板材之家讯：前言
塑料型材与闸窗的热工性能是保温节能门窗的主要指标。根据《全国民用建筑工程设计技术措施一节能专篇》(2007)中规定,以哈尔滨地区为例(属严寒B区),在窗墙面积比为6.3~0.5范围内时,外窗(含阳台门透明部分)的传热系数限值K在2.1~1.8W/㎡·K。
外窗是建筑外围护结构保温性能最薄弱的部位,尽管面积一般只占建筑外围护结构面积的1/3~1/5,但多数建筑中通过窗户消耗的采暖和制冷热能损失,往往占到建筑围护结构能耗的一半以上 1。热量主要经由外窗玻璃、型材和边缘结合部分散失,其中通过型材散失的热量比例约占10%~30% 2,通过玻璃散失的热量比例约占60%以上 3,因而提高整窗热工性能的重要途径之一就是改善型材及中空玻璃的热工性能。
按照国家“十一五”科技支撑计划项目子课题目标要求,严寒、寒冷地区建筑外窗体系研制的考核指标为外窗的传热系数K≤ 1.8W/㎡·K。哈尔滨中大化学建材 有限公司作为在严寒地区生产和应用塑料型材、门窗的典型企业,在中目建筑科学研究院物理所和北京工业大学材料科学与I程学院的配合下,运用门窗热工性能模拟软件Them,系统三种腔、四腔、五腔和六腔系列塑料型材及双玻窗、三玻窗、四玻窗和双层窗的热工性能进行了模拟计算。针对计算结果及研制过程中的点滴体会作一介绍,藉此对型材、门窗的热工性能作出合理的评价,为型材和门窗的设计开发提供一个参考依据。
一、模拟过程简介
1.模拟软件简介
Therm是美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory, 简称LBNL）研究开发的门窗热工性能模拟软件,该软件符合国际标准IS0 10077-2:2003(Therma1perfomance of windows, doors and shutters-Calculation of ther-mal transmittance— Part 2: Numerical method for frames),已得到美国、英国、澳大利亚等国家相关部门的认可。
2.边界条件
计算采用我罔建筑门窗节能性能标识实验室统一采用的标准环境边界条件,其相关参数见表1,室内空气温度T㏑=20℃ ,室内对流换热系数hc,in=3.6W/m2· K,室内平均辐射温度Trm,in=Tin=20℃；室外空气温度T顿=0℃ ,室外对流换热系hc,out=20W/m2· K,室外平均辐射温度Trm,out=Tout=0℃。
表１模拟计算边界条件
二、型材传热系数模拟计算
1.型材传热系数模拟设计
因为型材的热工性能与型材的厚度、壁厚、腔室数、腔体形状等因素有关,所以模拟分别采用哈尔滨中大化学建材有限公司66、70 系列塑料型材设计结构。
66、77 系列型材均为不同腔室数目的三玻三密封平开窗型材,腔室数目(包括型钢腔)分别为四、五和六腔。为研究腔室(除型钢腔)空气层厚度对型材热工性能的影响,特设计型材的型钢腔室\可视面与非可视面壁厚、间隔壁厚、密封构造等相应结构的尺寸均相同,从而得到了腔室的数目和尺寸不同的系列型材(见图1、2)。66、77系列型材的腔室数目及尺寸见表2。
图1 70系列六腔三玻三密封型材
模拟中采用的材料性能参数来自Them软件的材料数据库,与IS0 10077习2：2003附录中的相关数据一致。
2.模拟计算结果及分析
(1)模拟计算结果
表2 66、70系列型材腔室数目及相应尺寸
将弱66、77 系列三、四、五和六腔型材均按照相应的方法和步骤进行设置和计算,型材传热系数K值模拟计算结果列表如下：
表3 66、70系列型材热工性能计算结果
按计算数据绘制曲线图(见图3),从图中可看出,66系列和7O系列型材,随着腔室数目的增加,同时腔室尺寸的减小,型材的传热系数均先呈下降趋势,随后又出现上升趋势。
图3 66、70系列型材热工佳能计算结果
(2)模拟计算结果分析
以66 系列型材为例：
三腔到四腔:型材的传热系数降低了0.0655W/m2·K,降低比例为3.38%；
四腔到五腔:型材的传热系数降低了0.0532W/m2·K,降低比例为2.84%；
五腔到六腔:型材的传热系数上升了0.0104W/m2·K,上升比例为0.57%。
70系列型材也有和66系列型材类似的现象。
表4 66、70系列三玻三密封平开窗型材计算结果分析
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