建筑门窗热工性能计算

建筑门窗热工性能计算书

I 、设计依据：

《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》JGJ26-95 《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2001 《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75-2003 《民用建筑热功设计规范》GB50176-93 《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005 《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009

《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T151-2008

相关计算和定义均按照ISO10077-1和ISO10077-2的方法进行计算和定义 II 、计算基本条件：

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。

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、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）。 4、冬季计算标准条件应为：

室内环境温度：T in =20℃ 室外环境温度：T out =-20℃

室内对流换热系数：h c,in =3.6 W/m2.K 室外对流换热系数：h c,out =16 W/m2.K 室外平均辐射温度：T rm =Tout 太阳辐射照度：I s =300 W/m2 5、夏季计算标准条件应为： 室内环境温度：T in =25℃ 室外环境温度：T out =30℃

室内对流换热系数：h c,in =2.5 W/m.K 室外对流换热系数：h c,out =16 W/m2.K 室外平均辐射温度：T rm =Tout 太阳辐射照度：I s =500 W/m2

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. 计算门窗的传热系数时, 门窗周边框的室外对流换热系数h c,out 应取 8 W/m2.K, 周边框附近玻璃边缘(65mm内) 的室外对流换热系数h c,out 应取 12 W/m2.K

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. 8、抗结露性能计算的标准边界条件应为： 室内环境温度：T in =20℃

室外环境温度：T out =0℃ -10℃ -20℃ 室内相对湿度：RH=30%、60%

室外对流换热系数：h c,out =20 W/m2.K

9、计算框的太阳能总透射比g f 应使用下列边界条件

2

qin =α* Is

qin ：通过框传向室内的净热流（W/m） α：框表面太阳辐射吸收系数

2

Is ：太阳辐射照度(Is =500W/m) 10、《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005有关规定： (1)各城市的建筑气候分区应按表4.2.1确定。

2

(2)根据建筑所处城市的建筑气候分区，围护结构的热工性能应分别符合表4.2.2-1、表4.2.2-2、表4.2.2-3、表4.2.2-4、表4.2.2-5以及表4.2.2-6的规定，其中外墙的传热系数为包括结构性热桥在内的平均值K

m

11、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 12、整窗截面的几何描述

整窗应根据框截面的不同对窗框分段，有多少个不同的框截面就应计算多少个不同的框传热系数和对应的框和玻璃接缝线传热系数。两条框相交处的传热不作三维传热现象考虑。

如上图所示的窗，应计算1-1、2-2、3-3、4-4、5-5、6-6、7-7七个框段的框传热系数和对应的框和玻璃接缝线传热系数。两条框相交部分简化为其中的一条框来处理。 计算1-1、2-2、4-4截面的传热时，与墙面相接的边界作为绝热边界处理。 计算3-3、5-5、6-6截面的传热时，与相邻框相接的边界作为绝热边界处理。 计算7-7截面的传热时，框材中心线对应的边界作为绝热边界处理。 13、门窗在进行热工计算时应进行如下面积划分：

窗框面积A f ：指从室内、外两侧可视的凸出的框投影面积大者

玻璃面积A g ：室内、外侧可见玻璃边缘围合面积小者

整窗的总面积A t ：窗框面积A f 与窗玻璃面积A g (或者是其它镶嵌板的面积A p ) 之和 14、玻璃区域的周长L ψ是门窗玻璃室内、外两侧的全部可视周长的之和的较大值 15、当所用的玻璃为单层玻璃，由于没有空气层的影响，不考虑线传热，线传热系数ψ=0。 16、本系统中给出的所有的数值全部是窗垂直安装的情况。 计算传热系数时，按以下取值: 内表面换热系数：h i =8W/m.k

2

外表面换热系数：h e =23W/m.k

一、门窗基本信息:

地区类型:夏热冬冷地区

窗墙面积比范围:0.3

整窗传热系数限值：3.0 整窗遮阳系数： ≤0.5

型材厂家:凤铝铝材 门窗系列:GJ888推拉窗 窗型尺寸:1500x1500 门窗样式图

:

2

二、窗框传热系数U f 计算

1、窗框面积计算:

窗框面积计算示意图如下： (1)平开类窗框面积计算示意图：

(2)推拉类窗框面积计算示意图：

(3)中梃窗框面积计算示意图：

(4)该门窗的窗框由以下截面组成：

(5)窗框室内总投影面积A f i (m2)

ΣA fi =0.560 =0.560

(6)窗框室外总投影面积A f e (m2)

ΣA fe =0.560 =0.560

(7)窗框总面积A f (m2)

A f =max(ΣAf i ,ΣAf e ) =max(0.560,0.560) =0.560

2、窗框的传热系数计算(Uf ) ：

可以通过输入数据，用二维有限元法进行数字计算，得到窗框的传热系数。在没有详细的计算结果可以应用时，可以按以下方法得到窗的传热系数：

窗框类型：浇注式隔热铝合金

(1)浇注式隔热的铝合金框，相对应金属框之的最小距离d(mm)，示意图：

注意：1) 采用导热系数≤0.2(w/m.k)的泡沫材料

2)隔热桥总宽度b1+b2≤0.3*bf(窗框宽)

(2)浇注式隔热的铝合金框的U f0数值，根据“相对应金属框之间的最小距离d(mm)”，从下图的粗线中选取：

(3)窗框传热系数计算：

1)【隔热铝合金框料】传热系数计算：

1.1)【隔热铝合金框料】隔热条相对应的金属框之间的最小距离d=10.8(mm) 从上图中查出U f0=3.291(W/m2.K)

1.2)【隔热铝合金框料】窗框热阻R f 计算：

=1/3.291-0.17

=0.134(m2.K/W)

1.3)【隔热铝合金框料】窗框传热系数计算：

窗框的室内投影面积：A f,i =0.560(m2) 窗框的室内表面面积：A d,i =1.430(m2) 窗框的室外投影面积：A f,e =0.560(m2) 窗框的室外表面面积：A d,e =0.628(m) 窗框热阻：R f =0.134m2.K/W 内表面换热系数：h i =8W/m.k 外表面换热系数：h e =23W/m2.k

2

2

=1/(0.560/(8*1.430)+0.134+0.560/(23*0.628)) =4.510(W/m2.K)

该门窗各窗框传热系数列表：

三、窗框与玻璃边缘结合处的线传热系数计算(ψ) ：

窗框与玻璃边缘结合处的线传热系数(ψ) ，主要描述了在窗框、玻璃和间隔层之间交互作用下的附加热传递。线性热传递系数ψ，主要受间隔层材料传导率的影响。在没有精确计算的情况下，可采用下表数据，来估算窗框与玻璃结合处的线传导系数ψ。 窗框与单层玻璃边缘结合处的线传热系数很小，计算时默认为0。

各类窗框、中空玻璃的线传热系数

注意：这些数据用来计算低辐射的中空玻璃，即：U g ≤1.3W/(m2.K), 以及更低传热系数的中空玻璃。

各玻璃板块查询上表后，各玻璃板块的线传热系数如下：

(玻璃排列顺序由室外到室内，分别为第一层、第二层、第三层)

四、玻璃传热系数(Ug ) 计算：

按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009 附录C 1.一般原理:

本方法是以下列公式为计算基础的：

式中h e -- 玻璃的室外表面换热系数；

h i -- 玻璃的室内表面换热系数； h t -- 多层玻璃系统内部热传导系数；

多层玻璃系统内部热传导系数按下式计算:

式中h s -- 气体空隙的导热率；

N -- 空气层的数量； M -- 材料层的数量； d m -- 每一个材料层的厚度； r m -- 每一个材料层的热阻；

气体间隙的导热率按下式计算：

式中h r -- 气体空隙的辐射导热系数；

h g -- 气体空隙的导热系数(包括传导和对流) ；

2.辐射导热系数

h r

辐射导热系数h r 由下式给出：

式中σ -- 斯蒂芬－波尔兹曼常数：

ε1和ε2 -- 在间隙层中的玻璃界面平均绝对温度T m 下的校正发射率。

3.气体导热系数

h g

气体导热系数h g 由下式给出：

式中s -- 气体层的厚度，m ；

λ -- 气体导热率，W/(m.K)； N u 是努塞特准数，由下式给出：

式中A -- 一个常数；

G r -- 格拉晓夫准数； P r -- 普郎特准数； n -- 幂指数。

如果N u ≤1,则将

N u 取值为1.

格拉晓夫准数由下式计算 ;

普郎特准数由下式计算 ;

式中ΔT -- 气体间隙前后玻璃表面的温度差，K ；

ρ -- 气体密度，Kg/m3

μ -- 气体的动态粘度，Kg/(ms)；

c -- 气体的比热，J/(kg.K),

T m -- 气体平均温度，K 。

对于垂直空间，其中A ＝0.035,n=0.38；水平情况：A=0.16,n=0.28;倾斜45度：A=0.10,n=0.31.

依据以上的理论分析，详细计算如下：

1. 【玻璃板块1】传热系数计算: 1) 【玻璃板块1】的基本信息 玻璃板块类型:双层玻璃

玻璃板块面积:1.34m

第一层玻璃种类：在线Low-e 镀膜玻璃 第一层玻璃厚度：6(mm)

第一层玻璃校正发射率：0.40

第二层玻璃种类：在线Low-e 镀膜玻璃 第二层玻璃厚度：6(mm) 第二层玻璃校正发射率：0.40 第一气体层气体类型：空气 第一气体层气体厚度：9(mm)

2.1) 普朗特准数P r 计算： 按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009 C.0.2-8 气体的动态粘度μ：0.00001711 kg/(ms) 气体的比热С：1008 J/(kg.K)

气体的热导率λ：0.02416 W/(m.K)

2

按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009 表

D.0.3

=0.00001711*1008/0.02416

=0.714

3.1) 格拉晓夫准数G r 计算： 按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009 C.0.2-7 气体的动态粘度μ：0.00001711 kg/(ms) 气体的密度ρ：1.277 kg/m3 气体平均绝对温度T m ：283 K

气体的间隙前后玻璃表面的温度差ΔT:15 K

气体的间隔层厚度s ：0.009 m

按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009 表D.0.3及

C.0.5

=9.81*0.0093*15*1.2772/(283*0.000017112) =2111.461

4.1) 努塞尔准数N u 计算： 格拉晓夫准数G r ：2111.461 普朗特准数P r ：0.714

A和n 是常数：垂直空间，A=0.035，n=0.38；水平空间，A=0.16，n=0.28；倾斜45度，A=0.1，n=0.31；

(门窗按垂直空间计算)

按照《建筑玻璃应用技术规程》

JGJ113-2009 C.0.2-6

=0.035*(2111.461*0.714)0.38 =0.565

根据标准,N u =0.565≤1,取N u 数值为1.

5.1) 气体导热系数h g 计算： 努塞尔准数N u ：1.000 气体的热导率λ：0.024

气体的间隔层厚度s ：0.009 m

按照《建筑玻璃应用技术规程》

JGJ113-2009 C.0.2-5

=1.000*0.02416/0.009 =2.684

6.1) 气体辐射导热系数h r 计算： 斯蒂芬-波尔兹曼常数σ：5.67*10

间隔层中两表面在平均绝对温度Tm 下的校正发射率ε1、ε2： ε1:0.40 ε2:0.40

平均绝对温度T m ：283 K

按照《建筑玻璃应用技术规程》

JGJ113-2009 C.0.2-4

-8

=4*5.67*10-8*(1/0.40+1/0.40-1)-1*2833

=1.285

7.1) 气体间隔层的导热率h s 计算： 气体辐射导热系数h r ：1.285 气体导热系数h g ：2.684

按照《建筑玻璃应用技术规程》

JGJ113-2009 C.0.2-3

=2.684+1.285 =3.969

8)多层玻璃系统的内部传热系数计算： 气体间隔层的导热率h s :3.969 第一层玻璃的厚度d m ：0.006 m 第二层玻璃的厚度d m ：0.006 m 玻璃的热阻rm ：1 m.K/W

按照《建筑玻璃应用技术规程》

JGJ113-2009 C.0.2-2

=1/3.969+0.006*1+0.006*1 =0.264

多层玻璃系统的内部传热系数h t =3.788 9)玻璃传热系数计算： 玻璃的室外表面换热系数h e ：23.0 玻璃的室内表面换热系数h i ：8.0

多层玻璃系统的内部传热系数h t ：3.788

按照《建筑玻璃应用技术规程》

JGJ113-2009 C.0.2-1

=1/23.0+1/3.788+1/8.0 =0.432

2

结论:玻璃板块1的传热系数U g =2.315 W/(m.K)

2. 【玻璃板块1】传热系数计算: 1) 【玻璃板块1】的基本信息 玻璃板块类型:双层玻璃

2

玻璃板块面积:1.34m 第一层玻璃种类：普通玻璃 第一层玻璃厚度：5(mm) 第一层玻璃校正发射率：0.837 第二层玻璃种类：普通玻璃 第二层玻璃厚度：5(mm) 第二层玻璃校正发射率：0.837 第一气体层气体类型：空气

第一气体层气体厚度：9(mm)

2.1) 普朗特准数P r 计算： 按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009 C.0.2-8 气体的动态粘度μ：0.00001711 kg/(ms) 气体的比热С：1008 J/(kg.K)

气体的热导率λ：0.02416 W/(m.K)

按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009 表

D.0.3

=0.00001711*1008/0.02416

=0.714

3.1) 格拉晓夫准数G r 计算： 按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009 C.0.2-7 气体的动态粘度μ：0.00001711 kg/(ms) 气体的密度ρ：1.277 kg/m3

气体平均绝对温度T m ：283 K

气体的间隙前后玻璃表面的温度差ΔT:15 K

气体的间隔层厚度s ：0.009 m

按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009 表D.0.3及

C.0.5

=9.81*0.0093*15*1.2772/(283*0.000017112) =2111.461

4.1) 努塞尔准数N u 计算：

格拉晓夫准数G r ：2111.461

普朗特准数P r ：0.714

A和n 是常数：垂直空间，A=0.035，n=0.38；水平空间，A=0.16，n=0.28；倾斜45度，A=0.1，n=0.31；

(门窗按垂直空间计算)

按照《建筑玻璃应用技术规程》

JGJ113-2009 C.0.2-6

=0.035*(2111.461*0.714)0.38 =0.565

根据标准,N u =0.565≤1,取N u 数值为1.

5.1) 气体导热系数h g 计算： 努塞尔准数N u ：1.000 气体的热导率λ：0.024

气体的间隔层厚度s ：0.009 m

按照《建筑玻璃应用技术规程》

JGJ113-2009 C.0.2-5

=1.000*0.02416/0.009 =2.684

6.1) 气体辐射导热系数h r 计算： 斯蒂芬-波尔兹曼常数σ：5.67*10-8

间隔层中两表面在平均绝对温度Tm 下的校正发射率ε1、ε2： ε1:0.837 ε2:0.837

平均绝对温度T m ：283 K

按照《建筑玻璃应用技术规程》

JGJ113-2009 C.0.2-4

=4*5.67*10*(1/0.837+1/0.837-1)*283

=3.700

7.1) 气体间隔层的导热率h s 计算： 气体辐射导热系数h r ：3.700

气体导热系数h g ：2.684

按照《建筑玻璃应用技术规程》

JGJ113-2009 C.0.2-3

-8-13

=2.684+3.700 =6.384

8)多层玻璃系统的内部传热系数计算： 气体间隔层的导热率h s :6.384 第一层玻璃的厚度d m ：0.005 m 第二层玻璃的厚度d m ：0.005 m 玻璃的热阻rm ：1 m.K/W

按照《建筑玻璃应用技术规程》

JGJ113-2009 C.0.2-2

=1/6.384+0.005*1+0.005*1 =0.167

多层玻璃系统的内部传热系数h t =5.988 9)玻璃传热系数计算： 玻璃的室外表面换热系数h e ：23.0 玻璃的室内表面换热系数h i ：8.0

多层玻璃系统的内部传热系数h t ：5.988

按照《建筑玻璃应用技术规程》

JGJ113-2009 C.0.2-1

=1/23.0+1/5.988+1/8.0 =0.335

结论:玻璃板块1的传热系数U g =2.985 W/(m2.K)

五、整窗传热系数计算(Ut ) ：

1、整窗面积计算(At ) ：

窗框面积A f =0.560 依据前面的 二.1 窗框面积计算 玻璃面积A g =1.34+1.34 =2.680

A t =ΣAf +ΣAg

=0.560+1.34+1.34 =3.240

2、整窗传热系数计算(Ut ) ：

Ut =(ΣA g *Ug +ΣA f *Uf +Σl ψ*ψ)/At 各玻璃块板的面积：A g (m)

各玻璃块板的传热系数：U g (W/m2.K)

各窗框的面积：A f (m2)

各窗框的传热系数：U f (W/m2.K)

各玻璃块板与窗框相结合边缘的周长：l ψ(m)

2

各玻璃块板与窗框相结合边缘的传热系数：ψ(W/m.K)

Ut =(ΣA g *Ug +ΣA f *Uf +Σl ψ*ψ)/At

=(0.560*4.510+1.34*2.315+1.34*2.985+6.62*0.06+6.62*0.06)/3.240 =3.217

该门窗整窗传热系数3.217 ＞ 该门窗的允许整窗传热系数＝3.0。故该门窗的整窗传热性能不满足要求。

六、太阳能透射比(gt ) 、遮阳系数(Sc ) 计算：

太阳能透射比是指：通过门窗构件成为室内得热量的太阳辐射，与投射到门窗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。 1、窗框的太阳能透射比(gf ) 计算：

1)【隔热铝合金框料】太阳能透射比(gt ) 计算 窗框表面太阳辐射吸收系数αf ：0.4 窗框的传热系数U f ：4.510W/m.K 窗框的外表面积A surf ：0.628m 2 窗框的外投影面积A f ：0.560m 2 窗框的外表面换热系数h out ：19 W/m.K gf =αf *Uf /(Asurf /Af *hout )

=0.4*4.510/(0.628/0.560*19) =0.085

2、玻璃区域的太阳能透射比(gg ) ： 玻璃区域的太阳能透射比g g ：0.45 3、太阳能总透射比(gt ) 计算： 各玻璃板块的面积：A g m2 各玻璃板块的太阳能透射比：g g

2

各窗框外表面投影面积：A f m 各窗框的太阳能透射比：g f 整窗面积：A t

gt =(ΣA f *gf +ΣA g *g g)/At

=(0.560*0.085+1.34*0.45+1.34*0.45)/3.240 =0.387

4、整窗遮阳系数(Sc ) 计算： 整窗遮阳系数：整窗太阳能总透射比与标准3mm 厚透明玻璃的太阳能总透射比的比值。

标准3mm 厚透明玻璃的太阳能总透射比理论值＝0.87 Sc =gt /0.87 =0.387/0.87 =0.445

该类地区的门窗遮阳系数要求≤0.5,0.445≤0.5,因此满足要求。

七、可见光透射比(τt) 计算：

2

2

2

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

2

各玻璃板块的面积：A g (m) 整窗面积：A t (m2)

玻璃可见光透射比：τv ＝0.72

τt =(ΣAg *τv )/At

=(2.680*0.72)/3.240 =0.596

八、结露计算：

在进行建筑门窗产品性能分级时，所采用的标准计算条件如下： 室内环境温度 Tin =20℃ 室外环境温度 Tout =-5℃ 室内相对湿度 RH=30%

室外风速 V=4 m/s

室外平均辐射温度等于室外环境气温 室内平均辐射温度等于室内环境气温 1、室内空气的饱和水蒸汽压(Es ) 计算： 计算公式:Es =E0*10((a*t)/(b+t))

式中：

E0 -- 空气温度为0℃时的饱和水蒸汽压，取E0=6.11 hPa t -- 空气温度，20℃ a、b -- 参数，对于水面（t>0℃），a=7.5，b ＝237.3；对于冰面（t≤0℃），a=9.5，b ＝265.5

Es =E0*10((a*t)/(b+t))

=6.11*10((7.5*20)/(237.3+20)) =23.389

2、在相对湿度f=30%下，空气的水蒸汽压(e)的计算： 空气相对湿度f 为： 30%

室内空气的饱和水蒸汽压(Es ) ：23.389 e=f*Es

=0.30*23.389

=7.017

3、空气结露点温度(Td ) 计算：

Td =b/(a/lg(e/6.11)-1) [注：lg(e/6.11)表示取以10为底，e/6.11的对数。] 式中：

Td -- 空气的结露点温度，℃

e -- 空气的水蒸汽压，hPa a、b -- 参数，对于水面（t>0℃），a=7.5，b ＝237.3；对于冰面（t≤0℃），a=9.5，b ＝265.5

Td =b/(a/lg(e/6.11)-1) [注：lg(e/6.11)表示取以10为底，e/6.11的对数。] =237.3/(7.5/lg(7.017/6.11)-1)

=1.917

4、室内玻璃表面温度(Tpj ) 计算：

1) 玻璃板块：的室内表面温度(Tpj ) 计算： 室内环境温度T in ：20 ℃

室外环境温度T out ：-5 ℃

玻璃传热系数U g ：2.315

玻璃内表面换热系数 hbi = 8.0 W/m2.K

Ug *(Tin -T out )=hbi *(Tin -T pj )

Tpj =Tin -(Tin -T out )*Ug /hbi

=20-(20-(-5))*2.315/8

=12.766

空气结露点温度1.917℃ ＜ 该玻璃板块的玻璃表面温度T pj =12.766℃。该玻璃板块满足结露性能要求。

2) 玻璃板块：的室内表面温度(Tpj ) 计算： 室内环境温度T in ：20 ℃

室外环境温度T out ：-5 ℃

玻璃传热系数U g ：2.985

玻璃内表面换热系数 hbi = 8.0 W/m2.K

Ug *(Tin -T out )=hbi *(Tin -T pj )

Tpj =Tin -(Tin -T out )*Ug /hbi

=20-(20-(-5))*2.985/8

=10.672

空气结露点温度1.917℃ ＜ 该玻璃板块的玻璃表面温度T pj =10.672℃。该玻璃板块满足结露性能要求。

5、窗框部分结露性能计算：

1) 窗框：结露计算： 室内环境温度T in ：20 ℃

室外环境温度T out ：-5 ℃

窗框传热系数U g ：4.510

窗框内表面换热系数 hbi = 8.0 W/m.K

Ug *(Tin -T out )=hbi *(Tin -T pj )

Tpj =Tin -(Tin -T out )*Ug /hbi

=20-(20-(-5))*4.510/8

=5.906

空气结露点温度1.917℃ ＜ 该窗框的窗框表面温度T pj =5.906℃。该窗框满足结露性能要求。 2