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超低能耗绿色建筑铝合金门窗解决方案

来源:2018《建筑门窗幕墙创新与发展》  作者:李进 刘军  日期:2018-4-26
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  摘要:分析了影响铝合金型材热工性能的因素,介绍了暖边间隔条的性能及其作用,阐明了超低能耗绿色建筑应用技术导则中对外窗的节能要求及其对应解决方案。
  关键词 :超低能耗绿色建筑;被动房;铝合金型材热工性能;传热系数;热工计算

  一、前言

  被动式房屋(Passive House)是欧洲倡导的一种新型节能建筑,在欧洲尤其是德国发展的较为迅速,这正是得益于德国政府重视节能。德国的门窗节能规范要求高,目前北京执行的75%节能标准规定为整 值小于2.0 W/(m ²·K),落后德国整整20年。在中国大力推行建筑节能工作的时候,“被动房”成为一个很总要的平台。被动房的研发和推广对我国建筑节能政策的推进和节能技术的提升有着非常重要的意义。

  二、铝合金型材热工性能研究

  1.隔热条宽度对型材热工性能影响

  笔者采取不同隔热条截面宽度的隔热铝合金型材,隔热条截面高度取为14.8mm、18.6mm、24mm、30.0mm、34mm、35.3.0mm、41.0mm、44mm、50mm、54mm、和64mm,热工性能计算结果见表2、表3:

 

  从表2中可以看出,隔热条截面高度从14.8mm增加至24.0mm时,型材节点(词条“节点”由行业大百科提供)传热系数从3.28w/㎡.k 降低至2.64w/㎡.k ,降低幅度为0.64 w/㎡.k ;若按框窗比30%计算,整窗的传热系数可降低约0.2 w/㎡.k 。因此,增加隔热条截面宽度可改有效善铝合金窗节能效果。

  同时结合表3的折线图中可以看出:做近似计算,隔热条截面宽度每增加5mm,隔热条对型材传热系数降低的贡献大约为0.3 w/㎡.k,对整窗传热系数降低的贡献大约为0.1 w/㎡.k 。

  2. 框扇多道密封对框扇节点热工性能影响研究

  笔者对比了双道密封和三道密封的热工结果,对比结果如图1:

  采用三道密封时,即框扇空腔内部多了鸭嘴胶条,而扇下侧隔热条设计为T形从上图可以看出,使用双道密封时模拟计算结果为2.923 w/㎡.k ;使用三道密封时模拟结果为2.729 w/㎡.k ,降低幅度0.194 w/㎡.k 。经热工计算,整窗传热系数降低约0.058 w/㎡.k 。

  3.框玻胶条形式对型材热工性能影响

  笔者对比了普通胶条和长尾胶条的热工结果,对比结果如图2:

  使用普通胶条时模拟结果为2.923w/㎡.k ;使用长尾胶条时模拟结果为2.877w/㎡.k ,降低幅度0.046w/㎡.k 。经热工计算,整窗传热系数降低约0.014w/㎡.k 。

  4.泡沫填充对型材热工性能影响

  笔者对比了未填充泡沫和填充泡沫的热工结果,对比结果如下图3:

  未使用泡沫填充时模拟结果为2.923 w/㎡.k ,使用泡沫填充时模拟结果为2.843 w/㎡.k ,降低幅度0.08 w/㎡.k 。经热工计算,整窗传热系数降低约0.024 w/㎡.k 。

  5.玻璃垫块对型材热工性能影响

  笔者对比了未填充泡沫和填充泡沫的热工结果,对比结果如图4:

  未使用玻璃垫块时模拟结果为2.923w/㎡.k ,使用玻璃垫块时模拟结果为2.777 w/㎡.k ,降低幅度0.146w/㎡.k 。经热工计算,整窗传热系数降低约0.044w/㎡.k ).

  5.隔热条Low-e膜对型材热工性能影响

  笔者对比了未使用Low-E隔热条和使用Low-E隔热条的热工结果,对比结果如图5:

  未使用隔热条Low-E膜时模拟结果为2.923 w/㎡.k ,使用隔热条Low-E膜时模拟结果为2.795 w/㎡.k ,降低幅度0.128 w/㎡.k 。经热工计算,整窗传热系数降低约0.038 w/㎡.k ).

  6.综合方案对型材热工性能影响

  最后,笔者对比了初始方案和使用上述所有优化方案的热工结果,对比结果如图6:

  综合上述,使用24mm隔热条的隔热复合型材Uf值模拟结果为2.923 w/㎡.k ,使用上述5中优化方案后时模拟结果为2.451 w/㎡.k ,降低幅度0.472 w/㎡.k 。经热工计算,整窗传热系数降低约0.142 w/㎡.k ).

  二、暖边(词条“暖边”由行业大百科提供)热工性能影响:

  与隔条相比,能有效改善中空玻璃边部导热性的间隔条就是暖边间隔条。暖边间隔条大多使用导热系数较低的材料替代传统铝条,有效降低玻璃边部的热量流失和提升玻璃边部内表面温度,提高居住舒适度。

  依照JGJ/T 151-2008 ,整樘窗的传热系数计算公式为:

  根据表4可以得出,常见窗型使用暖边间隔条后,整窗传热系数可以改善(降低)0.14~0.18w/㎡.k ,同时可以有效地提升外窗内表面(包括玻璃边缘)温度。笔者分别使用铝间隔条和暖边间隔条模拟同一个节点,比较温度曲线差异,结果如图7所示:

  根据《被动式超低能耗技术导则》第30条可知:被动式超低能耗外窗为防止结露,外窗内表面温度(包括玻璃边缘)不应低于13°C,且平均大于17度。上图使用铝边间隔条的节点内表面温度为12.2°C,小于13°C,未能达到被动式超低能耗用窗的要求;而使用暖边间隔条的节点内表面温度为14.4°C,大于13°C,符合被动式超低能耗用窗的要求。

  综上可知,使用暖边间隔条可以较大程度改善整窗的传热系数;并且可以提升外窗内表面温度,使用暖边间隔条的内表面温度比使用铝边间隔条的内表面温度高出2.2度,可以有效降低玻璃边缘结露的可能性,提升了居住的舒适性。可以有效降低玻璃边缘结露的可能性,提升了居住的舒适性;可以更好迎合四步节能的趋势,并且满足被动式用窗的相关指标要求。

  三.超低能耗绿色建筑铝合金门窗解决方案

  根据《被动式超低能耗绿色建筑应用技术导则》中的相关规定,对不同气候区外窗的传热系数有着严苛的规定。从图中我们可以看出,外窗的传热系数值为0.8 w/㎡.k 、1.2 w/㎡.k 、1.5 w/㎡.k 和2.0 w/㎡.k 这4个值是非常重要的“分水岭”。笔者针对不同气候区设计了不同的铝合金门窗配置的解决方案:

  四、结论

  (1)整窗U值小于0.8w/㎡.k 的外窗传热系数配置需要使用54mm以上的隔热条,并且64mm隔热条的解决方案已经应用在很多德国被动房门窗的认证中;

  (2)整窗U值小于1.0w/㎡.k 的外窗传热系数配置需要使用41mm以上的隔热条,同时需要配合真空玻璃(词条“真空玻璃”由行业大百科提供),或者使用54mm隔热条,并配合高性能的中空玻璃;

  (3)整窗U值小于1.2w/㎡.k 的外窗传热系数配置需要使用34mm以上的隔热条,同时需要配合极高性能的中空玻璃或使用真空玻璃;

  (4)整窗U值小于1.5w/㎡.k 的外窗传热系数配置也需要使用34mm以上的隔热条,同时配合较高性能的中空玻璃;

  (5)整窗U值小于2.0w/㎡.k 的外窗传热系数配置需要使用24mm以上的隔热条,同时配合较高性能的中空玻璃。

  五、结束语

  目前我国的节能建筑发展蒸蒸日上,但在技术标(词条“技术标”由行业大百科提供)准和产品性能方面和被动房还存在很大差距,随着被动式超低能耗绿色建筑在中国的迅速普及和大力推广,满足相关性能的外窗研发和推广也势在必行。伴随着国内陆续出现的铝合金(词条“铝合金”由行业大百科提供)门窗获取PHI被动房认证,铝合金(词条“合金”由行业大百科提供)门窗无法满足被动式超低能耗绿色建筑节能要求的言论也被打破,开创了节能建筑事业的新篇章。

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