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双层玻璃幕墙空腔热阻和遮阳系数计算


双层玻璃幕墙热工计算

1.双层玻璃幕墙传热系数应按封闭状态和通风状态取值。 2.封闭状态:
2.1 当玻璃幕墙开口完全闭合时,空腔内空气间层热阻取(m2·K/W) : >=10 4<del T<10 <=4 夏季室内外温差 竖向空气流 冬季室内外温差 竖向空气流 0.18 >=2 0.22 0.19 0.2 <=

2 0.23

2.2 双层幕墙传热系数 KCW,D 计算公式:

KCW , D ?

1 1 1 - Rse ? Rs - Rsi ? K cw,e K cw,i
1

(2-1)

K cw,e ?

Rsi ? ? Rcw,e ? Rse 1 Rsi ? ? Rcw,i ? Rse

(2-2)

K cw,i ?

(2-3)

式中 Kcw,e——外层幕墙的传热系数(W/m2·K); Rse——幕墙外表面的换热阻值,取 Rse=0.04(m2·K/W); Rs——空气间层热阻值(m2·K/W); Rsi — — 幕 墙 内 表 面 换 热 阻 值 , 透 明 部 分 取 Rsi=0.13(m2 · K/W), 非 透 明 部 分 取 Rsi=0.11(m2·K/W); Kcw,i——内层幕墙的传热系数(W/m2·K)。 其中,外层幕墙平均热阻值∑Rcw,e 和内层幕墙平均热阻值∑Rcw,i 均可按下式分别计算:

? Rcw ?

A0 ? AB1 ? AB 2 K0 A0 ? K B1 AB1 ? K B 2 AB 2

(2-4)

式中∑Rcw——外层、内层幕墙平均热阻(m2·K/W); K0——幕墙面板传热系数(W/m2·K); KB1——横龙骨传热系数(W/m2·K); KB2——竖龙骨传热系数(W/m2·K); A0——幕墙面板面积(m2);

AB1——幕墙单元中横龙骨投影面积(m2); AB2——幕墙单元中竖龙骨投影面积(m2)。

3.通风状态:
3.1 当玻璃幕墙开口开启时,空气间层的热阻应根据开口面积与高度的比值不同,按不同的 公式计算得出。 当 0<开口面积与高度的比 X<0.0125 m2/m 时,空气间层热阻按下式估算 Rs=-3.0606X+0.1804 当开口面积与高度的比 X>0.0125 m2/m 时,空气间层热阻按下式估算 Rs=-0.5506X+0.133 3.2 双层幕墙传热系数 KCW,D 按式(2-1)到(2-4)计算。 (3-2) (3-1)

4. 遮阳系数按下式计算:
SC=SC1·SC2·SDH·SDV·SD SDH=abPF +bnPF+1 SDV=aVPF2+bVPF+1
PF= A B
2

(4-1)

式中 SC ——总遮阳系数; SC1——外层幕墙遮阳系数; SC2——内层幕墙遮阳系数; SDH——水平遮阳板夏季外遮阳系数; SDV——垂直遮阳板夏季外遮阳系数; SD ——百叶完全闭合时遮阳系数。 PF ——遮阳板外挑系数,当计算值 PF>1 时,取 PF=1; A ——遮阳板外挑长度,按《公共建筑节能设计标准》GB50189 的规定采用; B ——遮阳板根部到幕墙透明部分对边的距离,按《公共建筑节能设计标准》GB50189 的规定采用。 其中:ab、bn、av、bv 为计算系数,按《公共建筑节能设计标准》GB50189 的规定采用。

说明部分:
封闭状态下空气层传热由自然对流部分和辐射传热部分组成, 两者可分别遵从 《建筑门窗玻 璃幕墙热工计算规程》的计算方法。传热量与玻璃温度(差)有关。而玻璃温度差与室内外 的温度差、以及内层中空玻璃的 U 值相关。比如,夏季中空玻璃 U 值取 2W/m2*K,玻璃温 度差可估算为室内外温度差的 0.264 倍 (=0.18/(0.125+0.18+[1/2-0.125])。当间层厚度大于 100mm 时,厚度对热阻影响不大。 空气间层通风状态下,热阻受到通风量的影响。通风量与间层内外的温度有关。在《建筑门 窗玻璃幕墙热工计算规程》 中给出的通风情况下传热计算中需要给出通风量, 由通风量可以 推算出空腔内空气层的平均温度 Tgab,出口空气温度 Tout,通风间层的平均速度 Vi,通风间 层的换热系数 hcv 等。但仅在热压下的通风量除了 cfd 模拟外没有有效方法可以得出。而在 《暖通空调》 中给出了热压下的流量的计算公式, 可以由空腔内空气层的平均温度计算得到 流量,通过两组公式的联立,可以计算出通风工况下的传热系数。多个研究表明,间层开口 很小时,开口对传热性能影响很大,当开口增大到一定程度后,开口影响不大。

附件:

2.1.封闭状态下空气层热阻按以下方法计算 封闭空气间层自然对流传热
Nu ? ( Nu1, Nu 2) max Nu1 ? 0.0673838Ra 3 ( Ra ? 5 ?104 ) Nu1 ? 0.028154 Ra 0.4134 (104 ? Ra ? 5 ?104 ) Nu1 ? 1 ? 1.7596678 ?10?10 Ra 2.2984755 ( Ra ? 104 ) Nu2 ? 0.242( Ra 0.272 ) Ag ,i
1

? 2 ? d 3 ? G ? ? ? c p ? ?T Ra ? ? ?? ??
1 Tm H d g ,i

Ag ,i =

并根据 cfd 模拟的经验以及对热阻的估算,假定中空玻璃的外层面对空腔层的玻璃温度 Tb,i 为 32℃,室外层玻璃温度 Tb,o 为 35℃,其它的参数设为:高度 H 为 4m,宽度 L 为 3m,空 腔距离 d 为 0.1m,由此可计算出自然对流的传热系数 hc 为 1.10W/m2*K 左右。

封闭空气间层辐射传热
同样采用《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》的公式 1 1 hr ? 4? ( ? ? 1) ? Tm3

?1

?2

空腔两侧的玻璃面向空腔层的发射率均设为 0.8,其它参数与自然对流中的取值相同,由此 计算得到的结果为辐射传热系数 hr 为 4.35W/m2*K 左右。 可看出封闭状态下辐射换热占主要 部分。 由上述两部分得到, 空腔的总热阻为 1/(hc+hr)=0.183m2*K/W, 并且通过改变幕墙尺寸的计算 结果来看, 幕墙尺寸对非通风工况下空腔总热阻的影响非常的小, 因此我们建议在双层玻璃 2 幕墙非通风时,空腔总热阻取 0.18m *K/W。

3.1 通风状态下空气间层的热阻按以下方法计算
Tgab (h) ? Tav ? (Tav ? Tgab ,in ) ? e Tav ? (Tb ? T f ) / 2 Ho ?
? h Ho

? ? cp ? d
2 ? hcv

?V

Tgab ? Tav ?

Ho (Tgab ,out ? Tgab ,in ) H

qv ? ? ? cp ? ?v (Tgab,in ? Tgab,out )
hcv ? 2hc ? 4Vi Vi ?

?v
d ?L

在 《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》 中给出的通风情况下传热计算中需要给出通风量, 由通风量可以推算出空腔内空气层的平均温度 Tgab,出口空气温度 Tout,通风间层的平均速 度 Vi,通风间层的换热系数 hcv 等。但仅在热压下的通风量除了 cfd 模拟外没有有效方法可 以得出。而在《暖通空调》中给出了热压下的流量的计算公式,可以由空腔内空气层的平均 温度计算得到流量,通过两组公式的联立,可以计算出通风工况下的传热系数。

V1 ? u1 * A1

2 ?P 1

?1

1 1 ?P ? ) 1 ? K s h1 ( T0 Ti

[2]

计算参数中除了采用非通风工况下的温度与幕墙尺寸外,还假设了中和面高度 h 为幕墙 高度的一半(在进口和出口面积相等的情况下基本合理) ,阻力系数为 1.05。 计算结果如下:

由结果我们可以得出,即使在完全通风工况下(上海规范中>1500mm2/m)空腔的总热阻 也是不能忽视的。 并且我们注意到在开口面积刚开始增大时空腔热阻的线性比较明显, 因此 2 我们建议对通风工况下的热阻进行分段处理,在开口面积为 0~0.0125m /m 时,采用公式 y=-3.0606x+0.1804,在开口面积>12500mm2/m 时,采用公式 y=-0.5506x+0.133。 另通过计算得到,改变幕墙高度和空腔厚度对结论没有大的影响。改变高度为 3m,

或改变空腔厚度为 0.5m,其误差最大也只在 10 级别,因此我们认为推荐的线性公式适 用性较强。

-3

4.遮阳系数的相关讨论
由遮阳系数定义:遮阳系数=太阳光总透射比/0.87 而太阳光总投射比包含了直接透射和吸热后二次传热两部分。 在《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》中给出了计算单层玻璃太阳光总透射比的公式:

利用此公式对几种玻璃进行计算并与其给出的遮阳系数进行对比。发现虽然公式中并没 有考虑到温差对二次传热的影响,但是用来计算单层玻璃所造成的误差较小,可以接受。

利用公式遮阳 产品给出的遮 透射比 反射比 吸收比 总透射比 系数 阳系数 普通玻璃 6mm 0.78 0.07 0.15 0.82 0.94 0.96 low-e 6mm 0.66 0.11 0.23 0.72 0.82 0.81 自洁玻璃 6mm 0.75 0.12 0.13 0.78 0.90 0.91 本体绿 6mm 0.44 0.05 0.51 0.56 0.65 0.66 针对于《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》给出的多层体系太阳辐射热的分析方法,我 们对双层玻璃幕墙以及在空腔内加遮阳设施的情况进行了计算。

计算结果表明:对于吸收率小的玻璃,例如两个普通玻璃,采用 Sc 总=Sc1*Sc2 来计算所造 成的误差不大,但对于吸收率大的玻璃,例如普通玻璃与带 low-e 镀膜的中空玻璃的组合, 采用连乘所得到的结果就明显偏小,其弱化了二次传热对于太阳光总透射比的影响。 我们认为在有太阳辐射的情况下,其传热是一个比较复杂的过程,对于遮阳系数用这样 线性的公式, 虽然物理意义较为明确, 但并不能很好的来计算其传热过程。 在现在的情况下, 还没有成熟的理论依据来对这一方进行计算,我们也希望通过 cfd 模拟和实验验证来给出一 个较为准确的方法。


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