框与玻璃U值的合理搭配摘要本文通过热流累计比例以及框玻璃的温差分析对整窗配置的合理性进行了初步分析。推荐框和玻璃的U值差异不大于1.5。关键词合理框U值累计比例节能窗要选断桥铝选尼龙隔热条几乎已经成为共识。但如何对具体的节能要求提出整窗配置则还存在不少误区譬如经常可以看到普铝配Low-E中空玻璃14.8隔热条用到整窗1.8的配置里等等。这其中就涉及到搭配的合理性问题也就是框和玻璃的传热系数即U值如何搭配。一、节能与舒适度的重要性在TED《行为科学如何节能》中演讲者展示的一罐煤所含有的能量可以让灯泡亮一年。但是因为发电、传输过程中的传导、散热的关系只有10%的能量实际被转为光能利用其余的90%都浪费了。那么也就是要达到同样的效果灯泡亮一年需要整整一车的煤炭而那一罐煤就显得杯水车薪了。而反过来想我们节约的每一度电实际上为地球村节约了10度的煤▲图1因此我们政府的目标是2020年前全国都实现节能65%。下表1是截止目前的进度。可以看出一半的省市已经在执行65%的标准而北京天津、河北、山东等已经开始执行75%的节能标准了。▲表1 全国各省市节能标准进度但是实际执行不容乐观按照隔热条的销量来看东北、华北的14.8隔热条还是占大头。感觉就像14.8可以通吃天下一样。这里面相当部分是因为整窗配置不明确不少还存在误区比如14.8隔热条用到整窗1.8的配置里有的甚至普铝配Low-E的也比比皆是。而这些不合理导致的各种问题比如Low-E玻璃碎裂、结露、冷辐射等都大大降低了居住者的舒适度体验。▲结露现象二、比较的方法根据国际标准ISO 15099-2003第8.3.2节关于室内侧对流换热量规定换热量的计算按照公式130而依据热工规程JGJT 151中国室内侧边界是自然对流状态那么综合考虑ISO15099中的公式131-139可以得出室内侧的对流换热量 近似正比于室内侧表面温度和空气的温差这样分析比较的思路如下● 对室内侧表面进行分段并读取各自的温度T1。图2图3● 求出与室内环境的温差∆T即 20-T1。图4● 求出温差∆T的1¼次方作为热流失量q的近似值图5然后每段的量再除以整体的得到相应的比例。● 从框与墙体的接触点开始累加各个分段的热流失比例称为热流累计比例。玻璃顶端的热流累计比例为1即100%。▲图2 对室内侧进行分段▲图3 以绿线的长度为横坐标图示室内温度分布具体到本文如下1、选用THERM/Window软件并且开启CR模型这样可以获得准确的表面温度。2、框的U值由隔热条宽度决定因此选用内开窗分别为普铝、14.8、24隔热条对应的框U值分别为5.5, 3.6, 2.9 W/m²∙K。3、分别搭配不同的玻璃获得1.62.02.7的玻璃U值。表34、玻框比保持在70%。5、获得的内表面温度如图3所示。横坐标是内表面每个点到sightline的累积距离每个网格的内表面边长Sightline是指玻璃可视部分的最下沿横坐标的负值表示框的内表面正值表示玻璃的内表面。因此获得的累积比例图中横坐标0所对应的值就是框所代表的比例因为y轴的左边都是框右边都是玻璃。6、因为玻璃间隔条的存在玻璃的边缘部分到sightline 63.5mm范围内的透明部分要大于中心部分的所以有必要统计这一段的热流累计比例。▲表3 框与玻璃的U值差异三、比较结果按照上述步骤得出的累计比例如表4 所示。黄色部分表示框玻璃边缘部分的比例。按照框和玻璃的U值差异排序的数据如表5和图6所示。▲表4 黄色部分为框玻璃边缘▲表5 热流统计与U值差异的关系▲图6 热流失比例和u值差异从上图可以看出● 对于普铝窗流过框的比例在55%以上。也就是一半以上的热量从窗框流走了。热量流失的越多框室内表面温度越低图7而与玻璃边缘部分的热交换增加拉低了玻璃边缘的温度。● 对于使用了14.8隔热条的节点随着玻璃U值从2.7降到2.0,再降到1.6通过框的热量从39%增加到了49%。● 从图6的累计比例趋势图中框以及框玻璃边缘的比例在2.0处出现拐点。对于玻框比为70%的常见窗型如果从窗框流失的热量超过45%就显得不合理因此框与玻璃的u值差异应低于1.5。● 图7为三种窗框搭配1.6的中空玻璃室内侧温度的分布。可以明显看出框与玻璃差异小时其温度差异也小。▲ 图7框和玻璃表面温度差异大容易引起● 玻璃板块的温度差增加比如普铝窗框的表面温度低使得和Low-E玻璃边缘的辐射热交换增加拉大了玻璃中心和边缘的温差进而增加了玻璃的热应力结果就是容易炸裂。如果玻璃切割加工时不正规所导致的边部裂口大的话热炸裂的概率更高。● 舒适度不良窗户和居住者之间会进行辐射的热交换而玻璃和窗框给人的感觉明显不同。所以被动房特别规定了窗框、玻璃的温度与室内温差不能大于3度。● 结露普铝窗框温度低更容易结露或发霉。四、总结从上面的分析可以了解到框和玻璃的U值差异越大流过窗框的热量比例越高而且框和玻璃的表面温度差异也越大都对用户的热舒适度不利。比如普铝配Low-E 时其窗框流失了整窗55%以上的热量使得玻璃中心和边缘的温差加大极易导致热炸裂。如果以45%作为临界点则框和玻璃U值差异小于1.5是比较合理的。