玻璃幕墙U值理论计算与软件分析的对比.doc
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1、玻璃幕墙U值理论计算与软件分析的对比 来源:09年会论文集 作者:刘长龙 晁晓刚 日期:2009-4-13 页面功能 【字体:大 中 小】【打印】【关闭】【评论】摘要:本文通过对隐框和明框玻璃幕墙的U值理论计算和软件分析对比,寻求二者间计算结果的差别。关键词:热工,普通明框,隐框,隔热明框,玻璃,理论计算,软件分析。玻璃幕墙作为建筑的外维护体系,对整个建筑的热工性能有较大影响。我国于2005年4月4日发布公共建筑节能设计规范,2005年7月1日起正式实施,对幕墙传热系数提出了明确要求,同时也对幕墙的热工性能计算提出了新的要求。对幕墙热工的计算,有手工理论计算和软件分析两种途径。软件分析幕墙热工
2、性能,当前欧美采用比较成熟的软件有THERM6. 0、WINDOW5. 1及FLIXI2. 1。THERM和WINDOW软件由美国劳伦斯,贝克利国家实验室(LBNL)开发,FLIXI软件由瑞士苏黎士Imfamind股份公司开发。WINDOW5. 1是一个交互式的计算软件,该软件带有大型数据库,可通过交互选择各种窗框及玻璃来计算窗户传热系数U值THERM和FLIXI软件带有各种装饰用材料的热工参数库及室内外环境热工参数库,由用户给定需计算的幕墙及窗户截面进行计算,具有较好的针对性。THERM和FLIXI软件都采用有限元算法,都是基于热流量及热流量损失的计算软件。THERM基于有限元分析方法,计算
3、出的热流量有士3 %的误差,u值有大约土5%的误差。手工理论计算玻璃及幕墙热工性能,参考采用JGJ113-2003建筑玻璃应用技术规程附录C和建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程(征求意见稿)的计算理论。下面采用THERMfi.0热工计算软件,用软件计算分析普通明框、隐框及隔热明框玻璃幕墙的传热系数,并和理论计算结果进行对比。1.玻璃幕墙值理论计算方法 玻璃幕墙u值理论计算参考JGJ113一2003建筑玻璃应用技术规程附录C中对玻璃u值的计算理论,采用建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程(征求意见稿)中的玻璃幕墙u值计算理论和附录中推荐的对框的传热系数简化计算方法进行计算。具体方法如下: 玻璃幕墙整体u值计算
4、按以下公式: 玻璃的传热系数LT值计算方法 .1玻璃u值计算方法 U值表示玻璃传热的参数,表示热量通过玻璃中心部位而不考虑边缘效应,稳定条件下,玻璃两表面在单位环境温度差条件时,通过单位面积的热量。单位值按下列公式计算: 1. 1.3多层玻璃系统内部热传导系数计算 1.2框的传热系数计算方法 本处给出的所有的数值全部是幕墙垂直安装的情况。传热系数的数值包括了外框面积的影响。计算传热系数的数值时取内表面换热系数h*=8.0 W/扩K,外表面换热系数h=23 W/m2Ko 1.2.1塑料门窗框传热系数 1.2.3金属窗框传热系数 框的传热系数f的数值可以通过下列程序获得: 其中:d热断桥对应的铝合
5、金截面之间的最小距离; bj热断桥的宽度j; 2.THERM软件计算幕墙U值的内外部条件和材料参数 3. U值计算的幕墙立面分格及节点 4.普通明框玻璃幕墙U值计算 4.1软件分析计算普通明框玻璃幕墙u值 幕墙按1.5 x 1.5m分格、采用6十12A +6LowE中空玻璃 1)竖框F1截面的热量线损耗 5.隔热明框玻璃幕墙U值计算 5.1软件分析计算m热明框玻璃幕墙U值.理论计算隔热明框玻璃幕墙值 .隐框玻璃幕墙值计算.软件分析计算隐框玻璃幕墙值幕墙按.乘以.,采用中空玻璃)竖框截面的热量线耗损 6.2理论计算隐框玻璃幕墙U值 1)6十12A十6LowE中空玻璃传热系计算 =1. 7769W
6、/(mK),计算过程略,详见参考文献10。 框传热系数计算 由以上计算结果对比可以看出: l)隐框玻璃幕墙由于其铝合金内框处于室内,和室外直接接触的只有导热系数较低的玻璃和耐候胶,所以幕墙的整体传热系数低,热工性能好; 2)普通明框玻璃幕墙由于其室外的铝合金装饰条和室内的铝合金框直接接触,铝合金的导热系数为160 W/(mk),所以在该部位形成一个良好的热通道,虽然也采用6十l2A+6Low一E中空玻璃,但铝合金框部位的热量损失太大,从而导致幕墙的整体传热系数较高,幕墙的热工性能较差; 3)隔热明框玻璃幕墙在室外的铝合金装饰条和室内的铝合金框之间采用聚酞胺尼龙66断热隔条隔离,断热隔条的导热系
7、数为0. 3W/(mk),起到良好的断桥隔热作用,有效降低了铝合金框部份的热量损失,保证幕墙的整体热Y隆能优良,达到和隐框幕墙相当的传热系数。 4)由上表可以看出,采用软件计算和手工理论计算幕墙的传热系数u值,两种计算方法的结果基本吻合,最大相差在4%左右,出现该差别的主要原因在于软件自身的计算误差和手工计算中对计算模型、方法的简化。参考文献 1公共建筑节能设计标准GB50189一2005.中国建筑工业出版社,2005.2民用建筑热工设计规范GB50176一1993.中国建筑工业出版社,1993. 3建筑玻璃应用技术规程)7G7113一2003.中国建筑工业出版社,20034公共建筑节能设计标
8、准宜贯辅导教材.中国建筑工业出版社,2005.5涂逢详,主编节能窗技术.中国建筑工业出版社,20036张芹.玻璃幕墙如何贯彻执行公共建筑节能设计标准.门窗幕墙信息,2005.9. 7张芹.玻璃幕墙与建筑节能,门窗幕墙信息,2005.11. 8谢士涛,童格林.节能型建筑幕墙的构造设计.中国建筑装饰,2006.1. 9建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程(征求意见稿) 10晃晓刚,刘长龙.玻璃盯值理论计算与软件分析的对比.中国建筑装饰,2008.3.11国外参考资料 ISO 10077一1:2000一07;窗、门和百叶窗的热性能一热传送的计算一第一部分:简化方法.12prEN ISO 10077一2: 2
9、000一12:窗、门和百叶窗的热性能一热传送的计算一第二部分:框的数值化方法. 13ENIS010211一2;2001;建筑物的热桥一热流和表面温度一第二部分:线性热桥计算.14EN 673;1999一01;建筑物玻璃一测定热传输(U值)一计算方法德文版EN673;199715EN IS06946:1996;建筑组件和建筑构件一耐热和热传轴一计算方法. WINDOWS. 5.1,加州大学萤事,国际玻璃窗数据库(IGDB)版本, 16SO/FDIS 15099:2003;窗,门和遮阳装置的热性能一详细计算17ASHRAE,2001,能量计算的国际现状(万WEC现状文件),用户手册和CB一ROM,
10、亚特兰原文已完。下文为附加论文,如不需要,下载后可以编辑删除,谢谢! 轰燃对建筑室内火灾灭火救援的影响【摘 要】:在室内轰燃研究理论基础上,简要介绍了轰燃的定义和轰燃判据,并结合建筑火灾实际情况,分析了因轰燃引起的室内火灾中灭火救援难点问题,根据轰燃的特点,提出了应对此类火灾的灭火救援对策,为消防部队处置室内轰燃火灾提供参考。【关键词】:消防; 建筑火灾; 轰燃; 灭火救援一、引 言轰燃是室内火灾发展过程中的一种特殊燃烧现象。室内发生火灾后,若具备合适的燃料和通风条件,就可能发生轰燃。轰燃一旦发生,室内所有可燃物会在极短时间内同时全面着火,室内整个空间都充满火焰,可燃物燃烧速率和室内温度急剧上
11、升,并且室内会产生大量有毒烟气,氧气浓度也随之急剧下降。这些都会使室内人员受到严重威胁,也给消防灭火救援带来极大困难。国内外发生的很多建筑火灾事故中,轰燃就是造成严重人员伤亡和财产损失的元凶,如新疆克拉玛依友谊馆火灾、洛阳东都商厦火灾、吉林中百商厦火灾、英国布拉德福市足球场火灾和皇家十字地铁车站火灾。因此,结合轰燃的特点和危害性,分析轰燃对建筑火灾中灭火救援工作造成的难点问题,有针对性的加强对室内火灾的控制,对于提高消防部队灭火救援工作效率具有重要意义。二、轰燃及相关研究(一)轰燃定义NFPA 921中轰燃定义为:室内火灾发展的一个过渡阶段,热辐射作用下的所有可燃物在轰燃时几乎同时着火,火焰迅
12、速在室内所有物体传播蔓延,室内形成一片火海。轰燃的发生是火灾失控发展的危险信号,产生的高温烟气会对建筑结构安全产生严重影响,强大的破坏力往往造成恶性死伤事故和巨大财产损失,极易造成群死群伤事故与巨额财产损失,也是火灾即将向临近区域蔓延的重要标志。目前对轰燃还没有统一的定义,比较常用的三种:(1)室内火灾由局部火向大火的转变,转变完成后,室内所有可燃物表面都开始燃烧;(2)室内燃烧由燃料控制向通风控制的转变;(3)在室内顶棚下方积聚的未燃气体或蒸气突然着火而造成火焰迅速扩展。(二)轰燃判据及预测室内火灾是一种受限空间内的燃烧,是建筑火灾的主要形式,将发生轰燃的条件量化为可以测量或计算的物理量是一
13、件极为困难的事情。现在应用最多的三个轰燃判据为:(1)室内接近顶棚热烟气温度超过600;(2)室内地板平面辐射热通量超过20 kW/m2;(3)通风口有火焰喷出。以上判据都源于火灾实验观察结果,虽然具有一定局限性,但可以作为判定轰燃的参考标准。对轰燃的预测方法,不同的研究者提出了不同的温度和热通量判据。V.Barauskas、McCaffrey、Quintiere、Harkleroad、Thomas等分别提出了基于热释放速率预测轰燃的经验公式。此外,武警学院陈爱平教授将内衬材料的热惯性因素引入考虑,基于McCaffrey的方法提出了轰燃综合预测法;B.Hagglund等建议采用临界轰燃燃烧速率
14、预测轰燃;J.G. Quintiere等提出采用临界轰燃燃料面积预测轰燃;S.R.Bishop根据经典热爆炸和非线性热动力学理论温度微分方程特征值预测轰燃等。这些预测方法的实用性和精确性还有待改进。三、轰燃对室内火灾灭火救援的影响(一)轰燃时间预测困难,影响灭火救援决策消防部队在轰燃前到达现场,如果未及时预测和侦察到轰燃,急剧升高的温度和喷出火焰会对消防队员造成伤害。消防官兵到火场后,没有人能够准确预测是否会发生轰燃和什么时候发生轰燃。有些火灾,消防员内攻进入室内的瞬间就可能被卷入火海中,而有些火灾,在灭火救援进行过程中突然轰燃,也有的至灭火战斗结束也不发生轰燃。如何在火场快速判断轰燃发生的可
15、能性及时间,仍是一线消防指挥员的一个难题。而目前对轰燃的预测研究多限于学术理论方面,并没有便于在灭火救援现场操作的轰燃预测仪器或技术手段。指挥员只能依靠个人积累的灭火经验,对轰燃的感官印象及火情侦查情况进行初略判断,容易导致现场决策低效率、低质量,甚至做出错误的决策,造成不必要的人员伤亡和财产损失。(二)火场温度高,灭火进攻困难室内发生轰燃后,火势突然猛涨,进入全面燃烧阶段,产生的高温能达到1000左右。有关研究表明,对于没有任何保护的皮肤,只要暴露在137-160的环境中就会造成严重伤害。扑救建筑火灾最有效的灭火措施是内攻,而轰燃产生如此的高温会对消防员产生强烈的烘烤,加上可能从门窗喷出的火
16、焰和高温烟气,消防队员很难近距离灭火,内攻更加危险、艰难。如灭火中水枪掩护不充分,个人防护不周全,还会危及消防员人身安全。同时由于轰燃中可燃物不完全燃烧会产生大量有毒浓烟和气体,降低了火场能见度,更加难以发现较隐蔽的火势威胁,影响了灭火效率。(三)室内充满烟气,搜索救援难度大轰燃发生前,大量积聚的浓烟和高温会迫使消防员将身子放低,弯腰或匍匐前进,在搜索被困人员时行动不便,效率低下。此外,室内积聚的浓烟具有较强的减光性,室内能见度很低,对侦查和搜救非常不利,受困人员也无法自行安全疏散,消防员也有误入危险区域和迷路的危险。轰燃后转为全面燃烧,燃烧更为猛烈,无法深入开展室内救援,而由于燃烧速率急剧增
17、长,因燃料不充分燃烧会产生大量有毒气体如:CO、H2S、HCL、SO2等,导致被困人员中毒、窒息,消防灭火救援时间更加紧迫,人员疏散更加困难。(四)建筑受高温烘烤,结构有倒塌危险室内轰燃发生后,释热速率急剧增大,温度急剧升高,达到500-600的高温,最高可达1000左右,建筑构件的强度在高温、强烈热辐射作用下会下降。混凝土在高于300温度作用下抗压强度线性下降,超过600时抗拉强度基本丧失,在900左右时抗压强度下降到常温时的10%;钢结构虽不燃烧,但在火灾高温中强度会迅速下降,500左右时全负荷钢结构就会失去静态平衡稳定性,600其强度下降2/3,进而结构发生变形引发倒塌。因此轰燃扑救过程
18、中,建筑结构很容易发生局部倒塌甚至整体坍塌,使室内人员受到威胁,影响消防救援工作。(五)火焰易窜出蔓延,控制火势难度大室内具备轰燃条件时,可能在着火3-10 min后就会发生轰燃,消防队赶赴火场后可能已经发生轰燃,火灾发展至猛烈燃烧阶段,第一出动力量如对火灾形势估计不足,到达火场后往往控制不住逐渐增长蔓延的火势。此外,轰燃后伴随着喷出火焰和飞火,能冲出着火房间,造成火势蔓延。而且轰燃产生的强烈辐射热也对临近可燃物形成威胁,强辐射热也是火势向上层和四周扩散蔓延的主要原因。四、预防和控制轰燃的灭火救援对策(一)全面侦查火情,注意轰燃征兆在处置建筑室内火灾时,应全面侦查火情,快速掌握起火房间位置、火
19、势大小、人员被困情况、室内可燃物数量与类别、建筑结构特点、周围毗邻建筑情况等,尤其对于通风不好且室内可燃物数量较多时,应提高警惕,密切监视,谨防轰燃突发造成恶性事故。为延缓或避免可能发生的轰燃,到场后应确保室内自动喷水灭火系统动作,尽量为后续灭火与人员疏散救援争取时间。同时应派安全员密切注意轰燃发生征兆,轰燃的警报信号主要是高温辐射、“闪燃”和“白烟”。有条件进入室内侦查时,如发现室内烟气温度较低,则轰燃可能性不大,应及时出开花水冷却;如消防员进入后,明显受到高温烘烤,热烟气层不断变厚,表明有轰燃危险,应及时撤离至外围控制火势。同时,消防员进入室内时,还应密切关注是否有浓烟从门窗翻滚、溢出,或
20、则浓烟中夹杂有较小火焰和闪燃现象,如果出现这些征兆,则说明此房间具有轰燃的危险。(二)准确迅速,疏散抢救人员轰燃具有一定突发危险性,消防部队到达火场后,人员抢救时间非常有限,在迅速掌握火情和人员被困情况后,积极做好冷却防护同时,立即组织精干人员成立搜救小分队,展开人员疏散和救援。进入室内救援前,应根据人员被困位置和数量,确定好各小组任务,定好一次作业时间、紧急情况联络方式和撤离路线。每个搜救人员都应穿好灭火服,必要时穿防火服,佩戴空气呼吸器,在水枪跟进掩护中小心进入。搜索时2人或3人一小组,协同搜寻,尽量靠墙前进,弯腰或则匍匐行进,能见度太低时要利用导向绳保护,防止在浓烟中迷路,并密切注意火情
21、变化,随时做好紧急撤离准备。在搜救中注意检查门窗附近有无昏迷人员,当室内烟气温度过高时,不能进入火场内部太远,严格按照作业时间行动,按时返回。如果赶到火场轰燃已经发生,不要盲目进入室内,应先设法进行通风散热,控制火势,适当破拆开辟救人通道,待火势稍减再内攻灭火救援。(三)喷雾冷却稀释,适时通风散热轰燃前和轰燃后都要出枪射水,如能直接对火源射水,可有效降低火源热释放速率,降低火焰区温度,能延迟或抑制轰燃发生。但区别于普通建筑火灾,轰燃火灾处置中水枪的射流形式、射水部位都有特殊要求。对于轰燃火灾,室内烟气层很厚,可燃气体浓度大,如果仅用直流水冷却灭火,可以对火焰区起到降温作用,对未燃材料起到润湿和
22、减缓热分解作用,但对热烟气层效果不明显,所以射水直击火源的同时还需要开花水或喷雾水对热烟气层实施稀释、冷却。向热烟气层喷水雾一方面可以降低烟气温度,减小热烟气的热辐射,另一方面水雾滴吸热汽化后可以稀释可燃气浓度。现在大多室内顶部有易燃装修材料,还要注意向屋顶和墙壁射水冷却。扑救轰燃火灾时,还要注意适时通风和排烟,李晋等研究发现在增大房间送风量,轰燃时间提前,稳定送风量并加大排烟量时,轰燃不发生。杜兰萍等研究表明,燃料一定时,排烟量与送风量之比大于某定值就不会发生轰燃。送风可通入新鲜空气,排烟可减少热烟气浓度,有利于室内散热,所以在轰燃前采取合理通风排烟措施,比如打开门窗、启动机械排烟装置等都有
23、利于灭火救援。但对于通风的时机和通风量的大小,指挥员一定要正确把握,对于已经充满浓烟的高温密闭的房间,谨防因开门通风引起回燃。(四)小队突击,内攻灭火通常对建筑火灾最有效的灭火措施就是内攻,直击火点,消灭火势。轰燃火灾由于高温、强辐射、室内热烟气浓、建筑有倒塌风险等特点,应该谨慎选择内攻时机,把突发险情的危害降到最低。在仔细侦查火情,掌握火势发展态势后,确保无轰燃发生危险征兆,比如:观察门窗有无浓烟翻滚或闪燃,着火房间门把手是否很热,室内烟气是否有明显的烘烤灼热感等。同时还应确保建筑没有倒塌危险,内攻进入时以精干小组为单位,做好安全防护和掩护,交叉掩护前进,注意避开吊顶、高热区等危险,遇有紧急
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