本文作者：楊仕超，楊華秋，馬 揚(yáng)
1 概述
當(dāng)前,
建筑節(jié)能在世界上受到人們的極大關(guān)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(guó)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(hù)結(jié)構(gòu)中最薄弱的環(huán)節(jié),歷來(lái)是建筑節(jié)能和室內(nèi)舒適性研究的重點(diǎn)。
目前獲取
建筑門窗幕墻
熱工性能的主要手段有實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和模擬計(jì)算。采用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算作為評(píng)價(jià)
門窗、幕墻節(jié)能性能的主要手段,在歐美等國(guó)家已廣泛應(yīng)用并得到社會(huì)的認(rèn)可,但在我國(guó)才剛剛開(kāi)始。在我國(guó)實(shí)際工程中,門窗的
傳熱系數(shù)主要由實(shí)驗(yàn)室測(cè)試得到,但由于測(cè)試的環(huán)境條件單元尺寸與實(shí)際工程差別較大,導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果有較大的誤差,所以直接將測(cè)試的數(shù)據(jù)用于實(shí)際工程也不完全正確。
《建筑門窗
玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》JCTJ/
T151-2008(以下簡(jiǎn)稱“《熱工計(jì)算規(guī)程》”)已2009年5月1日實(shí)施,為我國(guó)的門窗、幕墻熱工性能的軟件模擬計(jì)算奠定基礎(chǔ),解決了在此之前幕墻、門窗只能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的問(wèn)題。采用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算門窗幕墻熱工性能,需進(jìn)行以下的計(jì)算:
(1)玻璃系統(tǒng)光學(xué)熱工計(jì)算;
(2)框二維傳熱
有限元分析計(jì)算;
(3)門窗幕墻整體的熱工性能計(jì)算。
2 中外門窗幕墻熱工性能計(jì)算軟件介紹
2.1 軟件介紹
目前國(guó)外應(yīng)用范圍較廣且比較成熟的熱工性能計(jì)算軟件主要有美國(guó)勞倫斯伯克力國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Berkeley National Laboratory,簡(jiǎn)稱“LBNL” )開(kāi)發(fā)的Optics、THERM、WINDOW系列軟件;瑞士Informind Ltd軟件;比利時(shí)的Physibel實(shí)驗(yàn)室的BISC0軟件。
(1)LBNL的Optics、THERM、WINDOW系列軟件依據(jù)美國(guó)的NFRC系列標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā),主要針對(duì)美國(guó)NFRC(美國(guó)國(guó)家門窗等級(jí)評(píng)定委員會(huì))門窗節(jié)能性能標(biāo)識(shí),但由于軟件的權(quán)威性和免費(fèi)使用,在國(guó)內(nèi)有較大的用戶群體。
(2)依據(jù)歐盟標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的Flixo、BISC0軟件主要針對(duì)門窗、幕墻框二維有限元分析計(jì)算,在國(guó)內(nèi)的用戶較少;國(guó)內(nèi)的熱工性能模擬計(jì)算起步較晚,目前只有廣東省建筑科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的粵建科MQMC“
建筑幕墻門窗熱工性能計(jì)算軟件”,該軟件是我國(guó)唯一的符合《熱工計(jì)算規(guī)程》的熱工性能計(jì)算軟件。該軟件包含0pticsCC、ThemCN、CWWTC三個(gè)功能模塊,針對(duì)不同的用戶群體分別有門窗節(jié)能性能標(biāo)識(shí)版(免費(fèi)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(gè)版本。目前粵建科MQMC已成為國(guó)內(nèi)主要的門窗幕墻熱工性能計(jì)算軟件。
粵建科MQMC軟件已通過(guò)建設(shè)部的權(quán)威評(píng)估,專家一致認(rèn)為:該軟件是國(guó)內(nèi)首款符合《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》要求的軟件,具有創(chuàng)新性及實(shí)用性,達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。
2.2 軟件開(kāi)發(fā)依據(jù)
各國(guó)家或地區(qū)開(kāi)發(fā)的軟件主要為本地區(qū)或國(guó)家的
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù),也是規(guī)范技術(shù)的載體和表現(xiàn)。中外熱工性能模擬計(jì)算軟件的開(kāi)發(fā)依據(jù)如表1所示。
(1)LBNL系列軟件主要采用NFRC標(biāo)準(zhǔn)體系并參考ISO15099的“代替法”。由于標(biāo)準(zhǔn)的局限,LBNL軟件不適用于幕墻熱工性能的計(jì)算。
(2)粵建科MQMC在進(jìn)行門窗幕墻的熱工性能時(shí)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(jì)算。
(3)LBNL系列軟件和粵建科MQMC軟件包括玻璃光學(xué)熱工性能計(jì)算、框二維有限元分析計(jì)算、整窗熱工性能計(jì)算,而Flixo、BISC0軟件只能進(jìn)行門窗幕墻框的二維有限元分析計(jì)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(xué)熱工性能計(jì)算、色度計(jì)算;
②框二維有限元分析計(jì)算(玻璃邊緣區(qū)域法);
③NRFC常用簡(jiǎn)單窗型熱工性能計(jì)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(jìn)行門窗幕墻框的熱工性能評(píng)價(jià),缺少玻璃光學(xué)熱工性能和整窗熱工性能計(jì)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(gè)功能模塊,具有以下的功能：
①?gòu)?fù)雜窗型、整幅幕墻熱⊥性能計(jì)算,自動(dòng)生成計(jì)算報(bào)告;
②幕墻門窗框
節(jié)點(diǎn)CAD圖形自動(dòng)轉(zhuǎn)換,快速建模,二維傳熱有限元分析計(jì)算效率高。
③用戶玻璃數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)管理,多層玻璃系統(tǒng)光學(xué)熱工性能精確計(jì)算、色度計(jì)算等。
OpticsCC、ThermCN、CWWTC三個(gè)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(jì)算軟件計(jì)算對(duì)比
3.1 玻璃光學(xué)熱工性能計(jì)算結(jié)果對(duì)比
目前計(jì)算玻璃光學(xué)熱工性能時(shí)主要采用MQMC軟件或粵建科LBNL軟件,但由于軟件開(kāi)發(fā)所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)不同,汁算結(jié)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)(直射)。玻璃系數(shù)時(shí)光學(xué)熱I性能對(duì)比結(jié)果如表2所示,山于標(biāo)準(zhǔn)的不同,可尋致
遮陽(yáng)系數(shù)最大差異達(dá)13%。
自JGJ/T151于2009年5月1日實(shí)施以后,不少玻璃企業(yè)仍采用國(guó)外的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),選成玻璃光學(xué)熱工性能的差異,從而導(dǎo)致工程項(xiàng)日無(wú)法通過(guò)驗(yàn)收,國(guó)內(nèi)的玻璃企業(yè)這方面應(yīng)多加注意。
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國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主流熱工計(jì)算軟件推薦：（W-Energy2012）
軟件功能介紹：
① 框的K值計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算：在計(jì)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(chǔ)上，進(jìn)行加權(quán)平均，從而計(jì)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(jì)算。
④各類門窗的整窗K值計(jì)算：用以上計(jì)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(jìn)行加權(quán)平均，從而計(jì)算出整窗的傳熱系數(shù)，即整窗K值。
⑤
遮陽(yáng)系數(shù)計(jì)算：包括窗框遮陽(yáng)系數(shù)、玻璃遮陽(yáng)系數(shù)、外部遮陽(yáng)系數(shù)的計(jì)算，以及門窗整窗遮陽(yáng)系數(shù)的計(jì)算。
⑥在建筑幕墻熱工計(jì)算及分析中，增加了對(duì)不透明板幕墻的K值計(jì)算。
⑦門窗的
可見(jiàn)光透射比計(jì)算。
⑧玻璃及門窗和幕墻框的
結(jié)露性能計(jì)算。
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