建筑门窗幕墙热工计算标准体系的研究

沈哲

摘要：建筑是人类赖以生存和工作的空间，建筑门窗幕墙是建筑极其重要的组成部分，也是实现建筑功能极其重要的部件。目前，建筑节能已经成为全球人们的共识，而建筑门窗幕墙的热工性能极其薄弱，所以它是实现建筑节能的关键环节。为了尽快实现建筑节能，需要对建筑门窗系统的热工性能指标进行科学的计算，这就要求我们建立一套建筑门窗幕墙热工计算体系，并在此基础上研究开发相应的软件产品，从而实现建筑节能的效果。

关键词：建筑节能；门窗幕墙；热工计算；模拟计算

2009年5月建设部颁布实施《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》，其主要内容就是计算门窗和玻璃幕墙的热工性能，从而达到建筑节能的效果。欧美国家门窗幕墙人工计算已经经历了十数载的发展，具备了比较成熟的技术和完善的标准体系。我国在研究和总结欧美等国家相关技术标准的前提下，制定出适合我国的有关节能计算。

一、国外建筑门窗幕墙热工计算标准体系

目前，国外主要有ISO（EN）标准体系和美国NFRC标准体系。ISO（EN）标准体系是一个比较完整的体系，主要涉及玻璃光学热工、门窗幕墙热工计算等一系列方法标准；而美国NFRC是美国的民间组织机构依据ISO和美国标准编制而成的门窗热工标准体系。

二、我国建筑门窗幕墙人工计算标准体系

我国建设部颁布实施的《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》对于一下内容都给出了相应的计算方法。

1、 玻璃光学热工性能计算

玻璃是门窗、幕墙的重要组成部分，也是其热工性能好坏的关键所在。所以优先阐述玻璃光学热工性能的计算方法。玻璃光学热工性能计算包括单层玻璃的光学热工性能计算和多层玻璃的光学热工性能计算。

单层玻璃的光学热工性能计算主要按照ISO9050的有关规定进行，单片玻璃的光学人工性能计算应该根据单片玻璃的测定光谱数据进行相应计算。其计算公式采用积分和迭代的方法求解。

多层玻璃的光学热工性能计算主要按照ISO15099的有关规定，利用解线性方程组的方法计算所有各个气体层的值，从而计算出传向室内的直接透射比。反射到室外的直接反射比也有相应的计算方法。

2、 框传热计算

门窗、幕墙框的传热非常复杂，我们一般把框的传热看作是二维传热。有关框的计算和窗的计算，我国的计算标准体系主要按照ISO10077的有关规定进行。这些规定要求框的计算需要得到框的传热系数和框与玻璃结合的附加线传热系数。线传热计算方法采用线传热系数计算理论，计算框传热是应该使用一块导热系数的版块代替实际的玻璃，版块的厚度等于玻璃的厚度，嵌入框的深度按照实际的尺寸，可以发现部分版块宽度不应该小于200mm，通过这种二维有限元传热分析，可以得到玻璃被代替前后框节点的传热情况，才能计算出框本身的传热系数和玻璃与框结合的附加线传热系数。

3、 门窗幕墙热工性能计算

对于遮阳的窗和幕墙应该采用多层玻璃和空气间层的计算方法，从而对门窗、幕墙进行补充计算。而对于整窗的传热系数、遮阳系数以及可见光透射比的计算都应该采用各部分的性能按面积进行平均计算。

4、 结露性能评价、计算

门窗、幕墙的各个框以及面板的结露性能评价指标可以按照以下的方法进行确定，采用二维模拟程序来计算门窗、幕墙的框和玻璃每个节点的温度，对所有的节点内表面的分段温度进行归纳，由最内表面低温段开始，按照内表面分段所代表的面积进行累加计算，直到统计面积达到这个节点所占面积的十分之一。将所统计的最高温度确定为抗结露性能评价指标。总之，门窗。幕墙的各个组成部分的评价指标不能低于露点温度。

5、 遮阳系统计算

遮阳计算只局限于平行于玻璃面的平板型遮阳装置，遮阳总体上可以分为内遮阳、外遮阳以及中间遮阳。内遮阳位于玻璃系统的室内侧，与窗玻璃的热光接触比较多，比如遮阳帘；中间遮阳位于玻璃系统的内部或者是门窗、幕墙的中间地带，这个夹层地带传热计算需要考虑多种因素，即与其他部件或是环境通过对流、传导、热辐射的方式进行热交换，与此同时，还需要考虑吸收、反射和传递太阳辐射。外遮阳位于玻璃系统的室内侧，同内遮阳一样，与窗玻璃有较多的热光接触。

关于遮阳系统的计算，需要考虑自然界存在的直射和散射两部分太阳辐射。计算处理的过程中，需要确定遮阳装置的光学性质、总传热系数，并计算分析依据这样装置材料的光学性能、几何形状和部位。

6、 计算边界条件

计算边界条件是门窗、幕墙热工计算的基础，并且对其计算结果有很大的影响，但是计算边界条件主要取决于各个地方的气候和气象参数。在我国，一般情况下，我国基本采用ISO标准体系，采用冬季条件计算门窗幕墙的传热系数，采用夏季条件计算门窗幕墙的遮阳系数，主要因为我国同ISO标注体系的冬、夏季室内温度、夏季室外温度以及太阳辐射照度都一致。

另外，我国的室外对流换热系数根据我国本身的气候条件，特别规定门窗边框以及边框附近边缘的室外对流换热系数（63.5mm以内）。源于我国与欧洲国家所处的气候条件不一致。这样规定更加符合我国建筑工程的实际情况。

三、国内外建筑门窗幕墙热工计算标准体系的对比研究

通过上文可以得知，国外有两种计算标准体系，国内只有一种计算标准体系，即颁布实施的《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》对相关的内容有其相应的计算方法。通过三种标准体系的分析对比，可以得出以下几点结论。

1、我国的计算标准体系基本依据ISO标准体系而制定，但是根据我国实际的气候和气象条件，我国规定了评价定型产品的统一边界条件，以便与我国的工程技术标准相吻合。

2、这三种计算标准体系对于玻璃的光学热工性能的计算方法基本一致，但是对于引用标准太阳光谱时有显著的区别。

3、美国NFRC标准体系只是根据自身的实际情况，针对门窗节能性能标识工作，没有关于幕墙热工计算的方法，具有一定的局限性。

结语：

综上所述，门窗、幕墙热工计算标准体系是一个比较复杂的体系，我国在这一方面的计算才刚刚起步，但是我国在参照ISO标准体系的基础上，颁布实施了适合我国工程技术标注的计算体系，这个体系融合了幕墙、门窗、玻璃、遮阳系统等相关的热工计算方法，体系比较全面，可以满足了我国门窗幕墙产品和工程设计的实际需要。

参考文献：

[1]马扬.中外建筑门窗幕墙热工计算标准体系的研究[J].建筑科学报，2010（04）

[2]刘万奇.基于数据库的建筑门窗热工计算及分析研究[J].高等教育出版社，2011（05）

[3]杨士超.我国门窗幕墙热工性能指标计算理论体系的建立[J].建筑科技报，2011（09）