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塑料型材及門窗熱工性能分析

來(lái)源:中國(guó)建設(shè)報(bào) 　作者:* 　日期:2010-3-24 　頁(yè)面功能【字體：大中小】【打印】【投稿】【評(píng)論】【啄木鳥】

關(guān)鍵詞：塑料型材門窗熱工性能分析

　　為配合國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目及黑龍江省建設(shè)科技示范工程項(xiàng)目，專業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)塑料型材及門窗的熱工性能進(jìn)行了系統(tǒng)模擬計(jì)算，分析計(jì)算結(jié)果可以作為指導(dǎo)型材及門窗熱工性能設(shè)計(jì)的依據(jù)。

　　塑料型材與門窗熱工性能是保溫節(jié)能型門窗的主要指標(biāo)。根據(jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施——節(jié)能篇》(2007)中規(guī)定，以哈爾濱地區(qū)為例，在窗墻面積比為0.305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2.1～1.8。

　　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1.315，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。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%%，通過(guò)玻璃散失的熱量比例約占60%%以上，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)是外窗的傳熱系數(shù)小于1.8。某公司在中國(guó)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)與工程學(xué)院的配合下，運(yùn)用門窗熱工性能模擬軟件，系統(tǒng)地對(duì)三腔、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。計(jì)算結(jié)果為型材和門窗的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了一個(gè)參考依據(jù)。

　　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系列和70系列塑料型材設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

　　66系列和70系列型材均為不同腔室數(shù)目的三玻三密封平開窗型材，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。

　　將66系列、70系列三腔、四腔、五腔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：66系列和70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)。

　　以66系列型材為例，三腔到四腔：型材的傳熱系數(shù)降低了0.0655，降低比例為3.38%；四腔到五腔：型材的傳熱系數(shù)降低了0.0532，降低比例為2.84%；五腔到六腔：型材的傳熱系數(shù)上升了0.0104，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。由此可見(jiàn)，對(duì)于同一系列型材，腔室數(shù)量并非越多越好；適當(dāng)?shù)那皇覕?shù)目會(huì)降低型材的傳熱系數(shù)，而過(guò)多的腔室數(shù)量反而會(huì)起到相反作用。當(dāng)型材壁厚相同時(shí)，增加腔室數(shù)量會(huì)相應(yīng)減少腔室的空氣層厚度。空氣層厚度的減小會(huì)減少空氣層的對(duì)流傳熱，會(huì)在一定范圍內(nèi)減小型材的傳熱系數(shù)值。當(dāng)空氣層厚度的減小超出一定范圍時(shí)，即也減少了隔熱層厚度，從而導(dǎo)致型材總體傳熱系數(shù)的上升。對(duì)比的數(shù)據(jù)，66系列和70系列型材腔室的最佳尺寸應(yīng)在5.9毫米和6.9毫米之間。基于上述分析，在設(shè)計(jì)66型材和70系列型材時(shí)，建議采用四腔、五腔設(shè)計(jì)。

　　哈爾濱中大化學(xué)建材有限公司在參加國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目的同時(shí)，又接受了黑龍江省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳的建設(shè)科技示范工程任務(wù)，即，伊春市“北山林都”棚戶區(qū)改造項(xiàng)目。該示范工程要求應(yīng)用太陽(yáng)能建筑一體化技術(shù)、低溫輻射電熱地膜供暖技術(shù)、HS-ICF外墻外保溫建筑節(jié)能體系成套技術(shù)和高性能塑料門窗成套技術(shù)，最終達(dá)到建筑節(jié)能65%的標(biāo)準(zhǔn)要求。該項(xiàng)目責(zé)成哈爾濱中大化學(xué)建材有限公司、哈爾濱鴻盛房地產(chǎn)開發(fā)集團(tuán)有限公司等單位來(lái)研制開發(fā)配套系統(tǒng)及技術(shù)，并在黑龍江省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳科技處指導(dǎo)下完成。

　　根據(jù)該項(xiàng)目希望塑料門窗系統(tǒng)的傳熱系數(shù)K值，在該建筑承重結(jié)構(gòu)僅為200毫米寬的條件下，中大公司提出以下幾種窗型構(gòu)造設(shè)計(jì)方案，并在中國(guó)建筑科學(xué)研究院物理所的配合下，對(duì)這些窗型構(gòu)造進(jìn)行熱工性能計(jì)算。

　　通過(guò)上述計(jì)算，單框四玻窗和雙層窗的傳熱系數(shù)非常理想，而雙層窗的傳熱系數(shù)K值和抗凝露溫度為最佳。因考慮四玻窗有諸多不利因素存在，如四玻窗的重量與五金件承載能力的匹配間題、目前市場(chǎng)上加工四層中空玻璃的設(shè)備配套問(wèn)題，四玻窗的可操作難度較大。這里僅對(duì)雙層窗的計(jì)算結(jié)果和市場(chǎng)應(yīng)用調(diào)研作一分析介紹。

　　目前市場(chǎng)上采用不同結(jié)構(gòu)形式雙層窗的使用情況在城市中個(gè)案居多（用戶自主改造）。由于受傳統(tǒng)木窗的影響，在城郊和農(nóng)村市場(chǎng)新建或改建的平房及多層建筑中，采用雙層窗的使用量可達(dá)到60%%，如黑龍江省綏化、綏棱、拜泉等城鄉(xiāng)地區(qū)。雙層窗多以外鋁或塑推拉＋內(nèi)塑平開、雙塑內(nèi)開或內(nèi)外平開結(jié)構(gòu)形式。在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，雙層窗框之間的間隔層可以起到冷熱空氣置換的緩沖層作用，而且根據(jù)理論計(jì)算，間隔層的尺寸對(duì)雙層窗的傳熱系數(shù)干擾甚小。有實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)表明，同一天，同一處，南向、塑料雙層窗，雙層窗間隔120毫米；白天中午，室外溫度：-10℃，室內(nèi)溫度：20℃，室內(nèi)玻璃表面溫度能達(dá)到18℃；凌晨4時(shí)，室外溫度：零下25℃，室內(nèi)溫度：16℃，間隔層內(nèi)溫度為零下6℃，室內(nèi)玻璃表面溫度為14℃。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是南向窗還是北向窗，室內(nèi)玻璃表面溫度與室內(nèi)溫度僅差20℃左右，這就很能說(shuō)明問(wèn)題。如果室內(nèi)玻璃表面溫度與室內(nèi)溫度能保持在50℃之差范圍內(nèi)，就會(huì)徹底解決塑料窗結(jié)露問(wèn)題。

　　通過(guò)走訪調(diào)研也同樣證明，許多先期使用塑料單框雙玻窗的用戶遭遇結(jié)露的困擾后采用了雙層窗結(jié)構(gòu)，在冬季最冷的情況下，從未出現(xiàn)室內(nèi)側(cè)玻璃結(jié)露現(xiàn)象，且室內(nèi)溫度也保持得很好。

　　根據(jù)雙層窗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，雙層窗已實(shí)現(xiàn)了四道密封結(jié)構(gòu)。水密性能僅在外側(cè)窗框就可以實(shí)現(xiàn)，甚至可以犧牲最外層密封（等壓原理）來(lái)保證滲入雨水的排出。氣密性能在四道密封結(jié)構(gòu)或三道密封的基礎(chǔ)上會(huì)大大高于現(xiàn)行的單框三密封結(jié)構(gòu)。

　　雙層窗的隔聲性能是極佳的，因?yàn)槔弥锌詹ＡШ碗p層窗的空氣間隔層的“彈性變形”可以起到減震作用。間隔層的尺寸與隔聲量有直接關(guān)系，一般情況下，間隔層的尺寸大于80毫米，隔聲量值趨于穩(wěn)定。

　　雙層窗的間隔層結(jié)構(gòu)非常好地解決了塑料窗通風(fēng)換氣的問(wèn)題。由室內(nèi)排出的熱空氣與室外滲入的冷空氣在間隔層內(nèi)交匯，形成一個(gè)微循環(huán)系統(tǒng)，冷熱空氣在不斷交換的同時(shí)，又起到了一個(gè)恒溫層的作用。

　　雙層窗非常適用于嚴(yán)寒地區(qū)的節(jié)能建筑，特別是在北向窗上可以徹底解決結(jié)露問(wèn)題。但考慮到雙層窗的后期應(yīng)用（維護(hù)與清洗），應(yīng)對(duì)承重結(jié)構(gòu)的墻體厚度有要求。

　　雙層窗的開啟功能受到限制。如果采用外推拉內(nèi)平開的開啟形式，雙層窗的密封性能會(huì)受到影響；如果采用內(nèi)、外開啟窗扇的結(jié)構(gòu)，則需考慮外側(cè)外開窗扇的五金件承載問(wèn)題及外開窗扇的允許高寬比尺寸問(wèn)題。且按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，7層及7層以上外開窗被限制使用。所以，高層建筑采用此開啟方式的雙層窗受到限制。

　　作為節(jié)能窗的發(fā)展方向和產(chǎn)品的深化研發(fā)，雙層窗是很好的選擇。但雙層窗要想作長(zhǎng)足發(fā)展應(yīng)首先解決材料成本問(wèn)題。在保證窗戶的功能和性能的前提下，可考慮在型材和玻璃的使用上降低成本。聞言

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