前言
塑料型材與閘窗的熱工性能是保溫節(jié)能門窗的主要指標(biāo)。根據(jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施一節(jié)能專篇》(2007)中規(guī)定,以哈爾濱地區(qū)為例(屬嚴(yán)寒B區(qū)),在窗墻面積比為6.3~0.5范圍內(nèi)時(shí),外窗(含陽(yáng)臺(tái)門透明部分)的傳熱系數(shù)限值K在2.1~1.8W/㎡·K。
外窗是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能最薄弱的部位,盡管面積一般只占建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積的1/3~1/5,但多數(shù)建筑中通過(guò)窗戶消耗的采暖和制冷熱能損失,往往占到建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗的一半以上 1。熱量主要經(jīng)由外窗玻璃、型材和邊緣結(jié)合部分散失,其中通過(guò)型材散失的熱量比例約占10%~30% 2,通過(guò)玻璃散失的熱量比例約占60%以上 3,因而提高整窗熱工性能的重要途徑之一就是改善型材及中空玻璃的熱工性能。
按照國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目子課題目標(biāo)要求,嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)建筑外窗體系研制的考核指標(biāo)為外窗的傳熱系數(shù)K≤ 1.8W/㎡·K。哈爾濱中大化學(xué)建材 有限公司作為在嚴(yán)寒地區(qū)生產(chǎn)和應(yīng)用塑料型材、門窗的典型企業(yè),在中目建筑科學(xué)研究院物理所和北京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與I程學(xué)院的配合下,運(yùn)用門窗熱工性能模擬軟件Them,系統(tǒng)三種腔、四腔、五腔和六腔系列塑料型材及雙玻窗、三玻窗、四玻窗和雙層窗的熱工性能進(jìn)行了模擬計(jì)算。針對(duì)計(jì)算結(jié)果及研制過(guò)程中的點(diǎn)滴體會(huì)作一介紹,藉此對(duì)型材、門窗的熱工性能作出合理的評(píng)價(jià),為型材和門窗的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供一個(gè)參考依據(jù)。
一、模擬過(guò)程簡(jiǎn)介
1.模擬軟件簡(jiǎn)介
Therm是美國(guó)能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory, 簡(jiǎn)稱LBNL）研究開(kāi)發(fā)的門窗熱工性能模擬軟件,該軟件符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS0 10077-2:2003(Therma1perfomance of windows, doors and shutters-Calculation of ther-mal transmittance— Part 2: Numerical method for frames),已得到美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞等國(guó)家相關(guān)部門的認(rèn)可。
2.邊界條件
計(jì)算采用我罔建筑門窗節(jié)能性能標(biāo)識(shí)實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一采用的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境邊界條件,其相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1,室內(nèi)空氣溫度T㏑=20℃ ,室內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)hc,in=3.6W/m2· K,室內(nèi)平均輻射溫度Trm,in=Tin=20℃；室外空氣溫度T頓=0℃ ,室外對(duì)流換熱系hc,out=20W/m2· K,室外平均輻射溫度Trm,out=Tout=0℃。
表１模擬計(jì)算邊界條件
二、型材傳熱系數(shù)模擬計(jì)算
1.型材傳熱系數(shù)模擬設(shè)計(jì)
因?yàn)樾筒牡臒峁ば阅芘c型材的厚度、壁厚、腔室數(shù)、腔體形狀等因素有關(guān),所以模擬分別采用哈爾濱中大化學(xué)建材有限公司66、70 系列塑料型材設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
66、77 系列型材均為不同腔室數(shù)目的三玻三密封平開(kāi)窗型材,腔室數(shù)目(包括型鋼腔)分別為四、五和六腔。為研究腔室(除型鋼腔)空氣層厚度對(duì)型材熱工性能的影響,特設(shè)計(jì)型材的型鋼腔室\可視面與非可視面壁厚、間隔壁厚、密封構(gòu)造等相應(yīng)結(jié)構(gòu)的尺寸均相同,從而得到了腔室的數(shù)目和尺寸不同的系列型材(見(jiàn)圖1、2)。66、77系列型材的腔室數(shù)目及尺寸見(jiàn)表2。
圖1 70系列六腔三玻三密封型材
模擬中采用的材料性能參數(shù)來(lái)自Them軟件的材料數(shù)據(jù)庫(kù),與IS0 10077習(xí)2：2003附錄中的相關(guān)數(shù)據(jù)一致。
2.模擬計(jì)算結(jié)果及分析
(1)模擬計(jì)算結(jié)果
表2 66、70系列型材腔室數(shù)目及相應(yīng)尺寸
將弱66、77 系列三、四、五和六腔型材均按照相應(yīng)的方法和步驟進(jìn)行設(shè)置和計(jì)算,型材傳熱系數(shù)K值模擬計(jì)算結(jié)果列表如下：
表3 66、70系列型材熱工性能計(jì)算結(jié)果
按計(jì)算數(shù)據(jù)繪制曲線圖(見(jiàn)圖3),從圖中可看出,66系列和7O系列型材,隨著腔室數(shù)目的增加,同時(shí)腔室尺寸的減小,型材的傳熱系數(shù)均先呈下降趨勢(shì),隨后又出現(xiàn)上升趨勢(shì)。
圖3 66、70系列型材熱工佳能計(jì)算結(jié)果
(2)模擬計(jì)算結(jié)果分析
以66 系列型材為例：
三腔到四腔:型材的傳熱系數(shù)降低了0.0655W/m2·K,降低比例為3.38%；
四腔到五腔:型材的傳熱系數(shù)降低了0.0532W/m2·K,降低比例為2.84%；
五腔到六腔:型材的傳熱系數(shù)上升了0.0104W/m2·K,上升比例為0.57%。
70系列型材也有和66系列型材類似的現(xiàn)象。
表4 66、70系列三玻三密封平開(kāi)窗型材計(jì)算結(jié)果分析
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