基于保溫性能分析的塑料異型材設計

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表1門窗保溫性能等級W/（m2-K）抗風壓性能。氣密性能。水密性能、保溫性能、空氣聲隔聲性能。采光性能是建筑門窗的六大物理性能。我們在門。窗用塑料異型材設計時需對這些物理性能進行驗證。其中。抗風壓性能。采光性能有較為完善的計算公式可以進行模擬數據驗證。其他幾項物理性能。尤其是保溫性能。由于模擬計算公式繁雜。不易人工計算而大多采用試驗驗證。這使得我們在設計驗證階段不能全面確定塑料異型材的物理性能。仍需經驗調整。　　隨著人們對節(jié)能減排的重視。國家。省。市等各級政府和部門紛紛出臺了建筑節(jié)能設計標準。其中大部分規(guī)定建筑外窗的傳熱系數不大于2.8W/（m2K）。如何能方便快捷的測定門窗型材的傳熱系數。即保溫性能的驗證。越來越受到關注和重視?！　〗鼛啄陣鴥韧饧娂婇_發(fā)出了建筑幕墻門窗熱工性能計算軟件?？梢苑奖憧旖莸倪M行門窗。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研究院基于G/T 151―2008建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程研發(fā)的。具有玻璃系統(tǒng)光學熱工性能設計計算。框二維傳熱有限元分析計算。整窗和整幅幕墻熱工性能計算等功能。　　本文將采用ThermCN軟件進行塑料異型材的熱工性能計算。以便進行塑料異型材的分析設計。需特別說明的是。本文所討論的熱工性能只是針對門窗的局部。即一側窗框的橫截面。只能反映型材的保溫性能。也是塑料異型材設計時需考慮的部分。而整個門窗的傳熱系數是采用四周窗框。玻璃等各部分的傳熱系數按面積進行加權平均計算得到的。本文不再詳述。　　1保溫性能的基本概念我們需要了解衡量保溫性能的指標――傳熱系數K值。傳熱系數。即兩側環(huán)境溫度差為1K時，在單位時間內通過單位面積門窗或玻璃幕墻的熱量。單位為Wm2K）?！　鳠嵯禂翟叫?。說明門窗或玻璃幕墻保溫性能越好?！　∥覀兛梢酝ㄟ^保溫性能試驗原理來進一步了解。保溫性能試驗是基于穩(wěn)定傳熱原理，采用標定熱箱法檢測門窗保溫性能。試件一側為熱箱。模擬采暖建筑冬季室內氣候條件；另一側為冷箱。模擬冬季室外氣候條件。在對試件縫隙進行密封處理。試件兩側各自保持穩(wěn)定的空氣溫度。　　氣流速度的熱輻射條件下。測量熱箱中電暖氣的發(fā)熱量?！　p去通過熱箱外壁和試件框的熱損失（兩者均由標定試驗確綠色建筑55表2不同腔室的傳熱系數對比型材類型傳熱系數（幻I）相對三腔室60框降低比率三腔室60框1.610四腔室60框1.544.3%（四腔在室內側）四腔室60框1.516.2%（四腔在室內側）五腔室60框1.497.5%3塑料異型材壁厚、尺寸對保溫性能的影響定）。除以試件面積與兩側空氣溫差的乘積。即可計算出試件的傳熱系數k值。' 2塑料異型材腔室對保溫性能的影響相對于物體。靜態(tài)空氣的傳熱系數非常小。在塑料異型材設計時。我們一般采用增加腔室的數量來提高塑料異型材的保溫性能。為了便于比較。我們將采用市場最為流行的60三腔室平開框作為標準框。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.內筋厚為1.2mm.下同）。然后在標準框基礎上逐漸增加腔室?！　〔⒗密浖M行熱工性能計算。比較傳熱系數的差異。如所示。　　左上：三腔室60框：右上：四腔室60框（四腔在室內側），左下：四腔室60框（四腔在室外側右下：五腔室60框腔室對保溫性能的影響從中我們可以看出，60三腔室平開框傳熱系數為1.61W/（m210.溫度曲線在腔室內密集并且變化平緩。　　溫差為10K左右。說明腔室保溫隔熱效果好。溫度曲線在鋼襯腔內幾乎沒有顯示。溫差僅為3K左右。這是因為鋼襯是熱的良導體。溫度在鋼襯腔內變化很小。我們可以通過減小鋼襯腔來提高保溫性能。但同時降低了抗風壓性能。　　所以我們在門。窗塑料異型材設計時需綜合考慮。針對不同地區(qū)的氣候特點在保溫性能和抗風壓性能上有所側重?！　囟惹€在膠條和玻璃間隔條底部處匯集。說明這些部分溫差大。是門窗保溫的薄弱環(huán)節(jié)。這也提醒我們在門窗使用時需選用質量好的玻璃等五金件。　　表2是根據計算不同腔室60框的傳熱系數匯總表。　　我們可以看出塑料異型材增加一個腔室可降低傳熱系數4%左右。但隨著腔室的增加。傳熱系數的降低趨勢越來越小。另外塑料異型材增加腔室也給模具的加工制造帶來難度。在塑料異型材設計時。我們要綜合考慮塑料異型材保溫性能和模具加工難易。根據熱工性能分析和模具加工經驗，腔室厚度尺寸應不小于4mm.對比四腔室60框（四腔在室內側），四腔室60框（四腔在室外側）兩種型材，我們可以發(fā)現(xiàn)保溫腔室設計在室外側比室內側保溫效果要好。　　塑料異型材壁厚一般按照GB 8814-2004門、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材標準中的規(guī)定來進行設計。A類型材為2.8/2.5mm.B類型材為2.5/2.0mm.壁厚對提高型材焊接強度、低溫落錘沖擊、彎曲彈性模量等有直接的影響。目前國內最為流行的門、窗用塑料異型材尺寸為60平開。80推拉。但是否增加塑料異型材尺寸更多的被生產企業(yè)從經濟性考慮。而不完全是從功能性考慮?！　≈凶髨D為在60標準框的基礎上。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厚壁框的傳熱系數為1.61W/（m2I.與60標準框的傳熱系數一樣。這說明壁厚對保溫性能幾乎沒有影響?！　≈杏覉D為四腔室70框，壁厚和60標準框一致，都為2.5/2.0/1.2mm，其傳熱系數為1.41W/litK）。與結構相近的四腔室60框（四腔在室外側）的傳熱系數1.51WAmD對比。四腔室70框的傳熱系數降低了0.1W/（m2'K）。降低比率為6.6%.這說明塑料異型材尺寸對保溫性能影響很大?！　∽螅?0厚壁框；右：70框壁厚、尺寸對保溫性能的影響56綠色建筑4塑料異型材密封結構對保溫性能的影響平開系列塑料門窗大多為兩密封結構。兩密封門窗容易加工。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。實際是水。氣共混腔室。而三密封結構是在框。扇型材上增加一道密封膠條。相對于兩密封結果。三密封門窗工藝復雜?！　≡O計時需特別考慮五金件安裝位置及尺寸。三密封門窗中間的密封膠條將水。氣分離。形成獨立的室外側水密室和室內側氣密室?！　∽髨D為采用60標準型材組成的兩密封門窗。傳熱系數為1.62W/（m2l）。右圖為在60標準型材的基礎上增加一道密封?？?、扇型材外形和尺寸為適應三密封結構的需要略有變化。60三密封門窗傳熱系數為1.45 7（m2.K）。與60兩密封門窗相比。60三密封門窗的傳熱系數降低了0.17W"m2K）。降低比率為10.5°/可以看出。增加密封層數可顯著提高塑料異型材的保溫性能?！　∽螅?0兩密封平開窗，右：60三密封平開窗密封結構對保溫性能的影響（上技沾M邁）多。由于南，北方氣候條件有較大差異。為了達到更理想的節(jié)能效果。對不同地域。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?！　∑屏?結語隨著節(jié)能減排工作的深入。建筑門窗保溫性能的驗證必將越來越受到重視。利用熱工性能計算分析軟件?？梢苑奖憧旖莸挠嬎愠鲂筒摹㈤T窗的傳熱系數。這使我們在設計階段就能進行門窗型材保溫性能的驗證。方便我們及時調整和修改。更好更快的設計出高性能高性價比的門、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到档图s4%.增加腔室應首先考慮放置在型材的室外側?？紤]到模具加工。塑料異型材腔室厚度尺寸應不小于4mm.塑料異型材增加厚度尺寸可顯著降低型材傳熱系數。對保溫性能要求高的地區(qū)。應考慮65平開。70平開等大尺寸門窗型材?！　∷芰袭愋筒脑黾右坏烂芊鈱訑悼墒箓鳠嵯禂到档图s10%.對保溫性能要求高的地區(qū)，尤其是"三北"地區(qū)。　　在增加型材厚度尺寸的基礎上。應考慮65平開三密封、70平開三密封門窗型材?！　”诤駧缀鯇λ芰袭愋筒牡谋匦阅軟]有影響。　　究工作，現(xiàn)供職于連云港杰瑞模具技術有限公司。作者通訊地址：江蘇省連云港市新浦區(qū)海連東路42號，郵編：222006.3結語（1>在我國南方地區(qū)。建議把Low-E鍍膜設在第二層面上。膜層在外片玻璃的里側，當光照在外片玻璃的陽光到達第二層面的鍍膜上時。膜層因鏡面作用就會反射一部分光。從而減小空調的負擔。達到節(jié)能的目的：（2）在我國北方地區(qū)。建議把Low-E膜層設在第三層面上。對于室內而言。在冬季采暖期間把室內的熱輻射到達中空玻璃時。遇到鍍膜同樣會將大量的熱能反射回室內?！　p少熱能的外溢。達到節(jié)能效果。：2010-12-20有限公司。作者通訊地址：北京市豐臺區(qū)宋莊路73號丨號樓2206室綠色建筑57