浅谈中外门窗幕墙主要热工计算标准之间的差异

齐俊峰 蔡功全

摘要：随着人们对能源需求的认识，门窗幕墙的节能设计也得到空前的重视。本文站在设计者的角度上简要阐述了国内外现行主要标准规范之间的差异。

关键词：幕墙；热工计算；节能设计

中图分类号： TU201 文献标识码： A

前言

随着社会的进步，科技的发展，人类对能源的需求在不断的扩大，而能源的再生能力与对能源需求的矛盾也在不断的激化，如今人类早已认识到这一点，于是在寻求新能源的同时也在不断地改善对传统能源的利用，从而研发出可以减少能源浪费的新技术。

建筑幕墙与门窗在中国盛行也有近30年，而如今中国也是是名副其实的建筑门窗幕墙生产和使用大国。但在其华丽的外表下，其造成大量能源浪费却一直为人们所诟病。为此国务院于2007年6月下发了《节能减排综合性工作方案》，明确提出了“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20％左右，主要污染物排放总量减少10％的约束性指标。2007年10月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第三十次会议修订《中华人民共和国节约能源法》（主席令第七十七号）将建筑节能提升至与工业节能、交通运输节能相等的高度。由此在高楼大厦林立的今天，门窗幕墙的节能设计不断的被人重视，并得以发展，本文从门窗幕墙传热性能设计角度浅谈中外门窗幕墙主要几个热工标准之间的差异。

总述

幕墙、门窗热工性能计算机模拟计算，在欧盟、美国、日本等已广泛应用并得到社会的认可。目前国外主要有两种典型标准体系：ISO（EN）标准体系以及美国NFRC标准体系。其中NFRC标准体系是由美国的民间组织机构全称为美国国家门窗等级评定委员会，依据ISO和美国标准编制了相应的标准体系，采用玻璃边缘影响区传热系数法。而ISO建筑门窗幕墙热工计算标准主要引用欧盟（EN）的技术标准，采用线传热系数法。国内的热工计算标准偏向于ISO（EN）标准体系也采用的线传热系数法，但在边界条件的设定上有所差别，更接近我国的实际情况。以下是三种体系现行的标准：

类别 国内标准体系 ISO（EN）标准体系 NRFC标准体系

幕墙热工计算 JGJ/T 151 EN 13947 无

门窗热工计算 JGJ/T 151 ISO 10599、

ISO 10077-1 NFRC 100

NFRC 200

框热传导计算 JGJ/T 151 ISO 10599、

ISO 10077-2 NFRC 100

NFRC 200

玻璃光学热工计算 JGJ/T 151 ISO 9050 NFRC 300

边界条件对比

计算边界条件主要取决于各地的气候与气象参数，是门窗幕墙热工计算的基础，对门窗幕墙热工性能计算结果有巨大的影响。计算边界条件包括两类：标准计算边界条件、工程实际计算边界条件。设计规范规定设计建筑门窗、玻璃幕墙定型产品的热工性能时，应采用标准计算条件；在进行实际工程设计时，应根据相应的建筑设计或节能设计标准来确定工程实际计算边界条件。但实际中，大部分工程不能提供实际边界条件，仍然采用标准边界条件进行设计，尽管如此，仍大幅提高了现代建筑的节能性能。通过下面表格我们可以明显看出三种体系的差别：

标准体系类型计算边界条件参数 ISO（EN） 美国NFRC 我国标准体系：

冬季 室内空气温度Tin（℃） 20 21 20

室外空气温度Tout（℃） 0 -18 -20

室内对流换热系数hc,in W/(m2K) 3.6 ASHRAE/NFRC 3.6

室外对流换热系数hc,out [W/(m2K)] 20 26 16

门窗边框的室外对流换热系数hc,out [W/(m2K)] / / 8

边框附近玻璃边缘（63.5mm以内）的室外对流换热系数hc,out [W/(m2K)] / / 12

太阳辐射照度Is （W/m2） 300 0 300

因夏季边界条件用于计算遮阳系数等参数，不在本文讨论范围内，故不列出

对比中，我们可以看出由于地区的不同，温度亦不相同，但是温度的差别对产品本身的传热系数影响不大，影响最大的是室内外对流换热系数，其中国标多出门窗边框的室外对流换热系数和边框附近玻璃边缘（63.5mm以内）的室外对流换热系数两项，也是国标与ISO标准最大的区别，而美国NFRC标准中室内对流换热系数是随着面材变化而变化的，实际设计中，我们通常采用美国劳伦斯伯克利国家实验室专门针对NFRC标准推出的系列软件Therm及Window结合来确定其室内对流换热系数，同时三种体系在计算传热系数时，太阳辐射照度Is 取0来进行计算。

面材传热系数计算对比

对于各处温度恒定，长宽均远远大于厚度的面材，我们通常可以采用热阻公式进行计算，利用欧姆定律的原则，将每层不同材料的热阻串连，再利用公式计算得出复合面材的传热系数，规范中所列公式我们可以看到，这种情况下，面材的传热系数只跟内外对流换热系数相关，前面我们已经在边界条件中对比过室内外对流换热系数，此处不再重复。

对于玻璃面材，由于各种性能膜的加入，相对比较复杂，理论上ISO 9050和JGJ/T151采用ISO 9845-1第5类标准光谱数据进行计算，NFRC 300 采用ISO 9845-1第2类标准光谱数据进行计算。但实际中，幕墙生产厂家从玻璃厂家拿到的数据大部分是玻璃厂家用美国劳伦斯伯克利国家实验室开发的软件Window计算得出的结果，并不是用光谱数据理论计算的结果，大部分厂家的大部分产品都会被劳伦斯数据库测试并作为实验数据收录。在此，笔者认为该计算结果用于美国NFRC标准计算是比较接近实际的，但是用于国标与ISO标准计算会有一定的误差。

国标在计算玻璃传热系数时室内环境表面发射率采用0.9，而美国NFRC则采用1.0，从上图可以看出，两种光谱的差异还是比较大的，因此当采用国标与ISO标准计算时，幕墙生产厂家还是应该注意玻璃厂家给出的玻璃性能是基于那个标准得出的结果，避免产生较大的误差，造成能源的浪费。

框传热系数计算对比

对于框的计算，也就是节点断面的计算，由于材料传热系数差异巨大，造成相交区域传热系数较为复杂，三种计算体系，均认定一个影响区。

国标及ISO标准均认为影响区是相交的一条线，采用方法叫线传热系数计算理论，即计算框传热时应用一块导热系数很小的板材替代实际的玻璃或其他镶嵌板，板材的厚度与实际板材厚度相等，嵌入深度按照实际尺寸嵌入，利用二维有限元软件两次建模分别计算得出面材被代替前后框截面投影范围内的传热系数，然后推导出影响区的传热系数即线传热系数。

美国NFRC标准则认为玻璃边缘63.5mm以内区域作为影响区，该区域内的传热系数并不是玻璃系统本身的传热系数，而是考虑了玻璃镶嵌部位的三维传热的影响。利用二维有限元软件分别得出框截面投影范围内的传热系数和影响区内的传热系数。由于有专门软件的支持，算法还是比较简便的。

名称 NFRC体系 ISO(EN)体系

Uf/值

W/(m2K) 边缘区域Ueg值

W/(m2K) 热流总量qw

（W/m2） Uf值W/(m2K) 线传热系数ψ

W/(mK) 热流总量qw

（W/m2）

节点1 3.23 2.05 0.462 2.80 0.07 0.469

节点2 3.85 2.22 0.777 3.06 0.081 0.775

从上述表中的对比结果中可以看出，同样的节点，用两种方法计算得出的传热系数有较大的差异，但是两种算法得出的热流总量是一致的，就是说两种计算方法的结果都是可靠的，相互印证的，但是评价产品性能是却不能单看个体的传热系数，而应该结合实际计算方法去考虑产品的性能，这也是被很多厂家所忽略的。

结束语

虽然国内外标准规定，算法等不尽相同，但是得出的结果都能评价出门窗幕墙产品的性能，但是要注意的是，计算与评价需要采用同一套体系才能得到准确完整的评价。作为设计者，我们应该了解各种不同规定的相同与不同之处，这样不仅能保证构造的合理性，还能最大限度的避免能源的浪费。

参考文献

[1] JGJ/T 151《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》

[2] ISO 10077-1:2000-07;Thermal performance of windows, doors and shutters. Calculation of thermal transmittance. Part 1: Simplified method.

[3] ISO 10077-2:2000-12; Thermal performance of windows, doors and shutters. Calculation of thermal transmittance. Part 2: Numerical method for frames.

[4] ISO 15099:2003; Thermal performance of window, doors and shading devices-Detailed calculations.