本文作者：杨仕超，杨华秋，马 扬
1 概述
当前,
建筑节能在世界上受到人们的极大关注,建筑节能已经成为不可阻挡的世界性大潮流,建筑节能工作已经成为各国可持续发展战略的重要组成部分。
门窗幕墙是建筑
围护结构中最薄弱的环节,历来是建筑节能和室内舒适性研究的重点。
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建筑门窗幕墙
热工性能的主要手段有实验室测试和模拟计算。采用计算机模拟计算作为评价
门窗、幕墙节能性能的主要手段,在欧美等国家已广泛应用并得到社会的认可,但在我国才刚刚开始。在我国实际工程中,门窗的
传热系数主要由实验室测试得到,但由于测试的环境条件单元尺寸与实际工程差别较大,导致测试结果有较大的误差,所以直接将测试的数据用于实际工程也不完全正确。
《建筑门窗
玻璃幕墙热工计算规程》JCTJ/
T151-2008(以下简称“《热工计算规程》”)已2009年5月1日实施,为我国的门窗、幕墙热工性能的软件模拟计算奠定基础,解决了在此之前幕墙、门窗只能进行实验室测试的问题。采用计算机模拟计算门窗幕墙热工性能,需进行以下的计算:
(1)玻璃系统光学热工计算;
(2)框二维传热
有限元分析计算;
(3)门窗幕墙整体的热工性能计算。
2 中外门窗幕墙热工性能计算软件介绍
2.1 软件介绍
目前国外应用范围较广且比较成熟的热工性能计算软件主要有美国劳伦斯伯克力国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory,简称“LBNL” )开发的Optics、THERM、WINDOW系列软件;瑞士Informind Ltd软件;比利时的Physibel实验室的BISC0软件。
(1)LBNL的Optics、THERM、WINDOW系列软件依据美国的NFRC系列标准开发,主要针对美国NFRC(美国国家门窗等级评定委员会)门窗节能性能标识,但由于软件的权威性和免费使用,在国内有较大的用户群体。
(2)依据欧盟标准开发的Flixo、BISC0软件主要针对门窗、幕墙框二维有限元分析计算,在国内的用户较少;国内的热工性能模拟计算起步较晚,目前只有广东省建筑科学研究院开发的粤建科MQMC“
建筑幕墙门窗热工性能计算软件”,该软件是我国唯一的符合《热工计算规程》的热工性能计算软件。该软件包含0pticsCC、ThemCN、CWWTC三个功能模块,针对不同的用户群体分别有门窗节能性能标识版(免费版)、
玻璃企业专用版、门窗企业专用版和
幕墙企业专用版4个版本。目前粤建科MQMC已成为国内主要的门窗幕墙热工性能计算软件。
粤建科MQMC软件已通过建设部的权威评估,专家一致认为:该软件是国内首款符合《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》要求的软件,具有创新性及实用性,达到了国际先进水平。
2.2 软件开发依据
各国家或地区开发的软件主要为本地区或国家的
技术标准服务,也是规范技术的载体和表现。中外热工性能模拟计算软件的开发依据如表1所示。
(1)LBNL系列软件主要采用NFRC标准体系并参考ISO15099的“代替法”。由于标准的局限,LBNL软件不适用于幕墙热工性能的计算。
(2)粤建科MQMC在进行门窗幕墙的热工性能时主要采用JCTJ/T151与ISO15099推荐方法一致,并可用于幕墙的热工性计算。
(3)LBNL系列软件和粤建科MQMC软件包括玻璃光学热工性能计算、框二维有限元分析计算、整窗热工性能计算,而Flixo、BISC0软件只能进行门窗幕墙框的二维有限元分析计算。
2.3 软件功能介绍
(1)LBNL系列软件功能介绍
LBNL的Optics、THERM、WINDOW系列软件具有如下功能:
①玻璃系统光学热工性能计算、色度计算;
②框二维有限元分析计算(玻璃边缘区域法);
③NRFC常用简单窗型热工性能计算;0ptics、THERM、WINDOW软件操作界面分别如图1、图2、图3所示。
(2)Flixo、BIsCo软件功能介绍
Flixo软件与BISC0软件功能相似,主要进行门窗幕墙框的热工性能评价,缺少玻璃光学热工性能和整窗热工性能计算功能。Flixo软件、BISC0软件操作界面分别如图4、5所示。
(4)粤建科MQMC软件功能介绍
粤建科MQMC软件包含OptocsCC、ThermCN、CWWTC三个功能模块,具有以下的功能：
①复杂窗型、整幅幕墙热⊥性能计算,自动生成计算报告;
②幕墙门窗框
节点CAD图形自动转换,快速建模,二维传热有限元分析计算效率高。
③用户玻璃数据动态管理,多层玻璃系统光学热工性能精确计算、色度计算等。
OpticsCC、ThermCN、CWWTC三个功能模块操作界面分别如图6、图7、图8所示。
3 中外门窗幕墙热工性能计算软件计算对比
3.1 玻璃光学热工性能计算结果对比
目前计算玻璃光学热工性能时主要采用MQMC软件或粤建科LBNL软件,但由于软件开发所依据的标准不同,汁算结果也有巨大的差异。
粤建科MQMC所依据的JGJ/T151采用ISO9845-1第5类标准光谱数椐(直射+散射),这与ISO 9050是一致的;LBNL软件所依据NFRC300采用IS09845-1第2类标准光谱数据(直射)。玻璃系数时光学热I性能对比结果如表2所示,山于标准的不同,可寻致
遮阳系数最大差异达13%。
自JGJ/T151于2009年5月1日实施以后,不少玻璃企业仍采用国外的技术标准,选成玻璃光学热工性能的差异,从而导致工程项日无法通过验收,国内的玻璃企业这方面应多加注意。
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国内市场主流热工计算软件推荐：（W-Energy2012）
软件功能介绍：
① 框的K值计算：可适用于
塑料框、普通
铝合金框、穿条式
隔热铝合金框、
浇注式
隔热铝合金框、木框等。玻璃的K值计算：包括单层玻璃、
中空玻璃（双层、三层和四层）、
夹胶玻璃、
中空夹胶玻璃的K值计算。
线传热系数的分析与选择：框与玻璃镶嵌处的线传热系数分析与选择。
②各类门窗、幕墙综合传热系数（整体K值）计算：在计算或分析出框的K值、玻璃（或各类不透明板）的K值和框与玻璃镶嵌处的线传热系数的基础上，进行加权平均，从而计算出门窗和幕墙的综合传热系数，即整体K值。
③窗框与玻璃镶嵌处的线传热系数计算。
④各类门窗的整窗K值计算：用以上计算出的窗框K值、玻璃K值以及窗框与玻璃镶嵌处的线传热系数，进行加权平均，从而计算出整窗的传热系数，即整窗K值。
⑤
遮阳系数计算：包括窗框遮阳系数、玻璃遮阳系数、外部遮阳系数的计算，以及门窗整窗遮阳系数的计算。
⑥在建筑幕墙热工计算及分析中，增加了对不透明板幕墙的K值计算。
⑦门窗的
可见光透射比计算。
⑧玻璃及门窗和幕墙框的
结露性能计算。
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