一、前言
门窗是建筑耗能的主要部位，简便计算门窗的热工性能是非常必要的。本文作者参考ISO10292在《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113 中给出了建筑玻璃的传热系数U值的计算方法，可用来评价、表征建筑玻璃的热工性能。本文给出了建筑门窗传热系数U值的简便计算方法，可供设计时使用。 二、门窗有关参数定义 1 门窗玻璃板面积 门窗一般是由框架和玻璃板组成，门窗玻璃板面积定义为门窗两侧可视面积中较小的面积，用Ag表示，安装于框架内部的面积不计其内。 2 玻璃板可视周长 玻璃板可视周长定义为板两侧较长的周长，用Lg表示。 3 框架面积 框架分为框架内侧投影面积（用Af,i表示）、外侧投影面积（用Af,e表示）、内侧表面面积（用Ad,i表示）和外侧表面面积（用Ad,e表示），框架面积Af定义为框架投影的面积。 4 窗面积 窗面积Aw定义为框架面积和玻璃板面积之和，即Aw=Ag+Af。 三、窗的传热系数计算 1 单框窗的传热系数计算 单框窗的传热系数Uw按下式计算： Uw=(Ag*Ug+Af*Uf) / (Ag+ Af) 公式( 1 ) 式中：Ug———玻璃板的传热系数； Uf———框架的传热系数； Ψg———玻璃板和框架通过衬垫材料的线传热系数，对于单片玻璃，Ψg=0。 2 双框窗的传热系数计算 双框窗的传热系数Uw按下式计算： Uw=1 / (1/ Uw1-Rsi+Rs-Rse+1/ Uw2) 公式( 2 ) 式中：Uw1———室内侧窗的传热系数，按公式（1）计算； Uw2———室外侧窗的传热系数，按公式（1）计算； Rsi———室外侧窗单独使用时，其内表面热阻； Rse———室内侧窗单独使用时，其外表面热阻； Rs———两窗玻璃之间空间热阻。 3 单框双玻窗（非中空）的传热系数计算 单框双玻窗的传热系数按公式（1）计算，双层玻璃的传热系数按下式计算： Ug=1 / (1/ Ug1-Rsi+Rs-Rse+1/ Ug2) 公式( 3 ) 式中：Uw1———室内侧玻璃的传热系数； Uw2———室外侧玻璃的传热系数； Rsi———室外侧玻璃单独使用时，其内表面热阻； Rse———室内侧玻璃单独使用时，其外表面热阻； Rs———两片玻璃之间空间热阻。 四、有关参数的计算与取值 1 玻璃的导热系数 玻璃的导热系数=1.0W/(mK)。 2 玻璃的内外表面热阻 对于普通非镀膜玻璃，玻璃的内表面热阻Rsi=0.13m2K/W，玻璃的外表面热阻Rse=0.04m2K/W。对于镀Low.E 膜的玻璃，其表面热阻应按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113计算。 五 玻璃传热系数U值的计算方法 U值是表征玻璃传热的参数。表示热量通过玻璃中心部位而不考虑边缘效应，稳态条件下，玻璃两表面在单位环境温度差条件时，通过单位面积的热量。U值的单位是W/(m2·K)。按下列公式计算： 1/U=1/he+1/ht+1/hi (JGJ 113-2003 附录C.0.2-1) 式中 he——玻璃的室外表面换热系数； hi—玻璃的室内表面换热系数； ht—多层玻璃系统内部热传导系数； 多层玻璃体系内部传热系数ht按照以下公式计算： (JGJ 113-2003 附录C.0.2-2)
式中 hs—气体空隙的导热率； N —气体层的数量； M —材料层的数量； dm—每一个材料层的厚度； rm—每一层材料的热阻（玻璃的热阻为lm·K/W）。 气体空隙的导热率hs按下式计算： hs = hg + hr (JGJ 113-2003 附录C.0.2-3) 式中 hr——气体空隙的辐射导热系数； hg——气体空隙的导热系数（包括传导和对流）。 辐射导热系数hr由下式给出： hr = 4×σ×( 1/ε1+1/ε2-1)-1×Tm3 (JGJ 113-2003 附录C.0.2-4) 式中σ——斯蒂芬-波尔兹曼常数； ε——间隙层中两表面在平均{jd1}温度Tm下的校正发射率。 气体导热系数hg由下式给出： hg = Nu ×λ/s (JGJ 113-2003 附录C.0.2-5) 式中 s——气体层的厚度，m； λ——气体导热率， W/（m·K）； 2.496×102W/(m·K) Nu是努塞尔准数，由下式给出： Nu = A×(Gr×Pr)n (JGJ 113-2003 附录C.0.2-6) 式中 A——常数； Gr——格拉晓夫准数； Pr——普朗特准数； n——幂指数。0.38 如果Nu＜1，则将取为1。 格拉晓夫准数由下式计算： Gr =(9.81×S^3×ΔT^2×ρ)/ (Tm×μ^2) (JGJ 113-2003 附录C.0.2-7) 普朗特准数按下式计算： Pr =μc/λ (JGJ 113-2003 附录C.0.2-8) 式中 ΔT——气体间隙前后玻璃表面的温度差，K ρ——气体密度，kg/m3； 1.232kg/m3 μ——气体的动态黏度，kg/（ms）； 1.761×10-5kg/(ms) c——气体的比热， J/（kg·K）；1.008×103J/(kg.K) Tm——气体平均温度，K 对于垂直空间，其中A=0.035， n=0.38； 水平情况；A= 0.16，n=0.28；倾斜45°：A=0.10.n=0.31。
外部和内部热交换系数 (1).室外表面换热系数 室外表面换热系数he根据规范取23W/(m2·K) (JGJ 113-2003 附录C.0.4) (2).室内表面换热系数 室内表面换热系数hi可用下式表达： hi = hr + hc (JGJ 113-2003 附录C.0.4-2) 式中，hr为辐射导热；hc为对流导热，对于自由对流，hc=3.6W/(m2·K)。 普通玻璃表面的辐射导热为4.4W/(m2·K)。辐射导热率由下式给定： hr = 4.4ε/0.387 (JGJ 113-2003 附录C.0.4-3) hi = 4.4*0.387/0.387+ hc = 4.4+ 3.6 = 8W/(m2·K) 基本的参考值列示如下： 玻璃的热阻率r＝1m·K/W； 普通玻璃表面的校正发射率ε＝0.837； 外玻璃表面温度差 TΔ＝15K； 窗玻璃平均温度 T m＝283K； 斯蒂芬-波尔兹曼常数了σ=5.67×10?8W/（m 2 ·K）； 室外表面换热系数 he＝23W/（m2·K）； 室内表面换热系数hi＝8W/（m2·K）； U值应按W/（m2·K） 表示，xx到小数点后一位即可。对于气体层多于一个的多层玻璃窗而言，每一单元的平均温度和平均温度差均应通过轮流执行计算步骤而得出 |
