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建筑外窗的传热系数

2020-01-09 00:52:58

传热系数K值是指在稳定传热条件下,建筑外窗室内外两侧空气温差为1K,单位时间内,通过外窗单位面积的传热量,单位为W/(㎡·K)。外窗热量传递方式包含了对流换热、温差传导换热和辐射换热,是这3种换热方式的综合体现。其影响因素主要有型材材质、型材结构和外窗玻璃。
  一、型材材质
  外窗窗框的使用材质主要有:塑料、铝合金、断桥铝合金、实木。
  塑料窗、实木窗K值较小,节能效果好。它们之间节能性能的高低依次是:实木窗优于塑料窗、断桥铝合金窗,普通铝合金窗最低。
  二、型材结构
  (1)多腔结构、多道密封
  从减小传热角度考虑,型材断面最好设计为多腔结构,型材内的多道腔室对通过的热流起到多重阻隔作用,腔内传热(对流、辐射、导热)相应被削弱,特别是辐射换热强度随腔室数量增加而成倍减少。同时增加型材宽度、厚度和壁厚,有利于降低K值。
  塑料65系列塑料窗型材从腔室结构、密封结构、等压腔结构、玻璃安装位置设计明显好于60系列。合理的玻璃安装位置可安装双层中空玻璃或玻璃间距在大于15mm以上的中空玻璃,有利于降低窗的传热系数K值。
  60系列塑料平开窗框扇间多为2道密封。65系列PVC-U平开塑料窗型材为5腔设计,框扇间为3道密封,中间有一道等压密封胶条,使气水分离,水进入窗框后有一个高度的阻挡,气密性能、水密封性能较60系列有明显的提高。且经过几年的市场应用,工艺技术成熟,适于推广应用。
  (2)断桥隔热
  断桥隔热技术原理是利用塑料隔热条,将室内外2层铝合金既隔开又紧密连接成一个整体,构成一种新的隔热型的铝型材,解决了铝合金传导散热快的问题。这种结构设计,兼顾了塑料和铝合金两种材料的优势,同时满足装饰效果、外窗强度及耐老化性能的多种要求。
  为进一步提升断桥铝合金窗节能性能,在设计生产中,可以增大塑料隔热条宽度,并且在暖边条之间空腔填充发泡材料。此外,为增强视觉美感、扩大应用范围,近年来专业人员设计铝木复合外窗,在断桥铝合金窗内外侧安装木制板,从而提高门窗保温性能,并且木质纹理起到良好的装饰作用。
  铝合金型材隔热方式主要有穿条式、灌注式和穿条+灌注式。隔热条在铝合金型材中产生一个连续的隔热区域将金属结构分成2个部分,隔热条的尺寸越大在型材中形成的隔热区域越大,型材K值越小,隔热性能越好。同时合理的隔热条尺寸为中空玻璃的选配提供安装条件。
  隔热条在铝合金型材中不只起到隔热作用,隔热条两端分别与隔热铝材的里、外两腔型材复合,是唯一的受力传载结构,随着隔热条尺寸的加大,承受的剪切力加大,对流与辐射交换的综合因素增大。选择合理的隔热条规格尺寸是满足综合性能的保障,铝合金型材隔热条宽度推荐选配18mm~22mm。
  三、外窗玻璃
  玻璃约占窗户面积的80%,通过玻璃的热量散失主要有辐射换热和温差传导换热。普通透明玻璃能透过90%以上的太阳辐射。因此,玻璃的选用,对窗户的节能性能有很大影响。
  目前在节能外窗中广泛使用的为Low-E玻璃和中空玻璃,就是分别从辐射换热和温差传导换热2个方面减小热量散失。Low-E玻璃又称低辐射玻璃,是在玻璃表面镀上多层金属或其它化合物组成的膜系产品。其镀膜层具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性。使用高强度高气密性复合粘结剂,将玻璃片与内含干燥剂的铝合金框架粘结而制成的中空玻璃,双层密封,具有高效隔声隔热性能。
  为达到更好的保温隔热效果,将2种技术复合使用,采用Low-E玻璃制作于中空玻璃,并在玻璃间充氢气或氦气,可进一步提高玻璃的节能性能。高反射薄膜和密封胶性能的优劣直接决定Low-E和中空玻璃的节能性能。
  中空玻璃,一般由2片(或3片)玻璃与空气层组合而成,有的采用铝制或暖边间隔条,中间层填充空气、惰性气体或抽成真空,具有较高的保温隔热性能,可以有效地提高外窗玻璃热阻。
  中空玻璃是目前节能玻璃的主流品种。因其具有优越的保温与隔音特质,很大程度上阻止了由外窗引起的热交换,降低了能耗。中空玻璃间层厚度应不小于9mm、不大于20mm,以12mm或以上为宜。
  中空玻璃面积与窗面积比值一般为70%左右。Low-E中空玻璃传热系数一般在1.8W/(㎡·K)以下,较普通白玻中空的传热系数下降了1.0W/(㎡·K)左右,节能性能非常明显。
  中空玻璃中间的密闭空气层具有一定的热阻,并且随着空气层厚度改变而变化。相对静止的空气具有很好的隔热性,空气传热系数为0.028W/(㎡·K)。中空玻璃填充惰性气体隔热性能会更好,但随时间的推移惰性气体会因中空玻璃的密封性能下降而衰减。
  中空玻璃间隔条一般为铝隔条,通过试验显示,中空玻璃周边传热强度远大于中部。导热系数低的不锈钢隔条可降低中空玻璃传热系数。

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