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建筑幕墻節(jié)能設計計算及應用

2012-05-23 10:11:05 作者:蘇永偉來源: 【大中小】我要評論（0）

At = 1150×4040/1000000=4.646m²

3.2 材料熱工參數

1、玻璃: TP6(雙銀Low-E)+12(氬氣)+6中空玻璃

K值：1.398W/(m²·K);遮陽系數Sc=0.458;太陽光透射比τv=0.398

2、幕墻框

通過在Therm5.2中建立模型，計算得

幕墻立柱的K值:5.54 W/(m²·K)

幕墻橫框的K值:7.14 W/(m²·K)

3.3 幕墻傳熱系數校核

=（4.061×1.398+0.2828×5.54+0.3024×7.14）/4.646

=2.024 W/m².K

顯然滿足規(guī)范的要求（2.1 W/m².K）；因此該幕墻設計滿足規(guī)范節(jié)能設計的要求。

普通240mm磚墻，經計算其傳熱系數K值約為2.7w/m².K,中空透明玻璃6mm+12A+6mm

其傳熱系數K值約為3.2w/m².K, 中空Low-e玻璃6mm+12A+6mm

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根據ISO15099得到以下公式:

Ut＝(∑UfAf+∑UgAg)/ At

Ut—板塊傳熱系數,W/(m²×K)

Uf—框的傳熱系數,W/(m²×K)

Ug—玻璃中心的傳熱系數,W/(m²×K)

Af—框的面積,m²

Ag—玻璃中心的面積,m²

At—板塊的面積, m²

3.1 面積計算

Ag=4.646-0.2828-0.3024=4.061m²

提要：隨著節(jié)能時代的到來，建筑幕墻作為建筑的外圍護結構，其熱工性能要求越來越高。本文針對具體項目介紹在實際工程中幕墻熱工計算的設計應用。
關鍵詞：建筑幕墻；熱工性能；幕墻設計

　　現代建筑大量采用玻璃幕墻，由于幕墻采光部位只有一層玻璃（或中空玻璃）和龍骨隔絕室內外，幕墻建筑往往成為能耗大戶。隨著當前建筑對節(jié)能環(huán)保性能要求的提高，玻璃幕墻做為建筑物的外圍護結構其熱工性能也有了更高的要求。因此如何分析計算幕墻的熱工性能成在幕墻系統(tǒng)設計中必須要考慮的問題。幕墻的熱工性能以其傳熱系數K值來衡量，K值越低幕墻的保溫性能越好。
　　下面針對一項具體工程項目介紹幕墻熱工性能K值的計算過程及方法。
　　1 建筑物氣候分區(qū)
　　首先我們需要了解項目概況，建筑物所處地理位置，當地的氣候條件如何，建筑物的朝向及用途。根據建筑物所在地依據規(guī)范《公共建筑節(jié)能設計標準》確定其氣候分區(qū)，如果表格里面沒有工程所在的城市，請參照臨近城市取用。

主要城市所處氣候分區(qū)

氣候分區(qū)

代表城市

嚴寒地區(qū)A區(qū)

海倫、博克圖、伊春、呼瑪、海拉爾、滿洲里、齊齊哈爾、富錦、哈爾濱、牡丹江、克拉瑪依

嚴寒地區(qū)B區(qū)

長春、烏魯木齊、延吉、通遼、通化、四平、呼和浩特、撫順、大柴旦、沈陽、大同、本溪、阜新、哈密、鞍山、張家口、酒泉、伊寧

寒冷地區(qū)

蘭州、太原、唐山、阿壩、喀什、北京、天津、大連、陽泉、平涼、石家莊、德州、晉城、天水、西安、拉薩、康定、濟南、青島

夏熱冬冷地區(qū)

南京、蚌埠、鹽城、南通、合肥、九江、武漢、黃石、岳陽、漢中、安康、上海、杭州、寧波、宜昌、長沙、南昌、株洲、零陵、贛州、韶關、桂林、重慶、

夏熱冬暖地區(qū)

福州、莆田、龍巖、梅州、興寧、英德、河池、柳州、賀州、泉州、廈門、廣州、深圳、湛江、汕頭、海口、南寧、北海、梧州

　　例如某工程位于大同市，建筑的氣候分區(qū)為：嚴寒地區(qū)B區(qū)。
　　2 建筑物的熱工性能最低要求
　　根據建筑所處城市的建筑氣候分區(qū)，圍護結構的熱工性能應分別符合規(guī)范中的具體規(guī)定。
　　如嚴寒地區(qū)B區(qū)圍護結構的熱工性能應分別符合下表規(guī)定

嚴寒地區(qū)B區(qū)圍護結構傳熱系數限值

圍護結構部位

體型系數≤0.3

傳熱系數 KW/(m²·K)

0.3＜體型系數≤0.4

傳熱系數KW/(m²·K)

屋面

≤0.45

≤0.35

外墻(包括非透明幕墻)

≤0.50

≤0.45

底面接觸室外空氣的架空或外挑樓板

≤0.50

≤0.45

非采暖房間與采暖房間的隔墻或樓板

≤0.8

單一朝向外窗(包括透明幕墻)

窗墻面積比≤0.2.

≤3.2

≤2.8

0.2＜窗墻面積比≤0.3

≤2.9

≤2.5

0.3＜窗墻面積比≤0.4

≤2.6

≤2.2

0.4＜窗墻面積比≤0.5

≤2.1

≤1.8

0.5＜窗墻面積比≤0.7

≤1.8

≤1.6

屋頂透明部分

≤2.6

　　2.1 確定建筑物各朝向窗墻比

北：0.45 東：0.45 西：0.45 南：0.45
　　計算過程如下：

　　體形系數的計算：S=建筑物外表面積／建筑物體積
　　2.2 確定建筑物的體形系數
　　a 建筑物體積：

朝向

外墻面

窗(窗+幕墻)

窗墻比

北

5600

2400

0.43

東

2000

4000

1000

1800

0.45

西

2000

800

南

5300

2300

0.43

總體

14900

6500

0.44

　　b 建筑物外表面積：

面積（㎡）

高度（米）

體積（m³）

地下1層

15650

0.6

9390

1層

20269

5.4

109452.6

2層

20269

4.2

85129.8

3層

19116

4.2

80287.2

小計

352887.6

c 體型系數：32955/352887.6=0.1

2.3 建筑物的熱工性能最低要求

依據規(guī)范《公共建筑節(jié)能設計標準》中的規(guī)定確定建筑物的外圍護結構的傳熱系數K應≤2.1 KW/(m²·K)，方可滿足規(guī)范要求。

3 選取具體分格計算

該計算采用加權平均計算，幕墻框的計算應用計算機有限元模擬傳熱分析，所用軟件為美國勞倫斯伯克利國家實驗室開發(fā)的Therm5.2.

標準板塊分格見圖示意

幕墻按近似矩形計算，在每層透明部分中，1150 mm×4040 mm板塊占大部分，故選此板塊作為典型板塊，該板塊橫梁寬70 mm，立柱寬70 mm

。

周長（米）

高度（米）

表面積（㎡）

地下1層

821

0.6

492.6

1層

1845

5.4

9963

2層

1845

4.2

7749

3層

1745

4.2

7329

小計

32955

Af1=4040×1×70/1000000=0.2828m²

Af2=(1150-70)×4×70/1000000=0.3024 m²

其傳熱系數K值約為2.0w/m².K，普通非隔熱明框幕墻，采用中空透明玻璃6mm

+12A+6mm

其傳熱系數K值約為3.3w/m².K左右, 隔熱明框幕墻，采用中空透明玻璃6mm

+12A+6mm其傳熱系數K值約為3.0w/m².K左右,若采用中空Low-e玻璃6mm+12A+6mm

，其傳熱系數K值約為2.3w/m².K。由此可見，采用隔熱幕墻系統(tǒng)節(jié)能效果非常明顯，值得推廣。

　　參考文獻
　　[1] GB50176-93《民用建筑熱工設計規(guī)范》
　　[2] GB50189-2005《公共建筑節(jié)能設計標準》
　　[3] JGJ 113-2003《建筑玻璃應用技術規(guī)程》
　　[4] ISO 10077-1:2000-07;Thermal performance of windows, doors and shutters. Calculation of thermal transmittance. Part 1: Simplified method.
　　[5] ISO 15099:2003; Thermal performance of window, doors and shading devices-Detailed calculations.
　　注：本文作者蘇永偉男 1980.9出生工學學士工程師

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