建筑幕墙节能性能设计与计算 广东省建筑科学研究院 杨华秋 2011年6月24日

目 录 建筑节能对幕墙节能的要求 幕墙节能性能设计与计算的基础 粤建科MQMC软件介绍 国内外幕墙节能计算标准对比

建筑幕墙在建筑中的作用 建筑幕墙有着很大的优势，不可能被替代 具有很好的造型能力和装饰效果 能够适应建筑围护结构的功能需求 幕墙的使用可以大大减轻结构的重量，超高层建筑的外围护结构最佳选择 能够承受地震、抵挡风雨 容易维护、维修、清洗 合理的设计可以达到很好的节能效果

幕墙与建筑节能 现在，在全国各地到处可见到“玻璃”建筑，但都是高耗能的建筑。 玻璃窗与墙的单位能耗比值为6∶1， “玻璃”建筑 “冬寒夏热”。 多数摩天大厦不得不加大功率，开足空调以调节室温。冬天要先供暖，夏天要先制冷。

玻璃幕墙建筑能耗高的主要原因 1 围护结构热容量小，容易受到天气变化影响； 2 太阳得热大，空调负荷高； 3 外立面不容易设置外遮阳装置； 4 保温效果差。

玻璃幕墙建筑室内环境 1 外区（尤其是东西）房间内太阳辐射强烈，空调虽能降低温度，但辐射太强，仍非常不舒适； 2 建筑不同朝向空调需求不同，控制不好的空调系统往往难以协调； 3 玻璃幕墙通风换气装置设置有难度，造价也比较高； 4 内遮阳的控制管理有难度，许多建筑的内遮阳效果不佳。

北京西直门广场

广州西塔 广州国际金融中心

广州富力盈隆广场

建筑节能发展要求 建筑门窗幕墙作为围护结构节能的薄弱环节，成为建筑节能中最受关注的重点。 据统计围护结构的制冷、采暖能耗中超过50%由门窗幕墙散失，能耗巨大，建筑门窗幕墙的节能势在必行。

建筑节能发展要求 目前，我国已形成较为完善的建筑节能设计体系，包括严寒和寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区的居住建筑节能设计标准，公共建筑节能设计标准，建筑节能施工质量验收标准等等。

我国热工气候分区

建筑节能发展要求 《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 26-2010）、 《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2010）已颁布，并于2010年8月1日起实施。 我院主编的《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 75-2003）正在修订，并已发布意见征求稿。 《公共建筑节能设计标准》（GB 50189-2005）。 《建筑节能工程施工质量验收规范》（GB 50411-2007）正在修订。

建筑节能发展要求 门窗节能设计误区： 建筑节能设计标准要求=工程项目建筑节能设计要求。 建筑节能为本气候区域最低的基本要求，不能直接等同于工程项目的具体要求。 门窗节能设计应于满足工程项目建筑节能对门窗的要求为判断条件。

节能设计各阶段对门窗节能设计的要求

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为满足现阶段建筑节能对门窗幕墙节能提出的要求，建设部组织我院主编了《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》（JGJ/T 151-2008）于2009年5月1日颁布实施。 该标准我国第一部关于玻璃、门窗幕墙热工性能精准计算的标准，奠定了我国门窗幕墙热工计算理论基础，填补国内空白。

《热工计算规程》

《热工计算规程》 《热工计算规程》主要包含以下内容： （1）术语、符号； （2）整樘窗热工性能计算 （3）玻璃幕墙热工计算 （4）结露性能评价、计算； （5）玻璃光学热工性能计算； （6）框传热计算； （7）遮阳系统计算； （8）通风空气间层传热计算； （9）相关技术性附录。

建筑玻璃热工性能计算 中空玻璃传热系数是指在单位室内外环境温差作用下，通过单位面积玻璃的传热量。 (Is=0) —没有太阳辐射热时，通过玻璃 传向室内的净热流； —室外环境温度； —室内环境温度。 © copyright 2007 gdjky

建筑玻璃光学热工性能计算 U值是中空玻璃系统总热阻的倒数。中空玻璃系统的热阻为室外换热阻、室外玻璃传热阻、气体层热阻、室内玻璃热阻和室内换热阻之和。 —玻璃系统热阻 —玻璃系统室内、外侧对流换热系数； —气体间层的热阻； —每层玻璃的热阻。 © copyright 2007 gdjky

窗框与玻璃接缝的线传热系数 计算框的传热系数Uf时应符合下列规定： （2）在框的计算截面中，应用一块导热系数 λ=0.03［W/(mK)］的板材替代实际的玻璃（或其他镶嵌板），板材的厚度等于所替代面板的厚度，嵌入框的深度按照实际尺寸，可见部分的板材宽度bp不应小于200mm

窗框与玻璃接缝的线传热系数 在室内外计算条件下，用二维热传导计算软件计算流过图示截面的热流qw，并应按下式整理： Uf ——框的传热系数[Ｗ/(m2K)]； Lf2D ——框截面整体的线传热系数[Ｗ/(mK)]； Up ——板材的传热系数[Ｗ/(m2K)]； bf——框的投影宽度(m)； bp——板材可见部分的宽度（m）； Tn,in——室内环境温度（K）； Tn,out——室外环境温度（K）。

幕墙传热系数UCW应采用下式计算： 门窗幕墙热工计算原理 Ag ——玻璃或透明面板面积（m2）； lg ——玻璃或透明面板边缘长度（m）； Ug ——玻璃或透明面板传热系数［W/(m2·K)］； ψg ——玻璃或透明面板边缘的线传热系数［W/(m·K)］； Ap ——非透明面板面积（m2）； lp ——非透明面板边缘长度（m）； Up ——非透明面板传热系数［W/(m2·K)］； ψp ——非透明面板边缘的线传热系数［W/(m·K)］； Af——框面积（m2）； Uf——框的传热系数［W/(m2·K)］。

门窗幕墙热工计算原理 幕墙整体的太阳能总透射比为： 幕墙整体的遮阳系数为：

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近来建筑节能设计标准规范给建筑幕墙。 《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》（JGJ/T 151-2008）为建筑幕墙节能设计和计算提供了方法。 我们还需要一个准确、高效的工具，为此我们研发了粤建科MQMC门窗幕墙节能计算软件。

粤建科®MQMC软件 粤建科®MQMC软件具有玻璃系统光学热工性能设计计算、框二维传热有限元分析计算和整樘窗热工性能计算等功能，为门窗企业、玻璃企业、设计院及科研院所等提供一个权威、准确、高效的计算工具。

粤建科®MQMC软件 粤建科®MQMC软件产品是国家行业标准《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》（JGJ/T 151-2008）的配套软件，也是我国目前唯一符合该标准要求的软件。 由我院独立自主开发。2000年开始研发，十年技术积累，造就完美的计算理论和软件。 软件的多项技术达到国际领先水平。

粤建科®MQMC软件 软件与行业结合 中国玻璃数据库推广应用平台，与玻璃协会合作，将中国玻璃数据库收录于软件中，并数据库在线自动更新；应玻璃协会及玻璃企业要求研发出玻璃企业专用版。 建设部门窗节能性能标识指定模拟计算软件；中国门窗节能性能标识专用软件，免费版。

粤建科®MQMC软件 粤建科®MQMC软件 软件与行业的结合 中国塑料窗型材节能性能数据库推广应用平台，与中国塑料窗协会合作，建立中国塑料窗数据库； 中国建筑装饰协会幕墙工程委员会推荐软件； 住建部、广东省经贸委推荐的节能技术、遮阳技术 软件有助于提高企业节能设计水平，提升企业的技术能力和竞争力。

粤建科®MQMC软件 权威·可靠 本软件于2009年10月12日通过了建设部的权威评估（建科评[2009]055号），中国建筑科学研究院林海燕副院长等专家一致认为：该软件是国内首款符合JGJ/T 151-2008规定的软件，具有创新性及实用性，达到了国际先进水平，具有推广应用价值。

粤建科®MQMC软件 建设部权威评估现场

粤建科®MQMC软件

粤建科®MQMC 软件操作主界面

粤建科®MQMC软件 粤建科®MQMC软件

粤建科®MQMC 门窗单元、幕墙幅面设计、计算模块 突破了图形建模的局限，是首款支持大幅面、不规则幅的建模及计算软件： 支持超大幅面、门窗单元计算； 支持三角形、梯形、圆等不规则幕墙幅面、门窗单元的计算； 门窗单元、幅面整体的结露性能计算； 非透明幕墙幅面的热工性能计算； 幅面实际颜色显示； 框节点计算、玻璃光学热工计算管理。

粤建科®MQMC 幕墙幅面计算：幅面整体计算功能

粤建科®MQMC 玻璃幕墙热工性能计算结果

粤建科®MQMC 复杂窗型计算：三角形、圆形等不规则图形

粤建科®MQMC 玻璃光学热工性能设计、计算模块 （1）玻璃数据库管理。中国玻璃库、用户玻璃库及设计玻璃库 （2）气体数据库管理。可计算任意比例混合气体 （3）任意组合玻璃系统。可用玻璃及气体数据库中的信息组合玻璃系统。 （4）光学、热工计算。玻璃系统可见光透射比、遮阳系数、传热系数等光学热工性能及各玻璃表面温度 ……

粤建科®MQMC 玻璃光学热工性能设计、计算模块 （5）玻璃颜色计算。可对单片玻璃或玻璃系统进行玻璃颜色计算，求出CIE LAB值,CIE光谱三刺激值，LUV值； （6）玻璃设计。可根据现有的玻璃光谱，设计模拟新厚度的玻璃光谱、添加或更换镀膜后的玻璃光谱及更换基片后的双层夹胶或镀膜玻璃的光谱； （7）中空玻璃内置遮阳热工性能计算； （8）玻璃结露性能计算。

粤建科®MQMC

粤建科®MQMC 玻璃各表面温度 光学热工计算结果

粤建科®MQMC 结露性能计算 玻璃颜色计算结果

粤建科®MQMC软件 夹胶玻璃组合计算

粤建科®MQMC软件 中空百叶遮阳组合计算

粤建科®MQMC 框二维热传导有限元分析模块 dxf文件自动转换为模型，只需把图像文件作简单处理，打断回形区域（高效建模）； 玻璃间隔条模型库； 框节点二维有限元分析计算（三角形网格，大容量节点计算）； 太阳能总透射比、框结露计算。

粤建科®MQMC D010温度线图

粤建科®MQMC D010温度场图

粤建科®MQMC 非透明幕墙节点计算

粤建科®MQMC 非透明幕墙节点计算

粤建科®MQMC 部分幕墙企业软件用户 沈阳远大铝业集团有限公司 北京江河幕墙股份有限公司 深圳金粤幕墙装饰工程有限公司 苏州金螳螂建筑装饰股份有限公司 珠海兴业绿色建筑科技有限公司 深圳市科源建设集团有限公司 软件用户遍布全国21省市，用户超过200家。

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玻璃光学热工计算标准对比 ISO 9050是目前玻璃光学热工计算依据，JGJ/T151与ISO 9050一致； ISO 9050和JGJ/T151采用ISO 9845-1第5类标准光谱数据（直射+散射）； NFRC 300 采用ISO 9845-1第2类标准光谱数据（直射）。 NFRC与ISO、国内标准采用不同的标准光谱数据，在计算玻璃光学热工性能时会造成巨大的差异！

国内外幕墙门窗热工性能计算标准对比 玻璃光学热工计算标准对比 标准太阳光谱对比

国内外幕墙门窗热工性能计算标准对比 玻璃光学热工计算标准对比 天空散射光谱分布

玻璃光学热工计算标准对比 JGJ/T 151在计算玻璃传热系数时室内环境表面发射率采用0.9； NFRC室内环境表面发射率采用1.0,即认为室内环境为黑体； 在计算普通中空玻璃和单片玻璃时，传热系数有一定的差别。

国内外幕墙门窗热工性能计算标准对比 FVRE1-54+9A+CLEAR_6 NFRC 1.797 0.386 0.474 5.62% 玻璃产品名称 软件类别 传热系数[W/(m2·K)] 遮阳系数SC 可见光透射比Tv SC值差异 FVRE1-54+9A+CLEAR_6 NFRC 1.797 0.386 0.474 5.62% JGJ/T151 1.794 0.409 0.481 C220+9A+ CLEAR_6 1.848 0.167 0.171 3.75% 1.845 0.1735 0.1734 C145+9A+ CLEAR_6 1.920 0.337 0.424 5.60% 1.916 0.357 0.430 C245+9A+ CLEAR_6 1.922 0.275 0.362 12.97% 1.926 0.316 EBS5+9A+ CLEAR_6 1.857 0.302 0.389 6.21% 1.853 0.322 0.394

自JGJ/T 151于2009年5月1日实施以后，不少玻璃企业、检测机构仍采用NFRC的技术标准。 国内外幕墙门窗热工性能计算标准对比 自JGJ/T 151于2009年5月1日实施以后，不少玻璃企业、检测机构仍采用NFRC的技术标准。 由于产品设计和工程验收分别依据不同的技术标准，往往会导致玻璃遮阳系数的工程复检值与设计值存在5%~13%的差别，玻璃企业、玻璃检测机构应多加注意，尽量避免这种情况的出现。 顾问公司在要求采用国外标准的情况下，首先要满足国内的标准！

ISO 15099和JGJ/T 151均引用ISO 10077-2计算方法，采用附加线传热系数计算方法。 国内外门窗热工性能计算标准对比 框热工计算标准对比 ISO 15099和JGJ/T 151均引用ISO 10077-2计算方法，采用附加线传热系数计算方法。 NFRC 100主要采用玻璃边缘区域传热系数计算方法。

ISO体系及我国JGJ/T151均采用此方法。 国内外门窗热工性能计算标准对比 框热工计算标准对比 线传热系数计算理论计算框传热时应用一块导热系数 λ=0.03［W/(mK)］（ISO 1077-2 λ=0.035［W/(mK)］）的板材替代实际的玻璃（或其他镶嵌板），板材的厚度等于所替代面板的厚度，嵌入框的深度按照实际尺寸。 ISO体系及我国JGJ/T151均采用此方法。

通过二维有限元传热分析，分别得到玻璃被替代前后框节点的传热情况，从而计算得到框本身的传热系数、玻璃镶嵌部位的线传热系数。 国内外门窗热工性能计算标准对比 框热工计算标准对比 通过二维有限元传热分析，分别得到玻璃被替代前后框节点的传热情况，从而计算得到框本身的传热系数、玻璃镶嵌部位的线传热系数。 线传热系数理论可以得到框本身的传热系数，便于评价框的热工性能。 线传热系数理论对于计算非透明幕墙计算非常便利，这也是我国采用此理论的原因。

国内外门窗热工性能计算标准对比 框热工计算标准对比

该套理论是基于玻璃系统建立的，对于非透明面板却无法确定边缘区域的范围尺寸，也就不适用了。 国内外门窗热工性能计算标准对比 框热工计算标准对比 玻璃边缘区域计算理论计算框传热时，则是把玻璃边缘（63.5mm以内）区域作为特殊区域，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。 该套理论是基于玻璃系统建立的，对于非透明面板却无法确定边缘区域的范围尺寸，也就不适用了。

联系方式 广东省建筑科学研究院 节能所 杨华秋 广州市先烈东路121号 手机：13580460180 办公：020-87255822 邮箱：yanghuaqiu@163.com

报告完毕 请各位领导和专家、同行指正!