本文作者：楊仕超，楊華秋，馬 揚
1 概述
當前,
建筑節(jié)能在世界上受到人們的極大關注,建筑節(jié)能已經(jīng)成為不可阻擋的世界性大潮流,建筑節(jié)能工作已經(jīng)成為各國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。
門窗幕墻是建筑
圍護結構中最薄弱的環(huán)節(jié),歷來是建筑節(jié)能和室內(nèi)舒適性研究的重點。
目前獲取
建筑門窗幕墻
熱工性能的主要手段有實驗室測試和模擬計算。采用計算機模擬計算作為評價
門窗、幕墻節(jié)能性能的主要手段,在歐美等國家已廣泛應用并得到社會的認可,但在我國才剛剛開始。在我國實際工程中,門窗的
傳熱系數(shù)主要由實驗室測試得到,但由于測試的環(huán)境條件單元尺寸與實際工程差別較大,導致測試結果有較大的誤差,所以直接將測試的數(shù)據(jù)用于實際工程也不完全正確。
《建筑門窗
玻璃幕墻熱工計算規(guī)程》JCTJ/
T151-2008(以下簡稱“《熱工計算規(guī)程》”)已2009年5月1日實施,為我國的門窗、幕墻熱工性能的軟件模擬計算奠定基礎,解決了在此之前幕墻、門窗只能進行實驗室測試的問題。采用計算機模擬計算門窗幕墻熱工性能,需進行以下的計算:
(1)玻璃系統(tǒng)光學熱工計算;
(2)框二維傳熱
有限元分析計算;
(3)門窗幕墻整體的熱工性能計算。
2 中外門窗幕墻熱工性能計算軟件介紹
2.1 軟件介紹
目前國外應用范圍較廣且比較成熟的熱工性能計算軟件主要有美國勞倫斯伯克力國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory,簡稱“LBNL” )開發(fā)的Optics、THERM、WINDOW系列軟件;瑞士Informind Ltd軟件;比利時的Physibel實驗室的BISC0軟件。
(1)LBNL的Optics、THERM、WINDOW系列軟件依據(jù)美國的NFRC系列標準開發(fā),主要針對美國NFRC(美國國家門窗等級評定委員會)門窗節(jié)能性能標識,但由于軟件的權威性和免費使用,在國內(nèi)有較大的用戶群體。
(2)依據(jù)歐盟標準開發(fā)的Flixo、BISC0軟件主要針對門窗、幕墻框二維有限元分析計算,在國內(nèi)的用戶較少;國內(nèi)的熱工性能模擬計算起步較晚,目前只有廣東省建筑科學研究院開發(fā)的粵建科MQMC“
建筑幕墻門窗熱工性能計算軟件”,該軟件是我國唯一的符合《熱工計算規(guī)程》的熱工性能計算軟件。該軟件包含0pticsCC、ThemCN、CWWTC三個功能模塊,針對不同的用戶群體分別有門窗節(jié)能性能標識版(免費版)、
玻璃企業(yè)專用版、門窗企業(yè)專用版和
幕墻企業(yè)專用版4個版本。目前粵建科MQMC已成為國內(nèi)主要的門窗幕墻熱工性能計算軟件。
粵建科MQMC軟件已通過建設部的權威評估,專家一致認為:該軟件是國內(nèi)首款符合《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程》要求的軟件,具有創(chuàng)新性及實用性,達到了國際先進水平。
2.2 軟件開發(fā)依據(jù)
各國家或地區(qū)開發(fā)的軟件主要為本地區(qū)或國家的
技術標準服務,也是規(guī)范技術的載體和表現(xiàn)。中外熱工性能模擬計算軟件的開發(fā)依據(jù)如表1所示。
(1)LBNL系列軟件主要采用NFRC標準體系并參考ISO15099的“代替法”。由于標準的局限,LBNL軟件不適用于幕墻熱工性能的計算。
(2)粵建科MQMC在進行門窗幕墻的熱工性能時主要采用JCTJ/T151與ISO15099推薦方法一致,并可用于幕墻的熱工性計算。
(3)LBNL系列軟件和粵建科MQMC軟件包括玻璃光學熱工性能計算、框二維有限元分析計算、整窗熱工性能計算,而Flixo、BISC0軟件只能進行門窗幕墻框的二維有限元分析計算。
2.3 軟件功能介紹
(1)LBNL系列軟件功能介紹
LBNL的Optics、THERM、WINDOW系列軟件具有如下功能:
①玻璃系統(tǒng)光學熱工性能計算、色度計算;
②框二維有限元分析計算(玻璃邊緣區(qū)域法);
③NRFC常用簡單窗型熱工性能計算;0ptics、THERM、WINDOW軟件操作界面分別如圖1、圖2、圖3所示。
(2)Flixo、BIsCo軟件功能介紹
Flixo軟件與BISC0軟件功能相似,主要進行門窗幕墻框的熱工性能評價,缺少玻璃光學熱工性能和整窗熱工性能計算功能。Flixo軟件、BISC0軟件操作界面分別如圖4、5所示。
(4)粵建科MQMC軟件功能介紹
粵建科MQMC軟件包含OptocsCC、ThermCN、CWWTC三個功能模塊,具有以下的功能：
①復雜窗型、整幅幕墻熱⊥性能計算,自動生成計算報告;
②幕墻門窗框
節(jié)點CAD圖形自動轉換,快速建模,二維傳熱有限元分析計算效率高。
③用戶玻璃數(shù)據(jù)動態(tài)管理,多層玻璃系統(tǒng)光學熱工性能精確計算、色度計算等。
OpticsCC、ThermCN、CWWTC三個功能模塊操作界面分別如圖6、圖7、圖8所示。
3 中外門窗幕墻熱工性能計算軟件計算對比
3.1 玻璃光學熱工性能計算結果對比
目前計算玻璃光學熱工性能時主要采用MQMC軟件或粵建科LBNL軟件,但由于軟件開發(fā)所依據(jù)的標準不同,汁算結果也有巨大的差異。
粵建科MQMC所依據(jù)的JGJ/T151采用ISO9845-1第5類標準光譜數(shù)椐(直射+散射),這與ISO 9050是一致的;LBNL軟件所依據(jù)NFRC300采用IS09845-1第2類標準光譜數(shù)據(jù)(直射)。玻璃系數(shù)時光學熱I性能對比結果如表2所示,山于標準的不同,可尋致
遮陽系數(shù)最大差異達13%。
自JGJ/T151于2009年5月1日實施以后,不少玻璃企業(yè)仍采用國外的技術標準,選成玻璃光學熱工性能的差異,從而導致工程項日無法通過驗收,國內(nèi)的玻璃企業(yè)這方面應多加注意。
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國內(nèi)市場主流熱工計算軟件推薦：（W-Energy2012）
軟件功能介紹：
① 框的K值計算：可適用于
塑料框、普通
鋁合金框、穿條式
隔熱鋁合金框、
澆注式
隔熱鋁合金框、木框等。玻璃的K值計算：包括單層玻璃、
中空玻璃（雙層、三層和四層）、
夾膠玻璃、
中空夾膠玻璃的K值計算。
線傳熱系數(shù)的分析與選擇：框與玻璃鑲嵌處的線傳熱系數(shù)分析與選擇。
②各類門窗、幕墻綜合傳熱系數(shù)（整體K值）計算：在計算或分析出框的K值、玻璃（或各類不透明板）的K值和框與玻璃鑲嵌處的線傳熱系數(shù)的基礎上，進行加權平均，從而計算出門窗和幕墻的綜合傳熱系數(shù)，即整體K值。
③窗框與玻璃鑲嵌處的線傳熱系數(shù)計算。
④各類門窗的整窗K值計算：用以上計算出的窗框K值、玻璃K值以及窗框與玻璃鑲嵌處的線傳熱系數(shù)，進行加權平均，從而計算出整窗的傳熱系數(shù)，即整窗K值。
⑤
遮陽系數(shù)計算：包括窗框遮陽系數(shù)、玻璃遮陽系數(shù)、外部遮陽系數(shù)的計算，以及門窗整窗遮陽系數(shù)的計算。
⑥在建筑幕墻熱工計算及分析中，增加了對不透明板幕墻的K值計算。
⑦門窗的
可見光透射比計算。
⑧玻璃及門窗和幕墻框的
結露性能計算。
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