隔熱槽對鋁合金推拉門窗節(jié)點(diǎn)傳熱系數(shù)的影響

孟凡東 成洪波

【摘要】本文通過Therm熱工模擬軟件，對比分析了有無隔熱槽對節(jié)點(diǎn)K值的影響和隔熱槽分別應(yīng)用在普通鋁合金推拉門窗和斷橋鋁合金推拉門窗上對節(jié)點(diǎn)K值的影響，并進(jìn)一步對比分析了隔熱槽不同形狀對節(jié)點(diǎn)K值的影響。通過模擬分析可知，使用隔熱槽能夠有效降低節(jié)點(diǎn)K值，隔熱槽應(yīng)用在斷橋鋁合金推拉門窗上，保溫隔熱效果更好，節(jié)能效果更佳；通過對隔熱槽四種形狀的分析，得出使用形狀4隔熱槽的節(jié)點(diǎn)K值最低，隔熱槽的底部不應(yīng)與下框接觸面積過大，宜設(shè)置兩個(gè)支撐腳，并且在安裝使用時(shí)支撐腳宜與隔熱條接觸。

【關(guān)鍵詞】隔熱槽；Therm軟件；鋁合金推拉門窗；K值；節(jié)能

1. 前言

作為建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，建筑門窗是建筑節(jié)能中的薄弱環(huán)節(jié)，通過門窗流失的能量是墻體的5～6倍、地面的20多倍、屋面的5 倍，在建筑圍護(hù)部件總能耗中約占40%～50%[1]。相比平開門窗，推拉門窗由于構(gòu)造、密封性差等原因致使氣密性能、保溫性能不佳，由此導(dǎo)致的建筑能耗更多。如何提高推拉門窗的傳熱系數(shù)（K值）一直是門窗節(jié)能的難點(diǎn)。隔熱槽作為推拉門窗的附配件，得到越來越多的應(yīng)用。

2. 條件設(shè)定

在框計(jì)算截面中，應(yīng)用一塊導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.03 W/（m·K）的板材替代實(shí)際的玻璃厚度，板材的厚度與所替代面板的厚度相等，嵌入框的深度按照面板嵌入的實(shí)際尺寸，可見部分的板材寬度bp不應(yīng)小于200mm（如圖1） [2] 。傳熱系數(shù)計(jì)算應(yīng)采用冬季標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算條件，計(jì)算環(huán)境邊界條件[2]以及材料條件如表1所示。

3.有無隔熱槽對K值的影響分析

隔熱槽的材質(zhì)一般是PVC，選用的典型隔熱槽橫截面如圖2所示，選取鋁合金推拉門窗扇靠室內(nèi)側(cè)的下框扇節(jié)點(diǎn)作為計(jì)算模型，并且替代實(shí)際玻璃的板材厚度統(tǒng)一為22mm。鋁合金推拉門窗下框扇節(jié)點(diǎn)分為使用普通鋁合金型材和斷橋鋁合金兩種，斷橋鋁合金推拉門窗下框扇節(jié)點(diǎn)中框斷橋鋁型材隔熱條寬度為20mm，扇斷橋鋁型材中隔熱條寬度為15mm。鋁合金推拉門窗下框扇節(jié)點(diǎn)計(jì)算模型分為不安裝隔熱槽和安裝隔熱槽兩種。處理后的普通鋁合金推拉門窗下框扇節(jié)點(diǎn)計(jì)算模型如圖3所示，斷橋鋁合金推拉門窗下框扇節(jié)點(diǎn)計(jì)算模型如圖4所示。

通過Therm軟件對普通鋁合金推拉門窗下框扇節(jié)點(diǎn)計(jì)算模型和斷橋鋁合金推拉門窗下框扇節(jié)點(diǎn)計(jì)算模型分別模擬計(jì)算，計(jì)算K值如表2所示，溫度云圖如圖5、圖6所示，計(jì)算結(jié)果如圖7所示。

從圖5、圖7和表2可知，對于普通鋁合金推拉門窗下框扇節(jié)點(diǎn)，無隔熱槽的K值為7.4675 W/㎡·K，有隔熱槽的K值為7.0983W/㎡·K，有隔熱槽節(jié)點(diǎn)K值比無隔熱槽降低了0.3692 W/㎡·K。

從圖6、圖7和表2可知，對于斷橋鋁合金推拉門窗下框扇節(jié)點(diǎn)，無隔熱槽的K值為5.1202 W/㎡·K，有隔熱槽的K值為4.4237 W/㎡·K，有隔熱槽節(jié)點(diǎn)K值比無隔熱槽降低了0.6965 W/㎡·K，降低幅度是普通鋁合金推拉門窗下框扇節(jié)點(diǎn)中有隔熱槽節(jié)點(diǎn)K值與無隔熱槽之間降低幅度的兩倍左右。這說明了在斷橋鋁合金推拉門窗上使用隔熱槽能有效降低節(jié)點(diǎn)K值，保溫效果更好。在斷橋鋁合金型材上使用隔熱槽，能在節(jié)點(diǎn)上從玻璃替代板材、扇隔熱條、隔熱槽、框隔熱條之間形成一條完整的等溫線，有效降低了節(jié)點(diǎn)的K值。

斷橋鋁合金推拉門窗下框扇節(jié)點(diǎn)使用隔熱槽的K值是4.4237 W/㎡·K，而普通鋁合金推拉門窗下框扇節(jié)點(diǎn)使用隔熱槽的K值是7.0983 W/㎡·K，降低了2.6746 W/㎡·K，節(jié)能效果顯著。隔熱槽應(yīng)用在斷橋鋁合金推拉門窗上，節(jié)能效果更佳。

4.隔熱槽形狀對K值的影響分析

推拉門窗的框型材確定之后，隔熱槽的長度就基本上確定了，但是隔熱槽的形狀可以結(jié)合成本和隔熱保溫效果來設(shè)計(jì)選用。選取四種形狀的隔熱槽，分別為形狀1、形狀2、形狀3、形狀4，如圖8所示。

將這四種形狀的隔熱槽分別安裝在斷橋鋁合金推拉門窗下框扇節(jié)點(diǎn)上。除了隔熱槽，下框扇節(jié)點(diǎn)是完全一樣的，處理后的計(jì)算模型如圖9所示。

通過Therm軟件對使用不同形狀隔熱槽的斷橋鋁合金推拉門窗下框扇節(jié)點(diǎn)分別模擬計(jì)算，計(jì)算K值如表3所示，溫度云圖如圖10所示，節(jié)點(diǎn)K值隨不同形狀隔熱槽變化圖如圖11所示。

由表3和圖10、圖11可知，對比形狀1，隔熱槽形狀2、3、4的節(jié)點(diǎn)K值比形狀1分別降低了0.1374 W/㎡·K、0.1377 W/㎡·K、0.1885 W/㎡·K，隔熱槽形狀4的節(jié)點(diǎn)K值降低幅度最大。隔熱槽不宜設(shè)置成形狀1，形狀1安裝在斷橋鋁合金型材上，隔熱槽平整的底部會(huì)與隔熱條和鋁型材直接大面積接觸。鋁型材熱導(dǎo)率為160 W/m·K，隔熱槽熱導(dǎo)率為0.17 W/m·K。鋁型材熱導(dǎo)率偏高，隔熱槽與鋁型材大面積直接接觸，會(huì)導(dǎo)致隔熱槽溫度偏低，不利于在節(jié)點(diǎn)上形成從玻璃替代板材、扇隔熱條、隔熱槽到框隔熱條的完整等溫線，導(dǎo)致安裝形狀1隔熱槽的節(jié)點(diǎn)K值偏高。

安裝形狀2隔熱槽和形狀3隔熱槽的節(jié)點(diǎn)K值基本上一樣，形狀3雖然設(shè)置了空腔結(jié)構(gòu)，但是下底部與型材大面積接觸，導(dǎo)致節(jié)能性能沒有提升，還增加了材料成本。

安裝形狀4隔熱槽的節(jié)點(diǎn)K值比安裝形狀2隔熱槽的節(jié)點(diǎn)降低了0.0511 W/㎡·K。從圖9可以看出，形狀4的兩個(gè)支撐腳與下框的隔熱條接觸，沒有與鋁型材接觸，而形狀2的兩個(gè)支撐腳相距較遠(yuǎn)，與下框中的鋁型材直接接觸，但是接觸面積不大。鋁型材熱導(dǎo)率偏高，隔熱槽與鋁型材直接接觸，會(huì)導(dǎo)致隔熱槽溫度偏低，不利于在節(jié)點(diǎn)上形成從玻璃替代板材、扇隔熱條、隔熱槽到框隔熱條的完整等溫線，但是形狀2的兩個(gè)支撐腳與鋁型材直接接觸的面積不大，所以安裝形狀4隔熱槽的節(jié)點(diǎn)K值與安裝形狀2隔熱槽的節(jié)點(diǎn)相比降低了0.0511 W/㎡·K，降低幅度并不是很大。

5. 結(jié)論

通過Therm 軟件對鋁合金推拉門窗下框扇各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行熱工模擬計(jì)算，由以上分析可知，對于斷橋鋁合金推拉門窗下框扇節(jié)點(diǎn)，有隔熱槽節(jié)點(diǎn)K值比無隔熱槽降低了0.6965 W/㎡·K，降低幅度是普通鋁合金推拉門窗下框扇節(jié)點(diǎn)有隔熱槽節(jié)點(diǎn)K值與無隔熱槽之間降低幅度的兩倍左右。在斷橋鋁合金型材上使用隔熱槽，能在節(jié)點(diǎn)上形成從玻璃替代板材、扇隔熱條、隔熱槽到框隔熱條的完整等溫線，有效降低了節(jié)點(diǎn)的K值。隔熱槽應(yīng)用在斷橋鋁合金推拉門窗上，保溫隔熱效果更好，節(jié)能效果更佳。

對于隔熱槽四種形狀，使用形狀4隔熱槽的節(jié)點(diǎn)K值最低，并且隔熱槽形狀2、3、4的節(jié)點(diǎn)K值與形狀1相比降低幅度都在0.13 W/㎡·K以上。對于隔熱槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，隔熱槽若設(shè)置平整的底部，這樣在安裝使用時(shí)會(huì)與下框型材大面積直接接觸，不利于在節(jié)點(diǎn)上形成從玻璃替代板材、扇隔熱條、隔熱槽到框隔熱條的等溫線，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)K值偏高。隔熱槽在底部宜設(shè)置兩個(gè)支撐腳，并且兩個(gè)支撐腳相距不宜過長，保證在安裝使用時(shí)支撐腳與隔熱條接觸。將隔熱槽設(shè)置成空腔結(jié)構(gòu)，雖然能夠降低節(jié)點(diǎn)K值，但是降低幅度不大，還會(huì)增加隔熱槽的材料成本。對于隔熱槽的設(shè)計(jì)和選用，要結(jié)合成本和節(jié)能效果綜合考慮，使隔熱槽的應(yīng)用價(jià)值得到最大程度的體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊輝， 楊闖等.建筑節(jié)能門窗及技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].新型建筑材料，2012（9）： 84-89.

[2]JGJ/T 151-2008， 建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

（作者單：廣東貝克洛幕墻門窗系統(tǒng)有限公司）

【中圖分類號(hào)】TU228

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1671-3362（2019）01-0056-04