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1新型铝合金断热窗的节能分析[摘要]本文通过实验室检测和理论计算相结合的方法，对市场上普遍采用的标准系列铝合金断热窗与优化设计的新型铝合金断热窗的保温性能进行比较分析，说明改进后的新型断热窗的节能效果。[关键词]标准铝合金断热窗新型铝合金断热窗节能效果在铝合金断热窗引进我国的初期，国内的幕墙、门窗公司主要是模仿国外门窗公司产品进行行制作，比较注重型材截面尺寸是否合理、五金件的选用是否安全、窗排水是否顺畅等问题，但对保温方面的问题考虑不周，即使是形成了标准系列的断热窗（以下简称断热窗），主要的型材截面变化也不大。本人在过去的设计过程中，也曾忽视过断热窗存在的问题。为满足节能门窗的需要，提高铝合金断热窗的热工性能，在对断热窗的改进设计过程中，吸取原产品的经验教训，开发出一种新型的铝合金断热窗（以下简称新型断热窗），希望能和大家共同研究、探讨。一.影响标准系列断热窗节能效果的主要原因目前，市场上普遍采用的标准系列断热窗（节点详图见图1）主要存在四个方面的问题：一是玻璃扣条处的气密性差；二是胶条与窗扇料连接处的热传导；三是窗扇易下坠；四是框窗比较大，这些问题在一定程度上影响了断热窗的正常使用和热工性能，下面结合图1分别对这些问题进行分析。21.玻璃扣条处的气密性差扇料与玻璃扣条形成的空腔处的气密性较差是断热窗存在一个普遍的问题，由于玻璃扣条是在安装好玻璃后再扣上去的，与扇料的配合难免存在缝隙，而玻璃与扇料间通常采用胶条密封，一旦胶条与玻璃存在缝隙，在室内外的温差的作用下将产生热流，从而在此处造成能量的损失，最明显的现象就是在保温性能检测过程中玻璃扣条位置易产生结露，详见图2。在实际工程中，需在玻璃端头与窗扇料处通长填充保温材料阻止热流的形成。2.胶条与窗扇料连接处的传导热损失断热窗存在的另一个较普遍的问题，是胶条与窗扇料连接处产生的传导热损失。在断热窗产品设计过程中，设计人员往往只是注意采用胶条密封，形成前后两个空腔，却忽视了胶条与窗扇料搭接不足，存在一定的空隙，从而在整个窗扇的周围有一圈通长的外露部分，使外腔内的冷空气直接与窗扇料内侧接触，造成断热不彻底，窗扇内侧可能产生结露，详见图3。33.框窗比较大普通单玻铝合金窗的框宽比一般为25~27%，而断热窗的框窗比一般为35~40%，增加了40%以上。框窗比增大，造成采光面积减少，将会增加室内照明能耗，同时增加了感热面和放热面的表面面积，影响窗的整体热工性能。4.窗扇易下坠由于玻璃用铝合金扣条固定，玻璃镶嵌在型材槽口内，与型材槽口仅是通过胶条进行固定，同时扇料本身刚性较差，造成玻璃与扇料组成的窗扇整体性较差，易产生平行四边形变形，加上中空玻璃自重较大，从而发生下坠现象，影响窗体整体外观和窗扇的正常关闭，严重时还直接影响到整窗的水密性和气密性。二.新型断热窗1.新型断热窗构造的优化设计针对断热窗存在的问题，我对原型材进行了逐项改进，重新设计窗节点，具体详见图4，主要改进如下：4图4新型断热窗节点a.取消玻璃扣条。由于玻璃与扇料没有空隙，玻璃阻隔了热流的产生，提高了窗的气密性能。b.将窗扇料的“Ⅰ”字形断热条改为“T”字形或“丁”字形，中间的密封胶条与断热条的挑出部分完全搭接，避免扇料型材外露，既解决了此处断热不彻底，又保证了前后腔断开。将扇料与密封胶条的搭接位后移至胶条内侧。避免了扇料外露，使扇料的搭接位不与外腔直接接触，防止能量从搭接处损失。c.取消扇料外露部分。充分利用中空玻璃密闭空气层的良好的热绝缘系数，将玻璃伸入框内组成外侧空腔，避免窗扇料与室外直接接触，从而提高了窗的整体热工性能，同时，增加了玻璃的采光面积，减小了框窗比，经计算，框窗比约为28%，接近单层铝窗的框窗比。d.改变玻璃的固定方式。将原窗玻璃扣条压紧固定方式改为打胶固定方式，用硅酮结构胶将玻璃与扇料粘接成整体，极大地提高了窗扇的整体性，窗扇的下坠现象得到了有效的解决。2.新型断热窗保温性能实测结果结合清华大学超低能耗示范工程项目，我们研制了新型断热窗的样窗。样窗外形尺寸为1198mm（宽）x1380mm（高），玻璃真空、Low-E玻璃组成的双中空Low-E玻璃5+6A+4+N+4+6A+5，玻璃生产厂家提供的玻璃的计算传热系数为1.15W/m2.K，框料型材断热条高度为20mm，框窗比为28%。经国家建筑工程质量监督检验中心检测，该窗的传热系数为1.6W/m2.K，达到了预期的节能效果。三.新型断热窗与原标准断热窗保温性能的比较1.原标准窗传热系数计算由于缺少标准断热窗实测数据，现通过计算得出与样窗尺寸、玻璃等条件相同的断热窗传热系数，对两者进行比较，从而比较改进后的新型断热窗的节能效果。5国外已有较成熟的计算方法，本文主要采用ISO10077-1“Thermalperformanceofwindows，doorsandshutters——Calculationofthermaltransmittance”的第一部分“简单计算方法”来计算原断热窗的传热系数。下面通过ISO10077-1来计算对比用断热窗的传热系数。a.已知：该窗的外形尺寸为1198mm（宽）x1380mm（高），面积为1.653m2。玻璃采用5+6A+4+N+4+6A+5真空和双中空Low-E玻璃，传热系数为1.15W/m2.K框料型材断热条高度为20mm，铝型材间最小距离为17mm。b.计算首先查表D.4得Uf0=2.9W/m2.K铝框热阻Rf=-0.17=-0.17=0.175m2.K/W由于该窗采用了低辐射玻璃，根据欧洲标准EN673可知，1/Rsi=+3.6=+3.6=4.388W/m2.K内表面热阻Rsi=0.228m2.K/W外表面热阻Rse=0.04m2.K/W按断热窗已知参数可得（具体详见图1），铝窗框内侧投影面积Af.i=0.591m2铝窗框内侧表面积Ad.i=0.841m2铝窗框外侧投影面积Af.e=0.591m2铝窗框外侧表面积Ad.e=0.706m2铝窗框投影面积（取大值）Af=Af.i=Af.e=0.591m2玻璃净面积Ag=0.980m2玻璃净周长lg=6.356m查表E.1得玻璃与铝框间线性传热系数ψg=0.08W/m.K铝窗框传热系数：Uf===2.712W/m2.K所以断热窗传热系数：Uw===2.06W/m2.K2.新型断热窗与标准窗节能效果分析计算和实测结果表明，在相同的尺寸、玻璃等条件下，断热窗的传热系数为2.06W/m2.K，新型断热窗传热系数的检测值1.60W/m2.K，考虑到实验室实测的误差为±5%，新型断热窗的传热系数为1.60±0.08W/m2.K。以北京市某建筑为例，断热窗面积为1.653m2，设冬季室内计算温度tn取20°C，冬季室外计算温度tw取-9°C。6在这种工况下，分别计算两种窗的传热量。a.断热窗每平方米传热量Q=其中：K——断热窗的传热系数，取2.06W/m2·K；F——断热窗面积；tn——冬季室内计算温度，取20°C；tw——冬季室外计算温度，取-9°C；Q==98.75Wb.新型断热窗每平方米传热量Q=其中：K——新型断热窗的传热系数，取1.60+0.08=1.68W/m2·K；Q==80.53W四.结论从以上计算可以看出，新型断热窗样窗的传热量为98.75W，而断热窗的传热量为80.53W，耗热量减少18%，按新型断热窗节点设计的改进窗保温性能较好，节能效果较显著。题目新型铝合金断热窗的节能分析姓名吕高超学号2013022019班级13级硕研20班学院土建学院