寒冷和严寒地区建筑门窗节能设计和解决方案.doc

寒冷和严寒地区建筑门窗节能设计和解决方案时间：2011-3-30点击：255来源：北京质量检验认证协会寒冷和严寒地区建筑门窗节能设计和解决方案北京房云盛玻璃钢有限公司周佩杰1 门窗用玻璃的选择玻璃是非金属材料，导热系数0.8-1（W/mK），远远低于金属，窗玻璃厚度一般为4-6mm，自身热阻非常小几乎可以忽略不计，但占整窗面积65%-75%的窗玻璃传热量则是窗节能的关键，在寒冷和严寒地区门窗玻璃需要有较高的采光能力同时要有较好的保温性能，为此玻璃宜采用高透光的无色透明玻璃，通过中空玻璃或真空玻璃来实现；不宜采用镀膜玻璃或玻璃贴膜，而减少光照。玻璃结构有单层玻璃，双层中空玻璃，三玻双层中空玻璃，真空玻璃等。1.1中空玻璃是对两片或多片玻璃以有效支撑隔开并周边粘接密封，使玻璃层间形成有干燥气体空间，具有节能、隔音功能的玻璃制品。1.1.1中空玻璃的节能原理，是对中空玻璃辐射传递、传导传递、对流传递的三种方式的能量传递过程进行控制，实现节能。辐射传递是能量通过射线以辐射的形式进行的传递，这种射线包括可见光、红外线和紫外线等的辐射。合理配置的中空玻璃基片和间隔层厚度，可以最大限度的降低能量通过辐射形式的传递，从而降低能量损失。传导传递是通过物体分子的运动，带动能量进行运动，而达到的传递目的。中空玻璃对能量的传导传递是过玻璃和其他内部的介质气体来完成的。对流传递是由于在玻璃的两侧具有温度差，造成空气在冷的一面下降而在热的一面上升，产生空气的对流，而造成能量的交换。主要包括玻璃与周边的框架系统的密封不良造成窗框内外的气体能够直接进行交换产生对流，导致能量的损失；中空玻璃内部空间结构设计的不合理，导致中空玻璃内部的气体因温差的作用产生对流，带动能量进行交换，从而产生能量的流失；构成整个系统的窗的内外温差较大，致使中空玻璃内外温差也较大，空气借助冷辐射和热传导作用，首先在中空玻璃的两侧产生对流，然后通过中空玻璃整体传递过去，形成能量的流失。合理的中空玻璃设计，可以降低气体的对流，从而降低能量的对流损失。辐射传递占整个能量传递的约60%，其数值取决于两片玻璃内表面的温度差和间隔层气体的辐射率；传导传递占整个能量传递的约37%，其数值取决于玻璃气体间隔层的厚度和玻璃板面尺寸的大小；对流传递占整个能量传递的约3%，其数值取决于玻璃气体间隔层的厚度和温度。1.1.2合理选择中空玻璃基片玻璃的厚度：基彼玻璃是组成中空玻璃的主要材料，玻璃厚度与玻璃热阻的乘积和中空玻璃的传热系数有着直接的联系，当玻璃厚度增加时，必然会增大该片玻璃对热量传递的阻挡能力，从而降低整个中空玻璃系统的传热系数。从下二个表可以看出增加玻璃厚度对降低中空玻璃的传达室热影响很小。不同厚度单层玻璃的传热系数（表7）玻璃厚度3mm5 mm6 mm12 mm19 mm传热系数K( W/ m2K)5.85.755.75.54.86玻璃厚度变化与传热系数的关系数据（表8）序号玻璃厚度（mm）传热系数K( W/ m2K)15mm无色透明玻璃+12A（空气）+5 mm无色透明玻璃2.8426mm无色透明玻璃+12A（空气）+6mm无色透明玻璃2.8338mm无色透明玻璃+12A（空气）+8 mm无色透明玻璃2.80410mm无色透明玻璃+12A（空气）+10 mm无色透明玻璃2.771.1.3适当加大中空玻璃的板面尺寸：从能量传递传导方式来看，加大中空玻璃的板面尺寸，可以减少中空玻璃单位面积通过中空玻璃边部间隔层边框系统的热损失，从而降低整个中空玻璃系统的传热系数，提高中空玻璃整体隔热节能效果。1.1.4选用合理中空玻璃密封系统：中空玻璃密封系统由间隔条、干燥剂、密封胶等组成，其作用是将双片玻璃之间通过间隔条有效支撑隔开，形成有效的干燥气体空间，达到保温的目的。间隔条有铝隔条、塑料隔条、不锈钢隔条：密封胶有聚硫胶和丁基胶；密封方式有单道密封和双道密封等。密封胶和干燥剂性能的好坏对中空玻璃的使用寿命影响较大；而间隔条和密封胶的热传导性能的好坏直接影响中空玻璃边部的隔热性能，从而影响中空玻璃的整体节能性能。中空玻璃的间隔条不同、密封方式不同、检测位置不同其传热系数不同，详见下表中空玻璃密封系统不同的传热系数K(W/m2K)（表9）玻璃中央玻璃边缘边缘密封综合值双道密封弹性硅硐胶隔条2.972.913.382.86单道密封不锈钢U型间隔条2.973.064.052.92双道密封不锈钢U型间隔条2.973.074.132.94单道密封铝带/丁基胶合成胶条2.793.164.572.79双道密封铝隔条2.793.565.193.08中空玻璃边部密封系统的传热系数K(W/m2K)（表10）密封形式双封铝条热融丁基/U型Swiggle/铝隔带不锈钢Swiggle传热系数K( W/ m2K)10.84.433.061.361.1.5根据气体性质选择合理的气体间隔层厚度：中空玻璃间隔层常用厚度为6A、9A、12A、15A和16A等。通过气体间隔层厚度的控制，使中空玻璃内部形成紊态气流的传热，昼控制气体的冷热气体相互干扰或者说使其上升与下降的气流互相干扰来控制产生对流传热。从下表可以看出气体层隔层厚度与传热系数的大小有直接关系，在相同条件下，气体间隔层越大，传热阻越大，但气体层的厚度达到一定程度后，传热阻的增长率就很小了，因这当气体层厚度达到一定程度后，气体在玻璃之间温差的作用下就会产生一定的对流过程，从而减低了气体层增厚的作用。双层玻璃传热系数与隔条宽度的关系（表11）隔条宽度（mm）691215182124传热系数K( W/ m2K)2.732.762.482.512.522.482.391.1.6选择合适的气体类别并确保充气量：中空玻璃内部充填的气体除空气之外，在中空玻璃的内部充入的惰性气体（气体填充量90%），可以有效提高中空玻璃的隔热、隔音性能。由于充入的的导热系数很低，（空气0.024W/mK；氩气0.016W/mK；氪气；六氟化硫），因此大大提高了中空玻璃的热阻性能。详见下表：中空玻璃气体间隔层厚度、类别与传热系数的关系数据（表12）序号玻璃厚度（mm）传热系数K( W/ m2K)充气量（体积百分比）15mm无色透明玻璃+6A（空气）+5 mm无色透明玻璃3.2725mm无色透明玻璃+6A（氩气）+5 mm无色透明玻璃3.0490%以下35mm无色透明玻璃+6A（氪气）+5 mm无色透明玻璃2.7790%以下45mm无色透明玻璃+9A（空气）+5 mm无色透明玻璃3.005mm无色透明玻璃+9A（氩气）+5 mm无色透明玻璃2.8290%以下5mm无色透明玻璃+9A（氪气）+5 mm无色透明玻璃2.6190%以下5mm无色透明玻璃+12A（空气）+5 mm无色透明玻璃2.845mm无色透明玻璃+12A（氩气）+5 mm无色透明玻璃2.6990%以下5mm无色透明玻璃+12A（氪气）+5 mm无色透明玻璃2.5990%以下5mm无色透明玻璃+16A（空气）+5 mm无色透明玻璃2.73序号玻璃厚度（mm）传热系数K( W/ m2K)充气量（体积百分比）5mm无色透明玻璃+16A（氩气）+5 mm无色透明玻璃2.6290%以下5mm无色透明玻璃+16A（氪气）+5 mm无色透明玻璃2.6190%以下5mm无色透明玻璃+18A（空气）+5 mm无色透明玻璃2.735mm无色透明玻璃+18A（氩气）+5 mm无色透明玻璃2.6290%以下5mm无色透明玻璃+18A（氪气）+5 mm无色透明玻璃2.6190%以下1.2真空玻璃是指将两片或两片以上玻璃四周用玻璃钎焊料密封，中间抽真空，真空层厚为0.1-0.2mm，其中有规则的的微小支撑物来承受大气压力以保持间隔的玻璃制品。由于结构不同，真空玻璃与中空玻璃的传热机理也不同，真空玻璃中心部位传热由辐射传热和支撑物传热构成，其中忽略了残余气体传热，而中空玻璃则由气体传热（包括传导和对流）和辐射传热构成，为此具有更好的保温性能。其传热系数详见下表（表13）真空玻璃品种普通Low-e半钢和钢化Low-e中空+真空玻璃传热系数K( W/ m2K)2.30.6-0.90.2-0.60.1-0.51.3综合上述论述，可根据下表给出了常用玻璃的传热系数K值进行选择，供设计时参考（表14）玻璃品种传热系数K( W/ m2K)单片透明玻璃5mm5.756mm5.712 mm5.5中空透明玻璃5+12空气+52.86+12空气+62.85+12氩气+52.76+12氩气+62.66+12氩气+6暖边（泰诺风）2.14+6空气+4+6空气+42.34+9空气+4+9空气+41.94+12空气+4+12空气+41.84+12氩气+4+12氩气+41.7真空透明玻璃N4+V+N4+ A 9+T51.8N4+V+L4+ A 9+T50.8T5+A6+N3+V+L3+ A 9+T50.72 门窗用型材的选择及结构对寒冷和严寒地区门窗应选用强度高，导热系数低、耐候性能强的玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）型材。玻璃钢型材具有轻质高强的优良性能（详见下表），其拉伸强度是铝合金的二倍，接近于钢材，比强度是钢或铝的四倍，为此玻璃钢门窗不需增加钢衬，就有足够的抗压、抗折、不变形、不弯曲等抗变形强度保证了门窗性能需要。由于具有如此好的强度，可以抵遇因寒冷温差而导致的热胀冷缩变形，弥补了塑钢门窗强度低易变形的缺点。可在寒冷、严寒、台风多发区使用。项目单位玻璃钢铝合金PVC钢密度1000Kg/m31.72.91.57.8拉伸强度MPa38815050420弯曲弹性模量MPa2090070000196020600比强度220533653玻璃钢型材的与其它型材比较相对较低（见下表），从导热系数上比铝合金降低了43%；比PVC塑料降低了30%；比钢材降低了99.3%，玻璃钢型材采用了三腔的保温空腔结构，不用内置钢衬而影响玻璃钢型材的导热系数，所以玻璃钢型材是最佳的门窗保温材料，经实测玻璃型材框的保温K值在0.8-1.2（W/m2K）项目单位玻璃钢铝合金隔热型材PVC钢导热系数W/m.0.300.530.4358.2玻璃钢型材属热固性塑料，树脂交联后即形成三维网状分子结构，变成不熔不溶体，既使受热也不会熔化，热变形温度为200，耐高温。玻璃钢型材随着温度的下降，分子运动减速，分子间距离缩小并逐步固定在一定的位置上，分子间引力加中，所以低温不变形，并具有不吸水等特点（祥见下表），在冷热温差变化较大环境下，不易与建筑物及玻璃之间产生缝隙，保证尺寸稳定，可大大提高玻璃钢门窗的密封性能。项目单位玻璃钢铝合金PVC钢耐热性热变形温度200耐高温维卡软化温度83耐冷性低温下强度提高无低温脆性脆化=-40吸水性不吸水不吸