合理，方便进行门窗、玻璃幕墙产品的节能性能评价，制定本规程。

1.0.2本规程适用于建筑工程中作为外围护结构使用的建筑外门窗、玻璃幕墙的传热系数、遮阳系数、可见光透射比、结露性能的计算。

1.0.3本规程是参照国际标准ISO15099、ISO10077、ISO10211等系列标准，结合我国现行的相关标准制定的。

1.0.4本规程所计算的传热系数和遮阳系数是在建筑门窗、玻璃幕墙空气渗透量为零的情况下、采用稳态传热计算得到的，实际使用时应考虑空气渗透对热工性能和节能计算的影响。

1.0.5实际工程所用建筑门窗、玻璃幕墙的室内外热工计算条件应符合相应的建筑热工设计标准和建筑节能设计标准。

1.0.6建筑门窗、玻璃幕墙所用材料的热工计算参数除使用本规程给出的参数外，还应符合其它强制性的热工设计标准和建筑节能设计标准的相关规定。实际工程中所使用材料的热工参数应按照相应材料的实际参数选取。

2 术语、符号

2.1 术语

2.1.1夏季标准计算条件standard summer environmental condition

用于门窗或幕墙产品设计、性能评价热工性能参数计算的夏季标准热工计算环境条件。

2.1.2冬季标准计算条件standard winter environmental condition

用于门窗或幕墙产品设计、性能评价热工性能参数计算的冬季标准热工计算环境条件。

2.1.3传热系数（U）thermal transmittance

门窗或幕墙两侧环境温度差为1℃时，在单位时间内通过单位面积围护结构的传热量。

2.1.4太阳能总透射比（g）total solar energy transmittance

通过门窗或幕墙构件成为室内得热量的太阳辐射与投射到门窗或幕墙构件上的太阳辐射的比值。成为室内得热量的太阳辐射部分包括直接的太阳能透射得热和被构件吸收的太阳辐射再经传热进入室内的得热。

2.1.5遮阳系数（SC）shading coefficient

在给定条件下，太阳辐射透过外窗或幕墙所形成的室内得热量，与相同条件下透过相同面积的标准玻璃（3mm厚透明玻璃）所形成的太阳辐射得热量之比。

2.1.6可见光透射比visible transmittance

标准光源透过门窗或幕墙构件成为室内的人眼可见光与投射到门窗或幕墙构件上的人眼可见光，采用人眼视见函数加权的比值。

2.1.7可视部分vision area

太阳直射光入射后，其直接透射主要为直射透射的门窗或幕墙部分。

2.1.8露点温度dew point temperatures

在恒定压力、恒定的水蒸气含量条件下，当空气发生饱和水蒸气状态时（相对湿度等于100%，在物体表面有水气凝结时）的温度。

2.2符号

2.2.1 本规程采用如下符号：

A——面积，m2；

A——高宽比

A i——第i层空腔吸收的太阳能

c p——常压下的比热容

d——厚度，m；

S(λ)——标准太阳辐射光谱函数

D(λ) ——标准光源（CIE D65，ISO 10526）光谱函数

g——太阳能总透射比

g——重力加速度

h——表面换热系数，W/m2·K；

H——空气间层高度，m；

——在第i层和第i+1层玻璃层之间向外的辐射照度，W/m2；

——在第i层和第i+1层玻璃层之间向内的辐射照度，W/m2；I——太阳辐射照度，W/m2；

J——辐射强度，W/m2；

L——玻璃系统空气间层长度，m；

L2D——二维传热计算的截面线传热系数，Ｗ/(ｍ.Ｋ)；

l——长度，m；

N——玻璃层数加2；

——摩尔质量，mol；

——努塞尔数（Nusselt number）；

P——压力，Pa；

Q——热流量，W；

q——热流密度，W/m2；

——气体常数，J/(kmol·K)；

R——热阻，m2·K/W；

——瑞利数（Rayleigh number）；

——基于长度x的瑞利数（Rayleigh number）；S i——第i层玻璃吸收的太阳辐射，W/ m2；t——厚度，m；

——框内空腔垂直于热流的最大尺寸，m；T——温度，K；

T10——抗结露性能评价指标；

u——邻近表面的气流速度，m/s；

U——传热系数，W/m2·K；

V——窗或幕墙附近自由流流速，或某个部位的平均气流速度，m/s；V(λ)——视见函数（ISO/CIE 10527）；

α——太阳辐射吸收系数；

β——填充气体热膨胀系数，K-1；

ε——半球发射率；

σ——斯蒂芬-波尔兹曼常数，5.67×10-8W/m2.K4；

λ——导热系数，W/m·K；

μ——流体运动粘度，g/m·s；

ψ——线传热系数，W/m·K；

ρ——密度，kg/m3；

ρ——反射系数；

τ——透射系数；

2.2.2 本规程的符号采用以下注脚：

表2.2.2注脚

3 基本规定

3.1 计算环境边界条件

3.1.1设计或评价建筑门窗、玻璃幕墙定型产品的热工参数时，所采用的环境边界条件应统一采用本标准规定的计算条件。

3.1.2计算实际工程所用的建筑门窗和玻璃幕墙热工性能所采用的边界条件应符合相应的建筑设计或节能设

计标准。

3.1.3各种情况下都应选用下列光谱：

S(λ)：标准太阳辐射光谱函数（ISO 9845-1）；

D(λ)：标准光源光谱函数（CIE D65，ISO 10526）； R(λ)：视见函数（ISO/CIE 10527）。

3.1.4冬季计算标准条件应为：

T in=20℃

T out=0℃

h c,in=3.6 W/m2.K

h c,out =20 W/m2.K

T rm =T out

I s=300 W/m2

3.1.5 夏季计算标准条件应为：

T in=25℃

T out=30℃

h c,in=2.5 W/m2.K

h c,out =16 W/m2.K

T rm =T out

I s=500 W/m2

3.1.6计算传热系数应采用冬季计算标准条件，并取I s= 0 W/m2。

3.1.7计算遮阳系数、太阳能总透射比应采用夏季计算标准条件，并取T out=25℃。

3.1.8抗结露性能计算的标准边界条件应为：

室内环境温度：20℃；

室外环境温度：-10℃，-20℃；

室内相对湿度：30%、50%、70%；

室外风速：4m/s。

3.1.9计算框的太阳能总透射比g f应使用下列边界条件：

（3.1.7）

式中：——框表面太阳辐射吸收系数；

I s——太阳辐射照度。

3.1.10设计或评价建筑门窗、玻璃幕墙定型产品的热工参数时，门窗框或幕墙框与墙的连接界面应作为绝热边界条件处理。

3.2 对流换热计算

3.2.1当室内气流速度足够小（小于0.3m/s）时，内表面的对流换热应按自然对流换热计算；当气流速度大于0.3m/s时，应按强迫对流和混合对流计算。

设计或评价建筑门窗、玻璃幕墙定型产品的热工参数时，门窗或幕墙室内表面的对流换热系数应符合3.1节的规定。

3.2.2内表面的对流热换热按自然对流计算时，自然对流换热系数h c,in应根据努赛尔数（Nusselt number）Nu的值确定，并按下式计算：

（3.2.2-1）

式中：λ——空气导热系数；

H——窗高。

努赛尔数Nu是基于窗高H的雷利数Ra H的函数，雷利数Ra H由下式表示：

（3.2.2-2）

式中：T m.f为平均气流温度，用下式表示：

（3.2.2-3）

努赛尔数Nu的值应是表面倾斜角度θ（规定见图）的函数，当室内温度高于门窗内表面温度（即T in>T b,n）时，努赛尔数Nu的值可采用以下各式计算：

1）倾斜角度θ由0°到15°（0°≤θ<15°）：

（3.2.2-4）

2）倾斜角度θ由15°到90°（15°≤θ≤90°）：

（3.2.2-5）

（3.2.2-6）

θ采用度（°）（3.2.2-7）

3）倾斜角度θ由90°到179°（90°〈θ≤179°〉：

（3.2.2-8）

4）倾斜角度θ由179°到180°（179°<θ≤180°）：

（3.2.2-9）

当室内温度低于门窗内表面温度（T in

3.2.3在实际工程中，当内表面有较高速度气流时，室内对流换热按强制对流计算。门窗内侧强制对流用下列关系式计算（ISO 6946）。

（3.2.3）

式中：V S ——门窗壁面附近的气流速度，m/s。

3.2.4外表面对流换热应按强制对流换热计算。设计或评价建筑门窗、玻璃幕墙定型产品的热工参数时，门窗或幕墙室外表面的对流换热系数应符合3.1节的规定。

3.2.5当进行工程设计或评价实际工程用产品性能计算时，外表面对流换热系数应用下列关系式计算：

（3.2.5）

式中：V S ——门窗壁面附近的气流速度，m/s。

3.2.6当进行建筑的全年能耗计算时，门窗或幕墙构件外表面对流换热系数应用下列关系式计算：

（3.2.6）

3.2.7门窗、幕墙附近的风速应按照门窗、幕墙的朝向和吹向建筑的风向和风速确定。

1如果门窗所在的建筑表面是迎风的，V S应按下式计算：

；V ＞2 ；m/s（3.2.7-1）

；V ≤2 ；m/s（3.2.7-2）

式中：V ——在开阔地上测出的风速。

2 如果门窗所在的建筑表面为背风时，V S应按下式计算：

m/s（3.2.7-3）

3 为了确定表面是迎风的还是背风的，要计算相对于墙面的风向γ（见图）

（3.2.7-4）

如果，则；

如果，表面为迎风向，否则表面为背风向。

式中：——风向（由北朝顺时针测量的角度，见图）；

——墙的方位（由南向西为正，反之为负，见图）；

n ——墙的法向方向；

N ——北向；

S ——南向。

图3.2.7 确定风向和墙的方位示意图

3.2.8当外表面风速较低时，外表面自然对流换热系数，用努赛尔数来确定。

（3.2.8-1）

式中：λ——空气的导热系数；

H ——空腔高度。

努赛尔数Nu是雷利数Ra H和空腔高度H的函数，雷利数Ra H应由下式确定:

（3.2.8-2）

依据平均气流温度，评价各种流体性质。

(3.2.8-3)

式中：T out ——室外空气温度；

T s,out ——幕墙门窗外表面温度。

外表面对流换热系数的计算与3.2.2内表面计算相同，倾角θ应由补角（180°-θ）代替。

3.3长波辐射换热

3.3.1室外平均辐射温度的取值应分为两种应用条件：实际工程条件和用于建筑门窗、玻璃幕墙定型产品性

能设计或评价。

3.3.2对于实际工程计算条件，应由室外平均辐射温度求得室外辐射照度：

（3.3.2-1）

室外平均辐射温度定义为：

（3.3.2-2）

式中：、——门窗系统相对地面（即水平线以下区域）和天空的角系数；

——晴空的比例系数。

门窗系统相对地面、天空的角系数、晴空的比例系数由下式计算：

(3.3.2-3)

(3.3.2-4)

式中：θ——门窗系统对地面的倾斜角度。

当已知晴空辐射照度（）时，应直接按下列公式计算：

(3.3.2-5)

(3.3.2-6)

(3.3.2-7)

3.3.3室内辐射照度定义应为：

(3.3.3-1)

门窗内表面可认为仅受到室内表面的辐射，墙壁和楼板可作为在室内温度中的大平面。室内辐射照度为：（3.3.3-2）

3.3.4内表面计算时，可用下列公式简化计算玻璃部分和框部分表面辐射热传递：

（3.3.4-1）

（3.3.4-2）

式中：T rm,in ——室内辐射温度；

T s,in ——室内玻璃面或框表面温度；

εs,in ——玻璃面或框材料室内表面半球发射率。

计算建筑门窗、幕墙定型产品的热工参数时，门窗或幕墙室内表面的辐射换热系数应采用下式计算：（3.3.4-3）

3.3.5进行外表面计算时，可用下面的公式简化玻璃面上和框表面上的辐射传热计算。

（3.3.5-1）

（3.3.5-2）

式中：T rm,out ——室外辐射温度；

T s,out ——室外玻璃面或框表面温度；

εs,out ——玻璃面或框材料室外表面半球发射率。

计算建筑门窗、幕墙定型产品的热工参数时，门窗或幕墙室外表面的辐射换热系数应采用下式计算：（3.3.5-3）

3.4综合对流和辐射换热

3.4.1外表面或内表面的换热：

（3.4.1-1）

式中：

（3.4.1-2）

——表面温度；

——环境温度，应按照下式计算：

（3.4.1-3）

3.4.2表面换热系数应根据面积用下式修正：

（3.4.2）

4 玻璃光学热工性能

4.1 单层玻璃的光学热工性能计算

4.1.1 单层玻璃的光学、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280nm～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280～400nm，间隔不宜超过5nm；

2 波长400～1000nm，间隔不宜超过10nm；

3 波长1000～2500nm，间隔不宜超过50nm。

4.1.2 单片玻璃的可见光透射比τV应按下式计算：

（4.1.2）

式中：Dλ——光源D65的相对光谱功率分布；

τ(λ)——玻璃的光谱透射比；

V(λ)——人眼的视见函数。

4.1.3 单片玻璃的可见光反射比ρV应按下式计算：

（4.1.3）式中：ρ(λ)——玻璃的光谱反射比。

4.1.4 单片玻璃的太阳能直接透射比τS应按下式计算：

（4.1.4）

式中：τ(λ)——玻璃的光谱透射比；

S(λ)——太阳光谱。

4.1.5 单片玻璃的太阳能直接反射比ρS应按下式计算：

（4.1.5）