幕墙论文——框架幕墙非连续性构件热工性能研究

 框架幕墙非连续性构件热工性能研究

——歌德幕墙设计咨询有限公司 国忠昊

幕墙的热工性能是建筑节能的重要指标,所以幕墙热工的计算和实验在工程中是一个总要方面。幕墙国内幕墙的主要设计标准有:GB50189-2015《公共建筑节能设计标准》,GB50176-93《民用建筑热工设计规范》,JGJ151-2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》。国际通用的计算标准主要有:ISO-10077-1,BS EN 10077-2.上述标准主要阐述和计算原理和基本计算方法,其中没有区分连续构件和非连续构件的计算方法和对热工性能的影响。另外热工实验中通常发现实验结果比计算值偏大。本文通过美国劳伦斯伯克利国家实验室开发的LBNL系列软件中的therm 和window 对非连续构件对幕墙节点进行研究。

1、研究对象

研究对象采用金刚幕墙标准化产品的节点,采用therm 内置的环境条件进行计算。

采用的节点如下:

图一明框幕墙节点

图二 隐框幕墙节点

计算条件设置如下:

环境温度:

室外  Te=-18℃    室内  Ti=21℃

材料参数:

计算中各构件材料的节能参数均按照国际标准ISO10077-2中规定采用,如下:


2、原理及方法

传热基本计算公式为:Uf=(Lf2D-Up•bp)/bf 

                    Lf2D=Uo•bo  and Up=(Ri+Σdi/λi+Re)-1 

式中: Uf——框截面的传热系数,        W/(m2K);

       Lf2D——截面的导热系数,         W/(mK);

       Uo——截面的传热系数,          W/(m2K);

       Up——板中心的传热系数,        W/(m2K);

       di——面板的厚度,                    m;

       λi——面板的导热系数,          W/m•k;

       bo——截面的总宽度,                  m;

       bf——框断面总宽度,                  m;

       bp——板的可见部分宽度,              m;

传热系数的定义:传热系数传热系数U值,是指在稳定传热条件下,围护结构两侧空气温差为1度(K,℃),1s内通过1平方米面积传递的热量,单位(W/(㎡•K)。

根据传热系数定义传热系数应该为一定面积范围的平均值,非连续构件参与幕墙传热需要把非连续构件对传热的影响分摊到整体构件。通常非连续构件涉及的主要部分有:螺栓,螺钉,玻璃托板等。根据螺钉,螺栓,玻璃托板参与幕墙系统的面积比例重新确定非连续部分的导热系数λ。最后利用重新确定的导热系数计算出最终的U值。

 

            图三 非连续截面原理图(参见THERM6.3/WINDOW6.3 NFRC Simulation Manual)


3、计算结果

3.1明框系统不考虑连续构件即常规计算结果:

3.1.1竖框不考虑非连续构件的计算结果:Uf = 6.65 W/(m2K)

 

3.1.2横框不考虑非连续构建的计算结果:Uf = 6.656 W/(m2K)

     

3.1.3竖框带翻窗框不考虑非连续构建的计算结果:Uf = 6.973 W/(m2K)

    

3.1.4横框带上翻窗框不考虑非连续构建的计算结果:Uf = 5.686 W/(m2K)

    

3.1.5横框带下翻窗框不考虑非连续构建的计算结果:Uf =7.499 W/(m2K)

     

3.2明框系统考虑连续构件计算结果

3.2.1竖框考虑非连续构件的计算结果:Uf =6.745 W/(m2K)

    

3.2.2横框考虑非连续构件的计算结果:Uf =7.777 W/(m2K)

3.2.3竖框带翻窗框考虑非连续构建的计算结果:Uf = 6.978 W/(m2K)

 

3.2.4横框带上翻窗框考虑非连续构建的计算结果:Uf = 7.19 W/(m2K)

       

3.2.5横框带下翻窗框考虑非连续构建的计算结果:Uf =7.5096 W/(m2K)

3.3隐框系统不考虑非连续构件即常规计算结果:

3.3.1竖框考虑非连续构件的计算结果:Uf = 4.72 W/(m2K)

     

3.3.2横框考虑非连续构件的计算结果:Uf = 4.3046 W/(m2K)

     

3.4隐框系统考虑连续构件即常规计算结果

3.4.1竖框考虑非连续构件的计算结果:Uf = 5.44W/(m2K)

 

3.4.2横框考虑非连续构件的计算结果:Uf = 7.77W/(m2K)

     

4.结果分析

 

5.结论

通过以上表格可以得出如下结论:

1.明框竖框部分受螺栓,螺钉的传热影响可以忽略。横框受螺栓螺钉影响较大,影响最明显的是开启部位玻璃托板。

2.隐框受螺栓,螺钉的传热影响较大,常规计算中通常忽略的托板,对隐框幕墙影响明显。

所以设计框架幕墙主要关注横框托板的影响,可以有效减小与实际实验误差,螺栓及螺钉起主要连接作用的幕墙竖框在实际实验中可以按照常规计算值增大20%考虑。

 

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