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建筑門窗幕墻熱工計(jì)算系列軟件介紹及應(yīng)用

來源:廣東省建筑科學(xué)研究院  作者:楊華秋 馬揚(yáng)  日期:2009-7-3
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  摘 要 本文介紹了廣東省建筑科學(xué)研究院開發(fā)的建筑幕墻門窗熱工計(jì)算系列軟件的主要功能及實(shí)例應(yīng)用。作為國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》(JGJ/T 151-2008)的配套軟件,本系列軟件可進(jìn)行玻璃系統(tǒng)光學(xué)熱工計(jì)算、框二維傳熱有限元分析計(jì)算、整窗及整幅幕墻熱工計(jì)算,具有門窗、幕墻立面分格設(shè)計(jì)靈活、計(jì)算準(zhǔn)確、操作簡便等特點(diǎn),可幫助幕墻、門窗設(shè)計(jì)人員完成熱工設(shè)計(jì)。
  關(guān)鍵詞 門窗幕墻 熱工計(jì)算 軟件 二維傳熱 有限元分析 玻璃光譜
  2.2.2 Therm CN
  《幕墻、門窗框二維熱傳導(dǎo)有限元分析軟件》(Therm CN)為國內(nèi)首款可滿足《熱工計(jì)算規(guī)程》要求的框二維傳熱有限元分析軟件。Therm CN可進(jìn)行門窗、幕墻框傳熱系數(shù)、線傳熱系數(shù)、太陽能總透射比、框結(jié)露計(jì)算等。本軟件的主要功能包括:

  (1)實(shí)現(xiàn)了將DXF文件導(dǎo)入功能,建模簡單。

  (2)框節(jié)點(diǎn)二維熱傳導(dǎo)有限元分析計(jì)算;

  (3)數(shù)據(jù)庫管理,可進(jìn)行計(jì)算邊界條件庫、氣體庫、玻璃系統(tǒng)庫等數(shù)據(jù)庫的管理、添加、編輯等;

  (4)不同材料區(qū)域的自動(dòng)識(shí)別,單區(qū)域和多區(qū)域有限元網(wǎng)格自動(dòng)劃分以及智能化糾錯(cuò)機(jī)制;

  (5)可輸出窗框各坐標(biāo)點(diǎn)溫度,等溫線,溫度場,熱流,傳熱系數(shù)等計(jì)算結(jié)果;

  
  圖6 Therm CN 計(jì)算結(jié)果       

  
  圖7 Therm CN計(jì)算結(jié)果溫度分布

  2.2.3 CWWT
  《幕墻、門窗熱工性能設(shè)計(jì)計(jì)算軟件》(CWWTC)為國內(nèi)首款可以計(jì)算幕墻幅面的熱工性能的軟件,且可與Therm CN、Optics CC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,自動(dòng)輸出工程報(bào)告等。CWWTC軟件的主要功能:

  (1)現(xiàn)實(shí)自由劃分門窗、幕墻單元分格,可進(jìn)行單元尺寸任意設(shè)計(jì);

  (2)可根據(jù)中國各城市的氣候條件,進(jìn)行實(shí)際工程設(shè)計(jì) ;

  (3)進(jìn)行整窗熱工性能計(jì)算;

  (4)進(jìn)行幕墻單元及幕墻幅面熱工性能計(jì)算;

  (5)非透明幕墻與玻璃幕墻的組合計(jì)算;

  (6)自動(dòng)輸出詳細(xì)的門窗、幕墻熱工計(jì)算報(bào)告。

  
  圖8 門窗計(jì)算界面                   

  
  圖9 整幅幕墻計(jì)算界面

  3 熱工計(jì)算系列軟件應(yīng)用
  3.1 熱工計(jì)算系列軟件計(jì)算流程

  熱工計(jì)算系列軟件中Optics CC、CWWTC、Therm CN三個(gè)子軟件聯(lián)合操作過程如圖11所示。主要的計(jì)算流程為:

  (1)CWWTC作為總控軟件,進(jìn)行工程項(xiàng)目管理,根據(jù)工程所在地氣候參數(shù)生成計(jì)算條件并與Therm CN、Optics CC共享作為框計(jì)算和玻璃系統(tǒng)計(jì)算的邊界條件參數(shù);

  (2)自動(dòng)獲得計(jì)算邊界條件后,Optics CC軟件根據(jù)玻璃光譜數(shù)據(jù)計(jì)算玻璃系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件,并將結(jié)果反饋給CWWTC軟件及Therm CN軟件;Therm CN軟件計(jì)算各框節(jié)點(diǎn)的二維熱傳熱計(jì)算結(jié)果,并將結(jié)果反饋給CWWTC軟件;

  (3)CWWTC軟件匯總框的計(jì)算結(jié)果、玻璃系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果,并劃分和組合計(jì)算門窗或幕墻的傳熱系統(tǒng)、遮陽系數(shù)、可見光透射比等性能參數(shù),自動(dòng)輸出詳細(xì)的門窗或幕墻熱工計(jì)算報(bào)告。

 


   圖10 熱工計(jì)算系列軟件操作過程

  3.2 熱工計(jì)算系列軟件應(yīng)用
  采用該熱工計(jì)算系列軟件對(duì)某系列隔熱鋁合金型材節(jié)能窗案例進(jìn)行熱工計(jì)算,窗立面分格尺寸(寬3000×高2800mm)見圖16,該窗采用Low-E中空玻璃

  軟件根據(jù)《熱工計(jì)算規(guī)程》要求進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),采用表1的計(jì)算條件條件,門窗邊框的室外對(duì)流換熱系數(shù)hc,out取8 W/(m2.K),邊框附近玻璃邊緣(65mm內(nèi))的室外對(duì)流換熱系數(shù)hc,out取12 W/(m2.K)。

  表1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算邊界條件

  根據(jù)玻璃光譜數(shù)據(jù),采用Optics CC進(jìn)行玻璃光學(xué)熱工計(jì)算,其結(jié)果如表2所示,玻璃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及計(jì)算結(jié)果、玻璃系統(tǒng)光譜曲線分別如圖11、圖12所示。


  表2 玻璃系統(tǒng)光學(xué)熱工性能

  

  圖11 玻璃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及計(jì)算結(jié)果

  

  圖12 玻璃系統(tǒng)光譜曲線

  根據(jù)CWWTC軟件所生成的計(jì)算邊界條件及Optics CC軟件生成的玻璃系統(tǒng)數(shù)據(jù),利用Therm CN進(jìn)行框節(jié)點(diǎn)的二維傳熱有限元分析計(jì)算,計(jì)算的結(jié)果如表3所示。

  

  表3 框節(jié)點(diǎn)傳熱計(jì)算結(jié)果

  
  圖13 左框傳熱計(jì)算

  
  圖14 右框傳熱計(jì)算

  
  圖15 中堅(jiān)框傳熱計(jì)算

  根據(jù)Optics CC軟件生成的玻璃系統(tǒng)數(shù)據(jù),Therm CN計(jì)算框節(jié)點(diǎn)傳熱計(jì)算及產(chǎn)品設(shè)計(jì)邊界條件,采用CWWTC進(jìn)行整窗熱工性能計(jì)算。整樘窗熱工性能計(jì)算結(jié)果如表4所示。

  
  圖16 整樘窗計(jì)算模型

  

  表4 斷熱節(jié)能窗整樘窗熱工性能計(jì)算結(jié)果


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