提要：随着节能时代的到来，建筑幕墙作为建筑的外围护结构，其热工性能要求越来越高。本文针对具体项目介绍在实际工程中幕墙热工计算的设计应用。
关键词：建筑幕墙；热工性能；幕墙设计 |
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现代建筑大量采用玻璃幕墙，由于幕墙采光部位只有一层玻璃（或中空玻璃）和龙骨隔绝室内外，幕墙建筑往往成为能耗大户。随着当前建筑对节能环保性能要求的提高，玻璃幕墙做为建筑物的外围护结构其热工性能也有了更高的要求。因此如何分析计算幕墙的热工性能成在幕墙系统设计中必须要考虑的问题。幕墙的热工性能以其传热系数K值来衡量，K值越低幕墙的保温性能越好。
下面针对一项具体工程项目介绍幕墙热工性能K值的计算过程及方法。
1 建筑物气候分区
首先我们需要了解项目概况，建筑物所处地理位置，当地的气候条件如何，建筑物的朝向及用途。根据建筑物所在地依据规范《公共建筑节能设计标准》确定其气候分区，如果表格里面没有工程所在的城市，请参照临近城市取用。
主要城市所处气候分区
气候分区
| 代表城市
| 严寒地区A区
| 海伦、博克图、伊春、呼玛、海拉尔、满洲里、齐齐哈尔、富锦、哈尔滨、牡丹江、克拉玛依
| 严寒地区B区
| 长春、乌鲁木齐、延吉、通辽、通化、四平、呼和浩特、抚顺、大柴旦、沈阳、大同、 本溪、阜新、哈密、鞍山、张家口、酒泉、伊宁
| 寒冷地区
| 兰州、太原、唐山、阿坝、喀什、北京、天津、大连、阳泉、平凉、石家庄、德州、晋城、天水、西安、拉萨、康定、济南、青岛
| 夏 热冬冷地区
| 南京、蚌埠、盐城、南通、合肥、九江、武汉、黄石、岳阳、汉中、安康、上海、杭州、宁波、宜昌、长沙、南昌、株洲、零陵、赣州、韶关、桂林、重庆、
| 夏热冬暖地区
| 福州、莆田、龙岩、梅州、兴宁、英德、河池、柳州、贺州、泉州、厦门、广州、深圳、湛江、汕头、海口、南宁、北海、梧州
|
2 建筑物的热工性能最低要求
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规范中的具体规定。
如严寒地区B区围护结构的热工性能应分别符合下表规定
严寒地区B区围护结构传热系数限值
围护结构部位
| 体型系数≤0.3
传热系数 KW/(m2·K)
| 0.3＜体型系数≤0.4
传热系数KW/(m2·K)
| 屋面
| ≤0.45
| ≤0.35
| 外墙(包括非透明幕墙)
| ≤0.50
| ≤0.45
| 底面接触室外空气的架空或外挑楼板
| ≤0.50
| ≤0.45
| 非采暖房间与采暖房间的隔墙或楼板
| ≤0.8
| ≤0.8
| 单一朝向外窗(包括透明幕墙)
| 窗墙面积比≤0.2.
| ≤3.2
| ≤2.8
| 0.2＜ 窗墙面积比≤0.3
| ≤2.9
| ≤2.5
| 0.3＜ 窗墙面积比≤0.4
| ≤2.6
| ≤2.2
| 0.4＜ 窗墙面积比≤0.5
| ≤2.1
| ≤1.8
| 0.5＜ 窗墙面积比≤0.7
| ≤1.8
| ≤1.6
| 屋顶透明部分
| ≤2.6
|
2.1 确定建筑物各朝向窗墙比
北：0.45 东：0.45 西：0.45 南：0.45
计算过程如下：
朝向
| 外墙面
| 窗(窗+幕墙)
| 窗墙比
| 北
|
| 5600
|
| 2400
| 0.43
| 东
| 2000
| 4000
| 1000
| 1800
| 0.45
| 西
| 2000
| 800
| 南
|
| 5300
|
| 2300
| 0.43
| 总体
|
| 14900
|
| 6500
| 0.44
| 体形系数的计算：S=建筑物外表面积／建筑物体积
2.2 确定建筑物的体形系数
a 建筑物体积：
| 面积（㎡）
| 高度（米）
| 体积（m³）
| 地下1层
| 15650
| 0.6
| 9390
| 1层
| 20269
| 5.4
| 109452.6
| 2层
| 20269
| 4.2
| 85129.8
| 3层
| 19116
| 4.2
| 80287.2
| 小计
|
|
| 352887.6
| b 建筑物外表面积：
| 周长（米）
| 高度（米）
| 表面积（㎡）
| 地下1层
| 821
| 0.6
| 492.6
| 1层
| 1845
| 5.4
| 9963
| 2层
| 1845
| 4.2
| 7749
| 3层
| 1745
| 4.2
| 7329
| 小计
|
|
| 32955
| c 体型系数：32955/352887.6=0.1
2.3 建筑物的热工性能最低要求
依据规范《公共建筑节能设计标准》中的规定确定建筑物的外围护结构的传热系数K应≤2.1 KW/(m2·K)，方可满足规范要求。
3 选取具体分格计算
该计算采用加权平均计算，幕墙框的计算应用计算机有限元模拟传热分析，所用软件为美国劳伦斯伯克利国家实验室开发的Therm5.2.
标准板块分格见图示意
幕墙按近似矩形计算，在每层透明部分中，1150 mm×4040 mm板块占大部分，故选此板块作为典型板块，该板块横梁宽70 mm，立柱宽70 mm
。
根据ISO15099得到以下公式:
Ut＝(∑UfAf+∑UgAg)/ At
Ut—板块传热系数,W/(m2×K)
Uf—框的传热系数,W/(m2×K)
Ug—玻璃中心的传热系数,W/(m2×K)
Af—框的面积,m2
Ag—玻璃中心的面积,m2
At—板块的面积, m2
3.1 面积计算
Ag=4.646-0.2828-0.3024=4.061m2
Af1=4040×1×70/1000000=0.2828m2
Af2=(1150-70)×4×70/1000000=0.3024 m2
At = 1150×4040/1000000=4.646m2
3.2 材料热工参数
1、玻璃: TP6(双银Low-E)+12(氩气)+6中空玻璃
K值：1.398W/(m2·K);遮阳系数Sc=0.458;太阳光透射比τv=0.398
2、幕墙框
通过在Therm5.2中建立模型，计算得
幕墙立柱的K值:5.54 W/(m2·K)
幕墙横框的K值:7.14 W/(m2·K)
3.3 幕墙传热系数校核
=（4.061×1.398+0.2828×5.54+0.3024×7.14）/4.646
=2.024 W/m2.K
显然满足规范的要求（2.1 W/m2.K）；因此该幕墙设计满足规范节能设计的要求。
普通240mm砖墙，经计算其传热系数K值约为2.7w/m2.K,中空透明玻璃6mm+12A+6mm
其传热系数K值约为3.2w/m2.K, 中空Low-e玻璃6mm+12A+6mm
其传热系数 K值约为 2.0w/m2.K，普通非隔热明框幕墙，采用中空透明玻璃 6mm+6mm
其传热系数 K值约为 3.3w/m2.K左右 , 隔热明框幕墙，采用中空透明玻璃 6mm
+12A+6mm |
其传热系数K值约为3.0w/m2.K左右,若采用中空Low-e玻璃6mm+12A+6mm
，其传热系数
K值约为
2.3w/m2.K。由此可见，采用隔热幕墙系统节能效果非常明显，值得推广。
参考文献
[1] GB50176-93《民用建筑热工设计规范》
[2] GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》
[3] JGJ 113-2003《建筑玻璃应用技术规程》
[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 苏永伟 男 1980.9出生 工学学士 工程师
