基于保温性能分析的塑料异型材设计

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表1门窗保温性能等级W/（m2-K）抗风压性能。气密性能。水密性能、保温性能、空气声隔声性能。采光性能是建筑门窗的六大物理性能。我们在门。窗用塑料异型材设计时需对这些物理性能进行验证。其中。抗风压性能。采光性能有较为完善的计算公式可以进行模拟数据验证。其他几项物理性能。尤其是保温性能。由于模拟计算公式繁杂。不易人工计算而大多采用试验验证。这使得我们在设计验证阶段不能全面确定塑料异型材的物理性能。仍需经验调整。　　随着人们对节能减排的重视。国家。省。市等各级政府和部门纷纷出台了建筑节能设计标准。其中大部分规定建筑外窗的传热系数不大于2.8W/（m2K）。如何能方便快捷的测定门窗型材的传热系数。即保温性能的验证。越来越受到关注和重视。　　近几年国内外纷纷开发出了建筑幕墙门窗热工性能计算软件。可以方便快捷的进行门窗。型材热工性能的分析和比较。其中。ThermCN系列软件是广东省建筑科学研究院基于G/T 151―2008建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程研发的。具有玻璃系统光学热工性能设计计算。框二维传热有限元分析计算。整窗和整幅幕墙热工性能计算等功能。　　本文将采用ThermCN软件进行塑料异型材的热工性能计算。以便进行塑料异型材的分析设计。需特别说明的是。本文所讨论的热工性能只是针对门窗的局部。即一侧窗框的横截面。只能反映型材的保温性能。也是塑料异型材设计时需考虑的部分。而整个门窗的传热系数是采用四周窗框。玻璃等各部分的传热系数按面积进行加权平均计算得到的。本文不再详述。　　1保温性能的基本概念我们需要了解衡量保温性能的指标――传热系数K值。传热系数。即两侧环境温度差为1K时，在单位时间内通过单位面积门窗或玻璃幕墙的热量。单位为Wm2K）。　　传热系数越小。说明门窗或玻璃幕墙保温性能越好。　　我们可以通过保温性能试验原理来进一步了解。保温性能试验是基于稳定传热原理，采用标定热箱法检测门窗保温性能。试件一侧为热箱。模拟采暖建筑冬季室内气候条件；另一侧为冷箱。模拟冬季室外气候条件。在对试件缝隙进行密封处理。试件两侧各自保持稳定的空气温度。　　气流速度的热辐射条件下。测量热箱中电暖气的发热量。　　减去通过热箱外壁和试件框的热损失（两者均由标定试验确绿色建筑55表2不同腔室的传热系数对比型材类型传热系数（幻I）相对三腔室60框降低比率三腔室60框1.610四腔室60框1.544.3%（四腔在室内侧）四腔室60框1.516.2%（四腔在室内侧）五腔室60框1.497.5%3塑料异型材壁厚、尺寸对保温性能的影响定）。除以试件面积与两侧空气温差的乘积。即可计算出试件的传热系数k值。' 2塑料异型材腔室对保温性能的影响相对于物体。静态空气的传热系数非常小。在塑料异型材设计时。我们一般采用增加腔室的数量来提高塑料异型材的保温性能。为了便于比较。我们将采用市场最为流行的60三腔室平开框作为标准框。壁厚为2.5/2.0/1.2mm（即可视面壁厚为2.5mm，非可视面壁厚为2.0mm.内筋厚为1.2mm.下同）。然后在标准框基础上逐渐增加腔室。　　并利用软件进行热工性能计算。比较传热系数的差异。如所示。　　左上：三腔室60框：右上：四腔室60框（四腔在室内侧），左下：四腔室60框（四腔在室外侧右下：五腔室60框腔室对保温性能的影响从中我们可以看出，60三腔室平开框传热系数为1.61W/（m210.温度曲线在腔室内密集并且变化平缓。　　温差为10K左右。说明腔室保温隔热效果好。温度曲线在钢衬腔内几乎没有显示。温差仅为3K左右。这是因为钢衬是热的良导体。温度在钢衬腔内变化很小。我们可以通过减小钢衬腔来提高保温性能。但同时降低了抗风压性能。　　所以我们在门。窗塑料异型材设计时需综合考虑。针对不同地区的气候特点在保温性能和抗风压性能上有所侧重。　　温度曲线在胶条和玻璃间隔条底部处汇集。说明这些部分温差大。是门窗保温的薄弱环节。这也提醒我们在门窗使用时需选用质量好的玻璃等五金件。　　表2是根据计算不同腔室60框的传热系数汇总表。　　我们可以看出塑料异型材增加一个腔室可降低传热系数4%左右。但随着腔室的增加。传热系数的降低趋势越来越小。另外塑料异型材增加腔室也给模具的加工制造带来难度。在塑料异型材设计时。我们要综合考虑塑料异型材保温性能和模具加工难易。根据热工性能分析和模具加工经验，腔室厚度尺寸应不小于4mm.对比四腔室60框（四腔在室内侧），四腔室60框（四腔在室外侧）两种型材，我们可以发现保温腔室设计在室外侧比室内侧保温效果要好。　　塑料异型材壁厚一般按照GB 8814-2004门、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材标准中的规定来进行设计。A类型材为2.8/2.5mm.B类型材为2.5/2.0mm.壁厚对提高型材焊接强度、低温落锤冲击、弯曲弹性模量等有直接的影响。目前国内最为流行的门、窗用塑料异型材尺寸为60平开。80推拉。但是否增加塑料异型材尺寸更多的被生产企业从经济性考虑。而不完全是从功能性考虑。　　中左图为在60标准框的基础上。提高壁厚为3.0/2.5/1.5mm所得到的60厚壁框。从图中可以看出，60厚壁框的传热系数为1.61W/（m2I.与60标准框的传热系数一样。这说明壁厚对保温性能几乎没有影响。　　中右图为四腔室70框，壁厚和60标准框一致，都为2.5/2.0/1.2mm，其传热系数为1.41W/litK）。与结构相近的四腔室60框（四腔在室外侧）的传热系数1.51WAmD对比。四腔室70框的传热系数降低了0.1W/（m2'K）。降低比率为6.6%.这说明塑料异型材尺寸对保温性能影响很大。　　左：60厚壁框；右：70框壁厚、尺寸对保温性能的影响56绿色建筑4塑料异型材密封结构对保温性能的影响平开系列塑料门窗大多为两密封结构。两密封门窗容易加工。五金件安装空间大。但由于排水的需要，框。扇型材上需要铣排水孔。气压平衡孔。故框。扇组成的空间并非完全封闭的。不能算真正意义上的保温腔。实际是水。气共混腔室。而三密封结构是在框。扇型材上增加一道密封胶条。相对于两密封结果。三密封门窗工艺复杂。　　设计时需特别考虑五金件安装位置及尺寸。三密封门窗中间的密封胶条将水。气分离。形成独立的室外侧水密室和室内侧气密室。　　左图为采用60标准型材组成的两密封门窗。传热系数为1.62W/（m2l）。右图为在60标准型材的基础上增加一道密封。框、扇型材外形和尺寸为适应三密封结构的需要略有变化。60三密封门窗传热系数为1.45 7（m2.K）。与60两密封门窗相比。60三密封门窗的传热系数降低了0.17W"m2K）。降低比率为10.5°/可以看出。增加密封层数可显著提高塑料异型材的保温性能。　　左：60两密封平开窗，右：60三密封平开窗密封结构对保温性能的影响（上技沾M迈）多。由于南，北方气候条件有较大差异。为了达到更理想的节能效果。对不同地域。利用不同镀膜面位置。可以更好地发挥low-E低辐射镀膜的节能效果。见。　　破璃5结语随着节能减排工作的深入。建筑门窗保温性能的验证必将越来越受到重视。利用热工性能计算分析软件。可以方便快捷的计算出型材、门窗的传热系数。这使我们在设计阶段就能进行门窗型材保温性能的验证。方便我们及时调整和修改。更好更快的设计出高性能高性价比的门、窗用塑料异型材。　　塑料异型材增加一层腔室可使型材传热系数降低约4%.增加腔室应首先考虑放置在型材的室外侧。考虑到模具加工。塑料异型材腔室厚度尺寸应不小于4mm.塑料异型材增加厚度尺寸可显著降低型材传热系数。对保温性能要求高的地区。应考虑65平开。70平开等大尺寸门窗型材。　　塑料异型材增加一道密封层数可使传热系数降低约10%.对保温性能要求高的地区，尤其是"三北"地区。　　在增加型材厚度尺寸的基础上。应考虑65平开三密封、70平开三密封门窗型材。　　壁厚几乎对塑料异型材的保温性能没有影响。　　究工作，现供职于连云港杰瑞模具技术有限公司。作者通讯地址：江苏省连云港市新浦区海连东路42号，邮编：222006.3结语（1>在我国南方地区。建议把Low-E镀膜设在第二层面上。膜层在外片玻璃的里侧，当光照在外片玻璃的阳光到达第二层面的镀膜上时。膜层因镜面作用就会反射一部分光。从而减小空调的负担。达到节能的目的：（2）在我国北方地区。建议把Low-E膜层设在第三层面上。对于室内而言。在冬季采暖期间把室内的热辐射到达中空玻璃时。遇到镀膜同样会将大量的热能反射回室内。　　减少热能的外溢。达到节能效果。：2010-12-20有限公司。作者通讯地址：北京市丰台区宋庄路73号丨号楼2206室绿色建筑57