毕业设计凤铝铝材建筑门窗热工性能计算书.docx
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毕业设计凤铝铝材建筑门窗热工性能计算书
凤铝铝材
建筑门窗热工性能计算书
项目编号:
计算人:
审核人:
设计单位:
创建时间:
2015年5月8日
计算软件:
粤建科®MQMC建筑幕墙门窗热工性能计算软件
软件版本:
2010正式版
软件开发单位:
广东省建筑科学研究院
1概述
1.1工程概况
工程名称
凤铝铝材
工程地址
施工单位
设计单位
建设单位
总建筑面积
㎡
建筑高度
m
1.2本工程热工性能计算项目
(1)玻璃系统光学热工性能计算;
(2)框二维传热有限元分析计算;
(3)门窗单元热工性能计算;
2计算依据
2.1相关标准及参考文件
《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T151-2008;
《民用建筑热工设计规范》GB50176-1993等。
2.2计算软件
《粤建科®MQMC建筑幕墙门窗热工性能计算软件》2010正式版
3计算边界条件
3.1工程所在地气象参数
表3.1-1工程所在地气象参数
城市名称
——
北纬
——
东经
——
海拔
——
冬季室外平均温度
——
冬季室内平均温度
——
冬季室外平均风速
——
夏季室外平均温度
——
夏季室内平均温度
——
夏季室外平均风速
——
太阳平均辐射照度
——
3.2热工性能计算边界条件
表3.2-1计算边界条件
冬季标准计算条件
夏季标准计算条件
室内空气温度Tin
20.0℃
室内空气温度Tin
25.0℃
室外空气温度Tout
-20.0℃
室外空气温度Tout
30.0℃
室内对流换热系数hc,in
3.60W/(m2•K)
室内对流换热系数hc,in
2.50W/(m2•K)
室外对流换热系数hc,out
16.00W/(m2•K)
室外对流换热系数hc,out
16.00W/(m2•K)
室内平均辐射温度Trm,in
20.0℃
室内平均辐射温度Trm,in
25.0℃
室外平均辐射温度Trm,out
-20.0℃
室外平均辐射温度Trm,out
30.0℃
太阳辐射照度Is
0.00W/m2
太阳辐射照度Is
500.00W/m2
3.3结露性能计算边界条件
依据《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》(JGJ/T151-2008)(以下简称“JGJ/T151”)结露性能评价与计算,采用以下标准计算条件:
(1)室内环境温度:
20℃;
(2)室内环境湿度:
30%,60%;
(3)室外环境温度:
0℃,-10℃,-20℃;
(4)室外对流换热系数:
20W/(㎡.K)。
4门窗设计概况
4.1门窗单元设计介绍
(无)
4.2门窗标准节点设计
(无)
4.3门窗材料物理性能
(无)
4.3.1门窗玻璃
(无)
4.3.2铝型材
(无)
4.3.3遮阳措施
(无)
5玻璃光学热工性能计算
5.1玻璃光学热工性能计算一般规定
单片玻璃(包括其他透明材料,下同)的光学、热工性能应根据测定的单片玻璃光谱数据进行计算。
测定的单片玻璃光谱数据应包括其各个光谱段的透射率、前反射率和后反射率,光谱范围应至少覆盖300~2500nm波长范围,不同波长范围的数据间隔应满足下列要求:
(1)波长为300~400nm时,数据点间隔不应超过5nm;
(2)波长为400~1000nm时,数据点间隔不应超过10nm;
(3)波长为1000~2500nm时,数据点间隔不应超过50nm。
5.2玻璃光学热工性能计算原理
5.2.1单片玻璃光学热工性能
(1)单片玻璃的可见光透射比τV应按下式计算:
(5.2.1-1)
式中Dλ——D65标准光源的相对光谱功率分布,见JGJ/T151附录D;
τ(λ)——玻璃透射比的光谱数据;
V(λ)——人眼的视见函数,见JGJ/T151附录D。
(2)单片玻璃的可见光反射比
应按下式计算:
(5.2.1-2)
式中ρ(λ)——玻璃反射比的光谱数据。
(3)单片玻璃的太阳光直接透射比
应按下式计算:
(5.2.1-3)
式中τ(λ)——玻璃透射比的光谱;
S(λ)——标准太阳光谱,见JGJ/T151附录D。
(4)单片玻璃的太阳光直接反射比ρS应按下式计算:
(5.2.1-4)
式中ρ(λ)——玻璃反射比的光谱。
(5)单片玻璃的太阳光总透射比g应按下式计算:
(5.2.1-5)
式中hin——玻璃室内表面换热系数[W/(m2K)];
hout——玻璃室外表面换热系数[W/(m2K)];
αs——单片玻璃的太阳光直接吸收比。
(6)单片玻璃的太阳辐射吸收系数As应按下式计算:
(5.2.1-6)
式中τs——单片玻璃的太阳光直接透射比;
ρs——单片玻璃的太阳光直接反射比。
(7)单片玻璃的遮阳系数SCcg应按下式计算:
(5.2.1-7)
式中g——单片玻璃的太阳光总透射比。
5.2.2多层玻璃光学热工性能
(1)太阳光透过多层玻璃系统的计算应采用如下通用计算模型(图5.2.2-1):
图5.2.2-1玻璃层的吸收率和太阳光透射比
一个具有n层玻璃的系统,系统分为n+1个气体间层,最外层为室外环境(i=1),内层为室内环境(i=n+1)。
对于波长λ的太阳光,系统的光学分析应以第i-1层和第i层玻璃之间辐射能量
和
建立能量平衡方程,其中角标“+”和“-”分别表示辐射流向室外和流向室内。
图5.2.2-2多层玻璃体系中太阳辐射热的分析
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:
(5.2.2-1)
(5.2.2-2)
当i=n+1时:
(5.2.2-3)
(5.2.2-4)
当i=2~n时:
i=2~n(5.2.2-5)
i=2~n(5.2.2-6)
利用线性方程组计算各个气体层的I-i(λ)和I+i(λ)值。
传向室内的直接透射比应按下式计算:
(5.2.2-7)
反射到室外的直接反射比应按下式计算:
(5.2.2-8)
第i层玻璃的太阳辐射吸收比Ai(λ)应按下式计算:
(5.2.2-9)
(2)对整个太阳光谱进行数值积分,应按下列公式计算得到第i层玻璃吸收的太阳辐射热流密度Si:
(5.2.2-10)
(5.2.2-11)
式中Ai——太阳辐射照射到玻璃系统时,第i层玻璃的太阳辐射吸收比。
(3)多层玻璃的可见光透射比应按公式(5.2.1-1)计算,可见光反射比应按公式(5.2.1-2)计计算。
(4)多层玻璃的太阳光直接透射比应按公式(5.2.1-3)计算,太阳光直接反射比应按公式(5.2.1-4)计算。
5.2.3玻璃系统的热工参数
(1)计算玻璃系统的传热系数时,应采用简单的模拟环境条件,仅考虑室内外温差,没有太阳辐射,应按下式计算:
(5.2.3-1)
(5.2.3-2)
式中
(Is=0)——没有太阳辐射热时,通过玻璃系统传向室内的净热流(W/m2);
——室外环境温度(K);
——室内环境温度(K)。
1)玻璃系统的传热阻Rt应为各层玻璃、气体间层、内外表面换热阻之和,应按下列公式计算:
(5.2.3-3)
(5.2.3-4)
i=2~n(5.2.3-5)
式中Rg,i——第i层玻璃的固体热阻;
Ri——第i层气体间层的热阻;
、
——第i层气体间层的外表面和内表面温度;
qi——第i层气体间层的热流密度。
2)环境温度应是周围空气温度Tair和平均辐射温度Trm的加权平均值,应按下式计算:
(5.2.3-6)
式中
和
应按本规程第10章的规定计算。
(2)玻璃系统的遮阳系数的计算应符合下列规定:
1)各层玻璃室外侧方向的热阻应按下式计算:
(5.2.3-7)
式中Rg,i——第i层玻璃的固体热阻[(m2K)/W];
Rg,k——第k层玻璃的固体热阻[(m2K)/W];
Rk——第k层气体间层的热阻[(m2K)/W]。
2)各层玻璃向室内的二次传热应按下式计算:
(5.2.3-8)
3)玻璃系统的太阳光总透射比应按下式计算:
(5.2.3-9)
4)玻璃系统的遮阳系数应公式(5.2.1-7)计算。
5.3玻璃光学热工性能计算
采用《粤建科®MQMC建筑幕墙门窗热工性能计算软件》2010正式版中的玻璃光学热工计算模块对本项目的所采用的玻璃系统进行光学热工性能计算,计算内容包括玻璃光谱分布、玻璃色系坐标参数、玻璃系统光学热工性能参数等。
编号
名称
U
SC
τ
倾角
1
5Low+9+5+9+5
1.444
0.326
0.341
90
说明:
U——面板传热系数(W/(㎡·K));
τ——面板的可见光透射比;
SC——面板遮阳系数;
倾角——单位:
°;
6门窗框传热计算
6.1门窗框节点选取
(无)
6.2框传热计算原理
(1)框的传热系数Uf应在计算窗的某一框截面的二维热传导的基础上获得;
(2)在框的计算截面中,应用一块导热系数λ=0.03[W/(mK)]的板材替代实际的玻璃(或其他镶嵌板),板材的厚度等于所替代面板的厚度,嵌入框的深度按照实际尺寸,可见部分的板材宽度bp不应小于200mm(图6.2.1);
图6.2.1框传热系数计算模型示意图
(3)在室内外计算条件下,用二维热传导计算软件计算流过图示截面的热流qw,并应按下式整理:
(6.2-1)
(6.2-2)
(6.2-3)
式中Uf——框的传热系数[W/(m2K)];
Lf2D——框截面整体的线传热系数[W/(mK)];
Up——板材的传热系数[W/(m2K)];
bf——框的投影宽度(m);
bp——板材可见部分的宽度(m);
Tn,in——室内环境温度(K);
Tn,out——室外环境温度(K)。
(4)用实际的玻璃系统(或其他镶嵌板)替代导热系数λ=0.03W/(mK)的板材,其他尺寸不改变(图6.2.2);
bg≥200mm
图6.2.2框与面板接缝传热系数计算模型示意图
(5)用二维热传导计算程序,计算在室内外标准条件下流过图示截面的热流qψ,qψ应按下式整理:
(6.2-4)
(6.2-5)
(6.2-6)
式中ψ——框与玻璃(或其他镶嵌板)接缝的线传热系数[W/(mK)];
Lψ2D——框截面整体线传热系数[W/(mK)];
Ug——玻璃的传热系数[W/(m2K)];
bg——玻璃可见部分的宽度(m)。
Tn,in——室内环境温度(K);
Tn,out——室外环境温度(K)。
7门窗热工性能计算
7.1整樘窗热工计算原理
(1)整樘窗的传热系数应按下式计算:
(7.1.1)
式中Ut——整樘窗的传热系数[W/(m2K)];
Ag——窗玻璃(或者其他镶嵌板)面积(m2);
Af——窗框面积(m2);
At——窗面积(m2);
lψ——玻璃区域(或者其他镶嵌板区域)的边缘长度(m);
Ug——窗玻璃(或者其他镶嵌板)的传热系数[W/(m2K)];
Uf——窗框的传热系数[W/(m2K)];
ψ——窗框和窗玻璃(或者其他镶嵌板)之间的线传热系数[W/(mK)]。
(2)整樘窗的太阳光总透射比应按下式计算:
(7.1.2)
式中gt——整樘窗的太阳光总透射比;
Ag——窗玻璃(或其他镶嵌板)面积(m2);
Af——窗框面积(m2);
gg——窗玻璃(或其他镶嵌板)区域太阳光总透射比;
gf——窗框太阳光总透射比;
At——窗面积(m2)。
(3)整樘窗的遮阳系数应按下式计算:
(7.1.3)
式中SC——整樘窗的遮阳系数;
gt——整樘窗的太阳光总透射比。
(4)整樘窗的可见光透射比应按下式计算:
(7.1.4)
式中τt——整樘窗的可见光透射比;
τv——窗玻璃(或其他镶嵌板)的可见光透射比;
Ag——窗玻璃(或其他镶嵌板)面积(m2);
At——窗面积(m2)。
7.2门窗热工性能计算
7.2.1东朝向门窗
名称
总数n
Ut
SC
τt
nAt
UtAt
SCAt
τtAt
GPGR651
1
2.190
0.248
0.245
2.103
4.605
0.521
0.516
∑
1
—
—
—
2.103
4.605
0.521
0.516
说明:
Ut——窗传热系数(W/(㎡·K));
SC——窗的遮阳系数;
τt——窗的可见光透射比;
At——窗的总面积(㎡);
nAt——n个窗的总面积(㎡);
①该朝向的窗传热系数为:
=4.605/2.103
=2.190W/(㎡·K)
②该朝向的窗遮阳系数为:
=0.521/2.103
=0.248
③该朝向的窗可见光透射比为:
=0.516/2.103
=0.245
7.2.1.1GPGR651热工性能计算
7.2.1.1.1门窗设计
7.2.1.1.1-1门窗面板标记效果图
7.2.1.1.2透明面板(玻璃)光学热工性能计算
编号
名称
A
g
U
SC
τ
倾角
1
5Low+9+5+9+5
0.341
0.283
1.444
0.326
0.341
90
2
5Low+9+5+9+5
0.625
0.283
1.444
0.326
0.341
90
3
5Low+9+5+9+5
0.548
0.283
1.444
0.326
0.341
90
说明:
A——玻璃或透明面板面积(㎡);
g——玻璃或透明面板的太阳光总透射比;
U——玻璃或透明面板传热系数(W/(㎡·K));
SC——玻璃或透明面板的遮阳系数;
τ——玻璃或透明面板的可见光透射比;
倾角——单位:
°;
7.2.1.1.3框传热计算结果
7.2.1.1.1-2门窗框标记效果图
编号
名称
A
g
U
GD
l1
l2
ψ1
ψ2
1
中横框-左
0.077
0.032
3.261
1
0.576
0.674
0.068
0.068
2
左边框=下
0.095
0.050
2.897
4
0.951
0.000
0.061
0.061
3
下框-左
0.060
0.049
2.820
1
0.576
0.000
0.058
0.058
4
中竖框-下
0.118
0.034
3.426
4
0.951
1.013
0.068
0.068
5
中横框-右
0.049
0.031
3.267
1
0.674
0.617
0.075
0.075
6
上边框-右
0.016
0.049
2.939
4
0.263
0.000
0.062
0.062
7
上框
0.071
0.045
2.674
1
1.348
0.000
0.063
0.063
8
上边框-左
0.015
0.050
3.006
4
0.242
0.000
0.064
0.064
9
下框-右
0.034
0.045
2.679
1
0.617
0.000
0.065
0.065
10
下边框-右
0.054
0.049
2.939
4
1.013
0.000
0.062
0.062
说明:
A——框的面积(㎡);
g——框的太阳光总透射比;
U——框的传热系数(W/(㎡·K));
l1、l2——框的节点线传热长度1(m);
ψ1、ψ2——框的线传热系数(W/(m·K));
GD——重力方向:
0为上,1为下,2为左,3为右,4为屏幕向里,5为屏幕向外;
7.2.1.1.5门窗的计算过程与结果
(1)透明面板(玻璃)计算参数列表
编号
Ug
gg
τg
Ag
UgAg
ggAg
τgAg
倾角
1
1.444
0.283
0.341
0.341
0.492
0.096
0.116
90
2
1.444
0.283
0.341
0.625
0.903
0.177
0.213
90
3
1.444
0.283
0.341
0.548
0.791
0.155
0.187
90
∑
—
—
—
1.514
2.186
0.429
0.516
—
说明:
Ug——玻璃或透明面板传热系数(W/(㎡·K));
gg——玻璃或透明面板的太阳光总透射比;
τg——玻璃或透明面板的可见光透射比;
Ag——玻璃或透明面板面积(㎡);
倾角——单位:
°;
(2)框计算参数列表
编号
Uf
gf
Af
UfAf
gfAf
GD
ψ1
l1
ψ2
l2
ψl
1
3.261
0.032
0.077
0.250
0.002
1
0.068
0.576
0.068
0.674
0.085
2
2.897
0.050
0.095
0.274
0.005
4
0.061
0.951
0.061
0.000
0.058
3
2.820
0.049
0.060
0.169
0.003
1
0.058
0.576
0.058
0.000
0.033
4
3.426
0.034
0.118
0.404
0.004
4
0.068
0.951
0.068
1.013
0.134
5
3.267
0.031
0.049
0.162
0.002
1
0.075
0.674
0.075
0.617
0.097
6
2.939
0.049
0.016
0.046
0.001
4
0.062
0.263
0.062
0.000
0.016
7
2.674
0.045
0.071
0.191
0.003
1
0.063
1.348
0.063
0.000
0.085
8
3.006
0.050
0.015
0.045
0.001
4
0.064
0.242
0.064
0.000
0.015
9
2.679
0.045
0.034
0.092
0.002
1
0.065
0.617
0.065
0.000
0.040
10
2.939
0.049
0.054
0.158
0.003
4
0.062
1.013
0.062
0.000
0.063
∑
—
—
0.589
1.791
0.024
—
—
—
—
—
0.628
说明:
Af——框的面积(㎡);
gf——框的太阳光总透射比;
Uf——框的传热系数(W/(㎡·K));
l1、l2——框的节点线传热长度1(m);
ψ1、ψ2——框的线传热系数(W/(m·K));
GD——重力方向:
0为上,1为下,2为左,3为右,4为屏幕向里,5为屏幕向外;
(3)结果
①传热系数
=(2.186+1.791+0.628)/(1.514+0.589)
=2.190W/(㎡·K)
②太阳光总透射比
=(0.429+0.024)/2.103
=0.216
③遮阳系数
=0.216/0.87
=0.248
④可见光透射比
=0.516/2.103
=0.245
⑤整个窗的总面积:
2.10㎡
⑥本窗的框总面积:
0.59㎡
⑦本窗的框窗比例:
0.3%
8门窗结露性能计算
8.1门窗结露性能计算原理
8.1.1一般规定
(1)门窗的结露性能评价指标,应采用各个部件内表面温度最低的10%面积所对应的最高温度值(T10)。
(2)在进行门窗结露计算时,计算节点应包括所有的框、面板边缘以及面板中部。
(3)采用《粤建科®MQMC建筑幕墙门窗热工性能计算软件》2010正式版二维稳态传热计算功能模块进行典型节点的内表面温度计算。
门窗所有典型节点均应进行计算。
8.1.2结露性能计算
(1)空气的露点温度可按下式计算:
(8.1.2-1)
式中Td——空气的露点温度(℃);
e——空气的水蒸汽压(hPa);
a、b——参数,a=7.5,b=237.3。
(2)采用下式计算结露性能评价指标T10,min:
(8.1.2-2)
式中T10,min——产品的结露性能评价指标(℃);
Tin,std——结露性能计算时对应的室内标准温度(℃);
Tout,std——结露性能计算时对应的室外标准温度(℃);
Tin——实际工程对应的室内计算温度(℃);
Tout——实际工程对应的室外计算温度(℃);
Td——室内设计环境条件对应的露点温度(℃)。
8.2门窗结露性能计算
(无)
9门窗热工性能汇总
9.1本工程建筑节能设计对门窗热工性能要求
(无)
9.2门窗热工性能汇总表
(1)面板计算结果汇总表
编号
名称
U
SC
τ
倾角
1
5Low+9+5+9+5
1.444
0.326
0.341
90
说明:
U——面板传热系数(W/(㎡·K));
τ——面板的可见光透射比;
SC——面板遮阳系数;
倾角——单位:
°;
(2)各朝向门窗热工计算结果汇总表
编号
名称
A
U
SC
τ
1
东朝向门窗
2.103
2.190
0.248
0.245
说明:
U——整个朝向的传热系数(W/(㎡·K));
A——整个朝向的面积(㎡);
τ——整个朝向的的可见光透射比;
SC——整个朝向的遮阳系数;
(3)幅面结露计算结果汇总表
(无)
10结论
(无)
附件A框二维传热计算图
附件A-1中横框-左
传热系数UW/(㎡·K)
太阳光总透射比g
重力方向
框投影长度mm
线传热系数W/(m·K)
3.261
0.032
向下
113.401
0.068
中横框-左温度线图
中横框-左温度场图
附件A-2左边框=下
传热系数UW/(㎡·K)
太阳光总透射比g
重力方向
框投影长度
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