节能窗的热工性能研究

节能窗的热工性能研究

摘要:改善节能窗的热工性能,减少门窗耗能,已成为建筑节能的重点研究内容。本文重点分析了中空玻璃和型材结构对节能窗热工性能(传热系数和遮阳系数)的影响,并重点介绍了涂膜中空玻璃和塑钢推拉平压结合窗。

关键词:保温隔热建筑节能

1 前言

随着建筑节能工作的深入,节能窗已成为建筑门窗及玻璃幕墙行业的发展方向。但与外墙、屋面、地面等建筑能耗部位不同,节能窗需要在保证室内采光和通风的前提下,控制进入室内的阳光量,减少室内热(冷)负荷,即起到保温隔热的作用。

节能窗的热工性能主要通过两个参数来表征:遮阳系数和传热系数。遮阳系数越小,节能窗阻挡阳光直接辐射的效果越好;传热系数越低,通过节能窗向外散失的能量越少,越有助于建筑节能。遮阳系数与玻璃品种及配置有关;而传热系数则由玻璃、型材及两者接触处的线性传热系数确定。因此,研究玻璃和型材对节能窗热工性能的影响,对减少外窗热损失,促进建筑节能具有重要的意义。

2 玻璃对门窗热工性能的影响

由于玻璃面积在节能窗面积中所占比例较大(50％以上),玻璃的

保温隔热性能对节能窗的热工性能影响显著。

普通单片玻璃的传热系数为5.2～5.8 W/(m2·K),普通中空玻璃的传热系数降至2.5～3.2W/(m2·K),显而易见,中空玻璃的节能效果远优比普通单片玻璃。根据建筑设计的要求,可选用普通透明玻璃、着色玻璃、热反射镀膜玻璃、Low-E玻璃、夹层玻璃、真空玻璃等作为中空玻璃的基片。部分中空玻璃的光学热工参数如表1所示。

从表中可以看出,充氩气等惰性气体可以有效降低中空玻璃传热系数,据报道,中空玻璃的传热系数一般可再降0.2～0.3W/(m2·K),但对中空玻璃的遮阳系数影响不大。另外,在中空玻璃中填充透明保温材料,如硅气凝胶,也是一种改善中空玻璃热工性能的有效手段。

Low-e玻璃可以对远红外线进行高反射,因此可阻止环境热量通过玻璃进行传递。Low-E中空玻璃的传热系数一般为 1.5～2.1W/(m2·K)。双银Low-e中空玻璃传热系数更低,保温性能优良,而且其遮阳系数也可降至0.30～0.60。由表1可以看出,与单银Low-E中空玻璃相比,双银Low-E遮阳性能(SC)更理想,传热系数也更低,但双银Low-e玻璃的制作工艺也更复杂,成本也更高。

涂膜中空玻璃是一种新型的高效节能中空玻璃。与普通中空玻璃的差别在于,该中空玻璃室外侧或第Ⅱ面淋涂一层纳米透明节能玻璃涂料,且该涂膜环境适应力强,不易被氧化,无需惰性气体保护,既可在工厂直接制作中空玻璃,亦可直接用于既有建筑玻璃门窗的现场处

理。涂膜玻璃与Low-e玻璃复合组成的低辐射镀膜涂膜复合中空玻璃可以在不明显降低可见光透射比的前提下,显著改善其遮阳性能,因而具有良好的节能性和经济可行性。

此外,中空玻璃用间隔条和密封胶的热传导性能的好坏也直接影响中空玻璃边部的隔热性能。而使用暖边间隔条能使整窗的传热系数降低0.10～0.17W/(m2·K)。

3 型材对门窗热工性能的影响

3.1 窗型的选择

窗型是影响节能窗热工性能的第一要素。仅从节能的角度考虑,固定窗是节能效果最理想的窗型,平开窗次之,推拉窗最差。但固定窗无法用于通风换气。塑钢推拉平压结合窗具有推拉窗的结构形式,在关闭时采用平开密闭的方式,兼具平拉窗的抗风压性能好和平开窗密闭性好的优点,其型材断面结构如图1所示。

其结构特点是在推拉窗框上两推拉扇滑轨中间设一平压密闭挡轨,在挡轨的两侧面设有常用密封条槽口,在其顶端设有可嵌装特制密封条的较大槽口,顶端槽口内加装特制密封条后平压密闭挡轨要整体高于或突出于相邻的两推拉扇滑轨,这样即增加了密封条与推拉扇的接触面积而且增加了其密闭性。在窗框与窗扇四周适当位置分别安装

能互相配合且结构不同的侧压配件,当推拉窗拉至近关闭时,分别安装在框、扇上的侧压配件利用一定角度的坡状结构相互接触作用,将推拉扇压向密封挡轨,与密封挡轨侧面的密封条及嵌入顶端槽口内的密封条相互作用而压合密闭,同时推拉扇凹槽内的密封条也压向滑轨的外侧形成压合密闭,这样就有数道压合密封共同作用,提高了窗的密闭性。

锁定搭扣上用于锁定扣头运行的开口具有一定角度的坡状结构,当拧动窗把手时,扣头在锁定搭扣上的开口内运行,就可像侧压配件一样使推拉门窗扇平压向密封挡轨和滑轨,起到密封的作用,同时要降低因侧压密闭造成门窗开启时的较大阻滞力。在两推拉窗扇相互搭接的侧边,可安装相应形状的密封条以保证搭接处的密封。为了保证窗的密闭性能,须在窗框扇相配合的槽口内加装相应不同结构的密封块,配合密封条达到良好的密封效果。

3.2 窗框材质

常用窗框材料的导热系数列于表2。从表中可以发现,金属材料的本身导热系数过高,需要引入空腔和断热桥,才能构成节能型材。

3.3 隔热条的宽度

通常情况下,隔热条越宽,型材的传热系数越低,保温隔热性能就越好。隔热条宽度与型材传热系数关系如图2所示,型材的传热系数随隔热条的宽度基本成线性递减,隔热条宽度从14.8mm增至24mm,

型材传热系数锐减0.9W/(m2·K)。如再在隔热腔填充泡沫、玻化微珠等保温材料,则型材的传热系数可再降0.90～0.15W/(m2·K)。

3.4 腔室数目

窗框的断面结构设计直接影响门窗的热工性能,是提高节能效果的有效途径。型材断面最好设计为多腔结构,腔壁垂直于热流方向分布,型材内的多道腔壁对通过的热流起到多重阻隔作用,腔内传热(对流、辐射和导热)相应被削弱。特别是辐射传热强度随腔数量增加而成倍减少。因此,腔体越多的型材其保温性能越好。

北京建筑技术发展有限责任公司设计的型材断面结构如图3所示,型材从结构上设计为6腔室,并在部分腔室中填充无机保温材料,具有良好的保温隔热防火效果。

4 结语

(1)节能窗需要在满足室内采光、通风等需求的前提下,改善其热工性能。

(2)Low-e中空玻璃和涂膜中空玻璃均具有良好的热工性能,都将成为提高建筑整体品质的首选产品,是建筑节能玻璃的发展趋势。

(3)塑钢推拉平压结合窗兼具推拉窗和平开窗的优点,是一种优秀的节能窗型。

(4)断热桥宽度和腔室构造对节能窗热工性能影响显著,在不影响门窗强度的前提下,应结合工程需要进行合理化设计。

参考文献

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[2]赵及建,焦长龙,刘华.浅谈如何提高中空玻璃节能性能.门窗,2011,10:40～44.

[3]孟庆范,董义兵.建筑节能门窗的开发及有关要素.门窗,2008,8:52～56.