基于保溫性能分析的塑料異型材設(shè)計(jì)

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表1門(mén)窗保溫性能等級(jí)W/（m2-K）抗風(fēng)壓性能。氣密性能。水密性能、保溫性能、空氣聲隔聲性能。采光性能是建筑門(mén)窗的六大物理性能。我們?cè)陂T(mén)。窗用塑料異型材設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)這些物理性能進(jìn)行驗(yàn)證。其中。抗風(fēng)壓性能。采光性能有較為完善的計(jì)算公式可以進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)驗(yàn)證。其他幾項(xiàng)物理性能。尤其是保溫性能。由于模擬計(jì)算公式繁雜。不易人工計(jì)算而大多采用試驗(yàn)驗(yàn)證。這使得我們?cè)谠O(shè)計(jì)驗(yàn)證階段不能全面確定塑料異型材的物理性能。仍需經(jīng)驗(yàn)調(diào)整?！　‰S著人們對(duì)節(jié)能減排的重視。國(guó)家。省。市等各級(jí)政府和部門(mén)紛紛出臺(tái)了建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。其中大部分規(guī)定建筑外窗的傳熱系數(shù)不大于2.8W/（m2K）。如何能方便快捷的測(cè)定門(mén)窗型材的傳熱系數(shù)。即保溫性能的驗(yàn)證。越來(lái)越受到關(guān)注和重視?！　〗鼛啄陣?guó)內(nèi)外紛紛開(kāi)發(fā)出了建筑幕墻門(mén)窗熱工性能計(jì)算軟件?？梢苑奖憧旖莸倪M(jìn)行門(mén)窗。型材熱工性能的分析和比較。其中。ThermCN系列軟件是廣東省建筑科學(xué)研究院基于G/T 151―2008建筑門(mén)窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程研發(fā)的。具有玻璃系統(tǒng)光學(xué)熱工性能設(shè)計(jì)計(jì)算。框二維傳熱有限元分析計(jì)算。整窗和整幅幕墻熱工性能計(jì)算等功能?！　”疚膶⒉捎肨hermCN軟件進(jìn)行塑料異型材的熱工性能計(jì)算。以便進(jìn)行塑料異型材的分析設(shè)計(jì)。需特別說(shuō)明的是。本文所討論的熱工性能只是針對(duì)門(mén)窗的局部。即一側(cè)窗框的橫截面。只能反映型材的保溫性能。也是塑料異型材設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的部分。而整個(gè)門(mén)窗的傳熱系數(shù)是采用四周窗框。玻璃等各部分的傳熱系數(shù)按面積進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算得到的。本文不再詳述?！　?保溫性能的基本概念我們需要了解衡量保溫性能的指標(biāo)――傳熱系數(shù)K值。傳熱系數(shù)。即兩側(cè)環(huán)境溫度差為1K時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積門(mén)窗或玻璃幕墻的熱量。單位為Wm2K）。　　傳熱系數(shù)越小。說(shuō)明門(mén)窗或玻璃幕墻保溫性能越好?！　∥覀兛梢酝ㄟ^(guò)保溫性能試驗(yàn)原理來(lái)進(jìn)一步了解。保溫性能試驗(yàn)是基于穩(wěn)定傳熱原理，采用標(biāo)定熱箱法檢測(cè)門(mén)窗保溫性能。試件一側(cè)為熱箱。模擬采暖建筑冬季室內(nèi)氣候條件；另一側(cè)為冷箱。模擬冬季室外氣候條件。在對(duì)試件縫隙進(jìn)行密封處理。試件兩側(cè)各自保持穩(wěn)定的空氣溫度?！　饬魉俣鹊臒彷椛錀l件下。測(cè)量熱箱中電暖氣的發(fā)熱量?！　p去通過(guò)熱箱外壁和試件框的熱損失（兩者均由標(biāo)定試驗(yàn)確綠色建筑55表2不同腔室的傳熱系數(shù)對(duì)比型材類(lèi)型傳熱系數(shù)（幻I）相對(duì)三腔室60框降低比率三腔室60框1.610四腔室60框1.544.3%（四腔在室內(nèi)側(cè)）四腔室60框1.516.2%（四腔在室內(nèi)側(cè)）五腔室60框1.497.5%3塑料異型材壁厚、尺寸對(duì)保溫性能的影響定）。除以試件面積與兩側(cè)空氣溫差的乘積。即可計(jì)算出試件的傳熱系數(shù)k值。' 2塑料異型材腔室對(duì)保溫性能的影響相對(duì)于物體。靜態(tài)空氣的傳熱系數(shù)非常小。在塑料異型材設(shè)計(jì)時(shí)。我們一般采用增加腔室的數(shù)量來(lái)提高塑料異型材的保溫性能。為了便于比較。我們將采用市場(chǎng)最為流行的60三腔室平開(kāi)框作為標(biāo)準(zhǔn)框。壁厚為2.5/2.0/1.2mm（即可視面壁厚為2.5mm，非可視面壁厚為2.0mm.內(nèi)筋厚為1.2mm.下同）。然后在標(biāo)準(zhǔn)框基礎(chǔ)上逐漸增加腔室。　　并利用軟件進(jìn)行熱工性能計(jì)算。比較傳熱系數(shù)的差異。如所示?！　∽笊希喝皇?0框：右上：四腔室60框（四腔在室內(nèi)側(cè)），左下：四腔室60框（四腔在室外側(cè)右下：五腔室60框腔室對(duì)保溫性能的影響從中我們可以看出，60三腔室平開(kāi)框傳熱系數(shù)為1.61W/（m210.溫度曲線在腔室內(nèi)密集并且變化平緩。　　溫差為10K左右。說(shuō)明腔室保溫隔熱效果好。溫度曲線在鋼襯腔內(nèi)幾乎沒(méi)有顯示。溫差僅為3K左右。這是因?yàn)殇撘r是熱的良導(dǎo)體。溫度在鋼襯腔內(nèi)變化很小。我們可以通過(guò)減小鋼襯腔來(lái)提高保溫性能。但同時(shí)降低了抗風(fēng)壓性能?！　∷晕覀?cè)陂T(mén)。窗塑料異型材設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮。針對(duì)不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)在保溫性能和抗風(fēng)壓性能上有所側(cè)重。　　溫度曲線在膠條和玻璃間隔條底部處匯集。說(shuō)明這些部分溫差大。是門(mén)窗保溫的薄弱環(huán)節(jié)。這也提醒我們?cè)陂T(mén)窗使用時(shí)需選用質(zhì)量好的玻璃等五金件。　　表2是根據(jù)計(jì)算不同腔室60框的傳熱系數(shù)匯總表?！　∥覀兛梢钥闯鏊芰袭愋筒脑黾右粋€(gè)腔室可降低傳熱系數(shù)4%左右。但隨著腔室的增加。傳熱系數(shù)的降低趨勢(shì)越來(lái)越小。另外塑料異型材增加腔室也給模具的加工制造帶來(lái)難度。在塑料異型材設(shè)計(jì)時(shí)。我們要綜合考慮塑料異型材保溫性能和模具加工難易。根據(jù)熱工性能分析和模具加工經(jīng)驗(yàn)，腔室厚度尺寸應(yīng)不小于4mm.對(duì)比四腔室60框（四腔在室內(nèi)側(cè)），四腔室60框（四腔在室外側(cè)）兩種型材，我們可以發(fā)現(xiàn)保溫腔室設(shè)計(jì)在室外側(cè)比室內(nèi)側(cè)保溫效果要好?！　∷芰袭愋筒谋诤褚话惆凑誈B 8814-2004門(mén)、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。A類(lèi)型材為2.8/2.5mm.B類(lèi)型材為2.5/2.0mm.壁厚對(duì)提高型材焊接強(qiáng)度、低溫落錘沖擊、彎曲彈性模量等有直接的影響。目前國(guó)內(nèi)最為流行的門(mén)、窗用塑料異型材尺寸為60平開(kāi)。80推拉。但是否增加塑料異型材尺寸更多的被生產(chǎn)企業(yè)從經(jīng)濟(jì)性考慮。而不完全是從功能性考慮?！　≈凶髨D為在60標(biāo)準(zhǔn)框的基礎(chǔ)上。提高壁厚為3.0/2.5/1.5mm所得到的60厚壁框。從圖中可以看出，60厚壁框的傳熱系數(shù)為1.61W/（m2I.與60標(biāo)準(zhǔn)框的傳熱系數(shù)一樣。這說(shuō)明壁厚對(duì)保溫性能幾乎沒(méi)有影響。　　中右圖為四腔室70框，壁厚和60標(biāo)準(zhǔn)框一致，都為2.5/2.0/1.2mm，其傳熱系數(shù)為1.41W/litK）。與結(jié)構(gòu)相近的四腔室60框（四腔在室外側(cè)）的傳熱系數(shù)1.51WAmD對(duì)比。四腔室70框的傳熱系數(shù)降低了0.1W/（m2'K）。降低比率為6.6%.這說(shuō)明塑料異型材尺寸對(duì)保溫性能影響很大。　　左：60厚壁框；右：70框壁厚、尺寸對(duì)保溫性能的影響56綠色建筑4塑料異型材密封結(jié)構(gòu)對(duì)保溫性能的影響平開(kāi)系列塑料門(mén)窗大多為兩密封結(jié)構(gòu)。兩密封門(mén)窗容易加工。五金件安裝空間大。但由于排水的需要，框。扇型材上需要銑排水孔。氣壓平衡孔。故框。扇組成的空間并非完全封閉的。不能算真正意義上的保溫腔。實(shí)際是水。氣共混腔室。而三密封結(jié)構(gòu)是在框。扇型材上增加一道密封膠條。相對(duì)于兩密封結(jié)果。三密封門(mén)窗工藝復(fù)雜。　　設(shè)計(jì)時(shí)需特別考慮五金件安裝位置及尺寸。三密封門(mén)窗中間的密封膠條將水。氣分離。形成獨(dú)立的室外側(cè)水密室和室內(nèi)側(cè)氣密室。　　左圖為采用60標(biāo)準(zhǔn)型材組成的兩密封門(mén)窗。傳熱系數(shù)為1.62W/（m2l）。右圖為在60標(biāo)準(zhǔn)型材的基礎(chǔ)上增加一道密封。框、扇型材外形和尺寸為適應(yīng)三密封結(jié)構(gòu)的需要略有變化。60三密封門(mén)窗傳熱系數(shù)為1.45 7（m2.K）。與60兩密封門(mén)窗相比。60三密封門(mén)窗的傳熱系數(shù)降低了0.17W"m2K）。降低比率為10.5°/可以看出。增加密封層數(shù)可顯著提高塑料異型材的保溫性能?！　∽螅?0兩密封平開(kāi)窗，右：60三密封平開(kāi)窗密封結(jié)構(gòu)對(duì)保溫性能的影響（上技沾M邁）多。由于南，北方氣候條件有較大差異。為了達(dá)到更理想的節(jié)能效果。對(duì)不同地域。利用不同鍍膜面位置?？梢愿玫匕l(fā)揮low-E低輻射鍍膜的節(jié)能效果。見(jiàn)?！　∑屏?結(jié)語(yǔ)隨著節(jié)能減排工作的深入。建筑門(mén)窗保溫性能的驗(yàn)證必將越來(lái)越受到重視。利用熱工性能計(jì)算分析軟件。可以方便快捷的計(jì)算出型材、門(mén)窗的傳熱系數(shù)。這使我們?cè)谠O(shè)計(jì)階段就能進(jìn)行門(mén)窗型材保溫性能的驗(yàn)證。方便我們及時(shí)調(diào)整和修改。更好更快的設(shè)計(jì)出高性能高性?xún)r(jià)比的門(mén)、窗用塑料異型材?！　∷芰袭愋筒脑黾右粚忧皇铱墒剐筒膫鳠嵯禂?shù)降低約4%.增加腔室應(yīng)首先考慮放置在型材的室外側(cè)?？紤]到模具加工。塑料異型材腔室厚度尺寸應(yīng)不小于4mm.塑料異型材增加厚度尺寸可顯著降低型材傳熱系數(shù)。對(duì)保溫性能要求高的地區(qū)。應(yīng)考慮65平開(kāi)。70平開(kāi)等大尺寸門(mén)窗型材。　　塑料異型材增加一道密封層數(shù)可使傳熱系數(shù)降低約10%.對(duì)保溫性能要求高的地區(qū)，尤其是"三北"地區(qū)?！　≡谠黾有筒暮穸瘸叽绲幕A(chǔ)上。應(yīng)考慮65平開(kāi)三密封、70平開(kāi)三密封門(mén)窗型材。　　壁厚幾乎對(duì)塑料異型材的保溫性能沒(méi)有影響?！　【抗ぷ?，現(xiàn)供職于連云港杰瑞模具技術(shù)有限公司。作者通訊地址：江蘇省連云港市新浦區(qū)海連東路42號(hào)，郵編：222006.3結(jié)語(yǔ)（1>在我國(guó)南方地區(qū)。建議把Low-E鍍膜設(shè)在第二層面上。膜層在外片玻璃的里側(cè)，當(dāng)光照在外片玻璃的陽(yáng)光到達(dá)第二層面的鍍膜上時(shí)。膜層因鏡面作用就會(huì)反射一部分光。從而減小空調(diào)的負(fù)擔(dān)。達(dá)到節(jié)能的目的：（2）在我國(guó)北方地區(qū)。建議把Low-E膜層設(shè)在第三層面上。對(duì)于室內(nèi)而言。在冬季采暖期間把室內(nèi)的熱輻射到達(dá)中空玻璃時(shí)。遇到鍍膜同樣會(huì)將大量的熱能反射回室內(nèi)?！　p少熱能的外溢。達(dá)到節(jié)能效果。：2010-12-20有限公司。作者通訊地址：北京市豐臺(tái)區(qū)宋莊路73號(hào)丨號(hào)樓2206室綠色建筑57