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    门窗优化策略分析(暖边篇)

    2020-05-11 责任编辑:谢小华 浏览数:

    门窗虽然只占建筑外维护结构面积的10%左右,却给建筑带来50%左右的能量损耗,建筑节能需要从门窗开始。

    选用玻璃的传热系数Ug=1.1W/(m2·k) ,选用优质断桥铝型材Uf=1.6 W/(m2·k),窗外径尺寸按照欧标准窗 1,23 x 1,48 m;通过报告我们可以看出,SWISSPACER U型暖边的使用,使得这扇窗的整窗传热系数Uw值相比较使用铝间隔条,降低了0.20W/(m2·k),性能提升将近13%。

    由此可见,暖边间隔条相对整窗系统虽然是一个比较小的材料,所增加的成本占整窗的成本1%-2%左右,但其对整窗性能的提升能够达到10%-20%或以上,因此,使用暖边间隔条进行门窗系统的优化设计是一个经济、高效的改善途径。

    3.2.2.2使用暖边间隔条可以降低整窗边部结露风险,提升居住舒适度。

    因为暖边间隔条的低导热性能,可以使玻璃边部获得极佳的保温特性,避免大量热量通过边部线性传热流失。正因其良好的保温特性,使得寒冷冬季室内侧玻璃边部区域表面的温度得以保持更接近室内环境温度,且高于室内环境露点温度,从而避免表面结露、结霜,保持玻璃表面干燥,避免因潮湿而发生型材霉变、细菌滋生、带来损坏、缩减寿命、增加维护成本等等使用问题。同时,室内表面温度较使用冷边间隔条提升5℃以上,有效的增加了室内舒适使用空间,即使靠近窗子,也不会明显感受到前热后冷的不舒适感,同时还带来大量能耗的节约。

    我们通过对一扇窗子进行热工模拟,便可以看出暖边间隔条对室内表面温度的改善状况。

    假定环境条件如下:室外温度.: -10°C , 室内温度: 20°C , 相对湿度: 50%,室内环境露点温度Tdw=9.27°C;使用三玻两腔LOW-E中空玻璃Ug=0.7 W/(m2·k),框材选用普通断桥铝型材Uf=1.2 W/(m2·k);玻璃间隔条分别使用铝管和SWISSPACER U 暖边间隔条,模拟结果温度曲线如图3和图4所示。

    图 3 使用铝管间隔条的中空玻璃温度曲线

    门窗优化策略分析(暖边篇)_1

    (图片来源:温格润节能门窗供稿,侵删)

    图4 使用暖边间隔条的中空玻璃温度曲线

    门窗优化策略分析(暖边篇)_2

    (图片来源:温格润节能门窗供稿,侵删)

    通过模拟温度曲线可知,使用冷边间隔条,室内玻璃边部温度为8.09°C,低于室内露点温度Tdw=9.27°C,因此会形成凝露;改用暖边间隔条后,室内玻璃边部温度为12.86°C ,温度升高近5°C ,且高于Tdw=9.27°C,因此不会结露。

    由此可见,使用了暖边间隔条后,明显的提升了整窗系统抗结露性能,也就提升了窗子承受室外极端温度的能力,我们再对下面这扇窗进行模拟分析:

    窗子规格1,23 x 1,48 m,框材选用塑钢型材 Uf=1.2 W/(m²·K);玻璃选用IGU 4low-e+16Ar+4配置,Ug=1.1 W/(m²·K);室内温度20°C,相对湿度50%;中空玻璃的间隔条分别采用铝、不锈钢、非金属刚性暖边,计算出室内边部开始发生结露时的室外极限温度,见表4

    表4 不同间隔条玻璃结露时室外临界温度

    间隔条类型

    边部线性传热系数

    Psi-value [W/mK]

    室外环境温度

    Outside temperature

    铝间隔条

    0,077

    - 3°C

    不锈钢间隔条

    0,051

    - 8°C

    非金属刚性暖边

    0,032

    - 14°C

    从表中可以看出,对于该扇窗,如果使用冷边间隔条,室外环境温度到达零下3°C时室内表面便开始结露,如果使用暖边间隔条,产生结露的室外临界温度降低到零下14°C,抗结露温度改善达10°C以上。

    3.2.2.3改善玻璃版面温度分布梯度,降低玻璃破损风险

    图2可以看出,使用优质暖边间隔条可以提升玻璃边部温度5℃甚至更高,从而减小玻璃版面端部与中部的温差,改善玻璃版面的温度梯度分布,减小玻璃版面的温度应力,从而降低玻璃的破损风险。

    根据JGJ113-2015-建筑玻璃应用技术规程对建筑玻璃防热炸裂设计的相关规定:

    玻璃的端面应力按下式计算

    σh=0.74Eαμ1μ2μ3μ4(Tc-Ts)

    式中:

    σh—玻璃端面应力(Mpa)

    E—玻璃弹性模量,可按0.72x10∧5Mpa取值

    Α—玻璃线性膨胀系数,可按10∧-5/℃取值

    μ1—阴影系数

    μ2—窗帘系数

    μ3—玻璃面积系数

    μ4—边缘温度系数

    Tc—玻璃中部温度

    Ts—窗框温度

    装配玻璃板边框温度直接影响玻璃边部的温度,使用暖边间隔条对于提升玻璃边部区域温度有明显作用,玻璃边部与中部温度差降低5 ℃,可以使温度应力降低2.7N/mm以上(根据不同的阴影分布,窗帘形式,玻璃面积,固定开启而作用不同),因此,暖边应用可以一定程度的降低玻璃热炸裂和自爆的风险。

    3.2.2.4改善门窗的外观效果

    不同材料的暖边间隔条生产工艺和特性不尽相同,除了可以获得不同的热工性能外,也会显现不同的外观效果。传统的铝管多为银白色的金属本色,也有少量使用黑色铝管,色彩非常单一,而且银白色铝管使用中也会存在一定的镜面效果,光照比较强时容易形成局部炫光,冷色彩与不同框体型材颜色质感的匹配度有限。因此,为获得更加优秀的外观效果,在选择间隔条时,需要综合考量其色彩与型材匹配度、表面炫光等影响因素。

    一些非金属暖边材料属于哑光质感,表层光泽慢反射,不存在任何炫光影像。同时具备多种颜色的选择,可以满足不同类型、不同色彩和风格的窗框型材的搭配,成就完美的整窗外观效果,使得暖边也可以成为门窗的点睛之笔、装饰亮点,体现完美品质。

    3.2.2.5暖边间隔条的其它贡献价值

    使用优质的耐久性良好的暖边间隔条,不仅仅可以改善整窗的保温性能,降低玻璃边部结露风险,而且还可以因此提升门窗边部抗霉变性能,提升边部温度系数,减少细菌滋生,发霉老化,降低维护成本等问题。

    通过提高室内侧局部温度,改善室内侧整窗表面的温度分布,减小温差,从而减小因温差带来的冷辐射,冷风混流等不舒适感,增大室内舒适使用空间。

    此外,非金属暖边间隔条对于改善玻璃边部的隔音降噪特性也有积极作用。相比较金属间隔条,非金属暖边间隔条可以一定程度的改善玻璃边部声桥效应,实现“软连接”对于声波传递的减缓作用。

    3.2.3 配置暖边间隔条改善整窗热工性能的经济性分析

    提升整窗保温性能的途径很多,可以用性能卓越的玻璃配置,如双中空双low-e充氩气,也可以用性能优秀的保温型材,如多腔塑钢,木框,聚氨酯隔热超保温型材等等。当然也可以使用性价比更高的暖边材料,实现“小投入大回报”。其实,采用什么改善途径,关键要看经济性,改变什么最经济,性价比更高。

    图5是整窗性能价格曲线图,由图可知,随着整窗性能的不断提升,传热系数K值降低,玻璃,窗框及整窗的价格都会增加,而且,K值越低,改善单位的整窗性能所增加的玻璃、型材的价格幅度就越大(这条价值曲线越陡),而使用暖边隔条增加的成本始终保持不变,

    从图表可以看出,整窗K值小于1.8时,使用暖边间隔条来改善整窗保温性能开始显露出一定的成本-性能优势,是非常经济的改善途径。

    门窗优化策略分析(暖边篇)_3

    (图片来源:温格润节能门窗供稿,侵删)

    图5 整窗性能价格曲线图

    注:整窗价格不包括安装,组装,配件等部分

    对于不同配置的门窗,使用暖边间隔条对其整窗热工性能的改善比率不同,如表5,暖边对整窗热工性能改善比率(举例),可见,整窗传热系数小于1.6时,使用暖边可以带来更明显的热工改善比率,整窗传热系数越低,相同配置下使用暖边带来的热工改善比率越大。

    表5 暖边对整窗性能的改善比率

    配置序号

    型材K值

    W/m2·K

    玻璃K值

    W/m2·K

    不用暖边

    整窗传热系数

    W/m2·K

    使用暖边

    整窗传热系数

    W/m2·K

    热工改善比率

    1

    1.1

    1.5

    1.641

    1.498

    9%

    2

    1.1

    1.1

    1.35

    1.206

    11%

    3

    1.1

    0.7

    1.081

    0.904

    16%

    1.5mX1.5m 单开窗型 WE:SWISSPACER Advance

    3.2.4选用暖边间隔条还需要关注的几个要点

    暖边间隔条为门窗的节能改善带来较大收益,但同时我们也要认识到暖边使用时所面对的一些风险,如果使用不当或暖边品质较差,对于中空玻璃的内在质量带来系统性质量隐患。目前国内已发布的被动式超低能耗建筑节能设计标准,基本都对暖边间隔条的应用作出规定,要求:“使用耐久性良好的暖边间隔条”,因此,我们在选用暖边间隔条时必须对其耐久性给予严格评估。

    1、由表(1)可知,暖边间隔条的材质不同,其导热系数也不尽相同,不同材质的暖边间隔条其热稳定性也不同,在高温环境下会产生不同程度的挥发性气体,对中空玻璃腔体带来不同程度的外观质量甚至内在性能的影响,尤其有的材料在高温状态下产生大量挥发性物质会带来low-e膜层的污染和损伤,从而影响中空玻璃的使用寿命。

    JC/T 2453—2018 中空玻璃间隔条 第3部分:暖边间隔条的行业标准(以下简称《标准》),是目前国内玻璃深加工行业所执行的最高级别的暖边间隔条标准,也是全球范围内最全面和系统的暖边间隔条参考标准。《标准》6.9部分明确了暖边间隔条的热失重测试流程及标准值。

    将事先做好预置处理并达到稳态的暖边条样品,放置在70℃的环境中168小时后进行称重,并按照下式计算测试结果。

    门窗优化策略分析(暖边篇)_4

    (图片来源:温格润节能门窗供稿,侵删)

    式中:

    Mv—样品的热失重,%

    m1—试验前样品的质量,g

    m2—试验后样品的质量,g

    通过测试计算后得到的平均热失重要求不大于0.05%;玻纤增强复合材料+复合膜材料热失重Mv要求不大于0.35%。

    2、除了暖边间隔条挥发性物质影响中空玻璃内在品质,部分间隔条材质还存在可靠性问题,易老化,变色,脆化等问题,这些都将系统的影响到中空玻璃的内在品质和使用寿命,需要在选用时给与重点关注。

    《标准》5.11明确规定,暖边间隔条通过耐紫外线照射测试后,试样表面应无明显变色、粉化等现象。因此,暖边使用前需要对其按照《标准》6.10规定的标准流程和方法进行产品耐紫外线性能的测试。

    3、暖边间隔条作为中空玻璃边部密封系统的主体结构,其侧面和背面分别与主密封胶丁基胶和次密封胶相粘结,因此,暖边间隔条与主、次密封胶还应该具备很好的粘结性,我们还需要对其依据《标准》进行相容性测试,避免带来粘结不牢,脱胶等系统性风险。

    总结

    总之,使用暖边间隔条是提升整窗的热工性能的关键途径。不仅能够获得可观的性能提升、额外的节能收益,而且综合提升了整窗的使用可靠性、舒适性、美观性等。我们也应该认识到,暖边间隔条作为整窗系统的一个细分材料,对整窗的造价成本增加非常有限,仅1%-2%左右的成本增量,而获得的性能提升可以高达10%-20%,具有明显的经济性优势。同时在暖边使用过程中,尽量控制好暖边的品质风险,最大化发挥暖边材料为整窗性能优化设计带来的贡献。由此可见,使用暖边间隔条来优化和提升门窗综合性能是一种有效措施,在未来会有更大的应用空间。

    (文章来源:温格润节能门窗供稿,侵删)

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