寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)建筑門(mén)窗節(jié)能設(shè)計(jì)和解決方案時(shí)間：2011-3-30點(diǎn)擊：255來(lái)源：北京質(zhì)量檢驗(yàn)認(rèn)證協(xié)會(huì)寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)建筑門(mén)窗節(jié)能設(shè)計(jì)和解決方案北京房云盛玻璃鋼有限公司周佩杰1 門(mén)窗用玻璃的選擇玻璃是非金屬材料，導(dǎo)熱系數(shù)0.8-1（W/mK），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬，窗玻璃厚度一般為4-6mm，自身熱阻非常小幾乎可以忽略不計(jì)，但占整窗面積65%-75%的窗玻璃傳熱量則是窗節(jié)能的關(guān)鍵，在寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)門(mén)窗玻璃需要有較高的采光能力同時(shí)要有較好的保溫性能，為此玻璃宜采用高透光的無(wú)色透明玻璃，通過(guò)中空玻璃或真空玻璃來(lái)實(shí)現(xiàn)；不宜采用鍍膜玻璃或玻璃貼膜，而減少光照。玻璃結(jié)構(gòu)有單層玻璃，雙層中空玻璃，三玻雙層中空玻璃，真空玻璃等。1.1中空玻璃是對(duì)兩片或多片玻璃以有效支撐隔開(kāi)并周邊粘接密封，使玻璃層間形成有干燥氣體空間，具有節(jié)能、隔音功能的玻璃制品。1.1.1中空玻璃的節(jié)能原理，是對(duì)中空玻璃輻射傳遞、傳導(dǎo)傳遞、對(duì)流傳遞的三種方式的能量傳遞過(guò)程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。輻射傳遞是能量通過(guò)射線(xiàn)以輻射的形式進(jìn)行的傳遞，這種射線(xiàn)包括可見(jiàn)光、紅外線(xiàn)和紫外線(xiàn)等的輻射。合理配置的中空玻璃基片和間隔層厚度，可以最大限度的降低能量通過(guò)輻射形式的傳遞，從而降低能量損失。傳導(dǎo)傳遞是通過(guò)物體分子的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)能量進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，而達(dá)到的傳遞目的。中空玻璃對(duì)能量的傳導(dǎo)傳遞是過(guò)玻璃和其他內(nèi)部的介質(zhì)氣體來(lái)完成的。對(duì)流傳遞是由于在玻璃的兩側(cè)具有溫度差，造成空氣在冷的一面下降而在熱的一面上升，產(chǎn)生空氣的對(duì)流，而造成能量的交換。主要包括玻璃與周邊的框架系統(tǒng)的密封不良造成窗框內(nèi)外的氣體能夠直接進(jìn)行交換產(chǎn)生對(duì)流，導(dǎo)致能量的損失；中空玻璃內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，導(dǎo)致中空玻璃內(nèi)部的氣體因溫差的作用產(chǎn)生對(duì)流，帶動(dòng)能量進(jìn)行交換，從而產(chǎn)生能量的流失；構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的窗的內(nèi)外溫差較大，致使中空玻璃內(nèi)外溫差也較大，空氣借助冷輻射和熱傳導(dǎo)作用，首先在中空玻璃的兩側(cè)產(chǎn)生對(duì)流，然后通過(guò)中空玻璃整體傳遞過(guò)去，形成能量的流失。合理的中空玻璃設(shè)計(jì)，可以降低氣體的對(duì)流，從而降低能量的對(duì)流損失。輻射傳遞占整個(gè)能量傳遞的約60%，其數(shù)值取決于兩片玻璃內(nèi)表面的溫度差和間隔層氣體的輻射率；傳導(dǎo)傳遞占整個(gè)能量傳遞的約37%，其數(shù)值取決于玻璃氣體間隔層的厚度和玻璃板面尺寸的大??；對(duì)流傳遞占整個(gè)能量傳遞的約3%，其數(shù)值取決于玻璃氣體間隔層的厚度和溫度。1.1.2合理選擇中空玻璃基片玻璃的厚度：基彼玻璃是組成中空玻璃的主要材料，玻璃厚度與玻璃熱阻的乘積和中空玻璃的傳熱系數(shù)有著直接的聯(lián)系，當(dāng)玻璃厚度增加時(shí)，必然會(huì)增大該片玻璃對(duì)熱量傳遞的阻擋能力，從而降低整個(gè)中空玻璃系統(tǒng)的傳熱系數(shù)。從下二個(gè)表可以看出增加玻璃厚度對(duì)降低中空玻璃的傳達(dá)室熱影響很小。不同厚度單層玻璃的傳熱系數(shù)（表7）玻璃厚度3mm5 mm6 mm12 mm19 mm傳熱系數(shù)K( W/ m2K)5.85.755.75.54.86玻璃厚度變化與傳熱系數(shù)的關(guān)系數(shù)據(jù)（表8）序號(hào)玻璃厚度（mm）傳熱系數(shù)K( W/ m2K)15mm無(wú)色透明玻璃+12A（空氣）+5 mm無(wú)色透明玻璃2.8426mm無(wú)色透明玻璃+12A（空氣）+6mm無(wú)色透明玻璃2.8338mm無(wú)色透明玻璃+12A（空氣）+8 mm無(wú)色透明玻璃2.80410mm無(wú)色透明玻璃+12A（空氣）+10 mm無(wú)色透明玻璃2.771.1.3適當(dāng)加大中空玻璃的板面尺寸：從能量傳遞傳導(dǎo)方式來(lái)看，加大中空玻璃的板面尺寸，可以減少中空玻璃單位面積通過(guò)中空玻璃邊部間隔層邊框系統(tǒng)的熱損失，從而降低整個(gè)中空玻璃系統(tǒng)的傳熱系數(shù)，提高中空玻璃整體隔熱節(jié)能效果。1.1.4選用合理中空玻璃密封系統(tǒng)：中空玻璃密封系統(tǒng)由間隔條、干燥劑、密封膠等組成，其作用是將雙片玻璃之間通過(guò)間隔條有效支撐隔開(kāi)，形成有效的干燥氣體空間，達(dá)到保溫的目的。間隔條有鋁隔條、塑料隔條、不銹鋼隔條：密封膠有聚硫膠和丁基膠；密封方式有單道密封和雙道密封等。密封膠和干燥劑性能的好壞對(duì)中空玻璃的使用壽命影響較大；而間隔條和密封膠的熱傳導(dǎo)性能的好壞直接影響中空玻璃邊部的隔熱性能，從而影響中空玻璃的整體節(jié)能性能。中空玻璃的間隔條不同、密封方式不同、檢測(cè)位置不同其傳熱系數(shù)不同，詳見(jiàn)下表中空玻璃密封系統(tǒng)不同的傳熱系數(shù)K(W/m2K)（表9）玻璃中央玻璃邊緣邊緣密封綜合值雙道密封彈性硅硐膠隔條2.972.913.382.86單道密封不銹鋼U型間隔條2.973.064.052.92雙道密封不銹鋼U型間隔條2.973.074.132.94單道密封鋁帶/丁基膠合成膠條2.793.164.572.79雙道密封鋁隔條2.793.565.193.08中空玻璃邊部密封系統(tǒng)的傳熱系數(shù)K(W/m2K)（表10）密封形式雙封鋁條熱融丁基/U型Swiggle/鋁隔帶不銹鋼Swiggle傳熱系數(shù)K( W/ m2K)10.84.433.061.361.1.5根據(jù)氣體性質(zhì)選擇合理的氣體間隔層厚度：中空玻璃間隔層常用厚度為6A、9A、12A、15A和16A等。通過(guò)氣體間隔層厚度的控制，使中空玻璃內(nèi)部形成紊態(tài)氣流的傳熱，晝控制氣體的冷熱氣體相互干擾或者說(shuō)使其上升與下降的氣流互相干擾來(lái)控制產(chǎn)生對(duì)流傳熱。從下表可以看出氣體層隔層厚度與傳熱系數(shù)的大小有直接關(guān)系，在相同條件下，氣體間隔層越大，傳熱阻越大，但氣體層的厚度達(dá)到一定程度后，傳熱阻的增長(zhǎng)率就很小了，因這當(dāng)氣體層厚度達(dá)到一定程度后，氣體在玻璃之間溫差的作用下就會(huì)產(chǎn)生一定的對(duì)流過(guò)程，從而減低了氣體層增厚的作用。雙層玻璃傳熱系數(shù)與隔條寬度的關(guān)系（表11）隔條寬度（mm）691215182124傳熱系數(shù)K( W/ m2K)2.732.762.482.512.522.482.391.1.6選擇合適的氣體類(lèi)別并確保充氣量：中空玻璃內(nèi)部充填的氣體除空氣之外，在中空玻璃的內(nèi)部充入的惰性氣體（氣體填充量90%），可以有效提高中空玻璃的隔熱、隔音性能。由于充入的的導(dǎo)熱系數(shù)很低，（空氣0.024W/mK；氬氣0.016W/mK；氪氣；六氟化硫），因此大大提高了中空玻璃的熱阻性能。詳見(jiàn)下表：中空玻璃氣體間隔層厚度、類(lèi)別與傳熱系數(shù)的關(guān)系數(shù)據(jù)（表12）序號(hào)玻璃厚度（mm）傳熱系數(shù)K( W/ m2K)充氣量（體積百分比）15mm無(wú)色透明玻璃+6A（空氣）+5 mm無(wú)色透明玻璃3.2725mm無(wú)色透明玻璃+6A（氬氣）+5 mm無(wú)色透明玻璃3.0490%以下35mm無(wú)色透明玻璃+6A（氪氣）+5 mm無(wú)色透明玻璃2.7790%以下45mm無(wú)色透明玻璃+9A（空氣）+5 mm無(wú)色透明玻璃3.005mm無(wú)色透明玻璃+9A（氬氣）+5 mm無(wú)色透明玻璃2.8290%以下5mm無(wú)色透明玻璃+9A（氪氣）+5 mm無(wú)色透明玻璃2.6190%以下5mm無(wú)色透明玻璃+12A（空氣）+5 mm無(wú)色透明玻璃2.845mm無(wú)色透明玻璃+12A（氬氣）+5 mm無(wú)色透明玻璃2.6990%以下5mm無(wú)色透明玻璃+12A（氪氣）+5 mm無(wú)色透明玻璃2.5990%以下5mm無(wú)色透明玻璃+16A（空氣）+5 mm無(wú)色透明玻璃2.73序號(hào)玻璃厚度（mm）傳熱系數(shù)K( W/ m2K)充氣量（體積百分比）5mm無(wú)色透明玻璃+16A（氬氣）+5 mm無(wú)色透明玻璃2.6290%以下5mm無(wú)色透明玻璃+16A（氪氣）+5 mm無(wú)色透明玻璃2.6190%以下5mm無(wú)色透明玻璃+18A（空氣）+5 mm無(wú)色透明玻璃2.735mm無(wú)色透明玻璃+18A（氬氣）+5 mm無(wú)色透明玻璃2.6290%以下5mm無(wú)色透明玻璃+18A（氪氣）+5 mm無(wú)色透明玻璃2.6190%以下1.2真空玻璃是指將兩片或兩片以上玻璃四周用玻璃釬焊料密封，中間抽真空，真空層厚為0.1-0.2mm，其中有規(guī)則的的微小支撐物來(lái)承受大氣壓力以保持間隔的玻璃制品。由于結(jié)構(gòu)不同，真空玻璃與中空玻璃的傳熱機(jī)理也不同，真空玻璃中心部位傳熱由輻射傳熱和支撐物傳熱構(gòu)成，其中忽略了殘余氣體傳熱，而中空玻璃則由氣體傳熱（包括傳導(dǎo)和對(duì)流）和輻射傳熱構(gòu)成，為此具有更好的保溫性能。其傳熱系數(shù)詳見(jiàn)下表（表13）真空玻璃品種普通Low-e半鋼和鋼化Low-e中空+真空玻璃傳熱系數(shù)K( W/ m2K)2.30.6-0.90.2-0.60.1-0.51.3綜合上述論述，可根據(jù)下表給出了常用玻璃的傳熱系數(shù)K值進(jìn)行選擇，供設(shè)計(jì)時(shí)參考（表14）玻璃品種傳熱系數(shù)K( W/ m2K)單片透明玻璃5mm5.756mm5.712 mm5.5中空透明玻璃5+12空氣+52.86+12空氣+62.85+12氬氣+52.76+12氬氣+62.66+12氬氣+6暖邊（泰諾風(fēng)）2.14+6空氣+4+6空氣+42.34+9空氣+4+9空氣+41.94+12空氣+4+12空氣+41.84+12氬氣+4+12氬氣+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 門(mén)窗用型材的選擇及結(jié)構(gòu)對(duì)寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)門(mén)窗應(yīng)選用強(qiáng)度高，導(dǎo)熱系數(shù)低、耐候性能強(qiáng)的玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃鋼）型材。玻璃鋼型材具有輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)良性能（詳見(jiàn)下表），其拉伸強(qiáng)度是鋁合金的二倍，接近于鋼材，比強(qiáng)度是鋼或鋁的四倍，為此玻璃鋼門(mén)窗不需增加鋼襯，就有足夠的抗壓、抗折、不變形、不彎曲等抗變形強(qiáng)度保證了門(mén)窗性能需要。由于具有如此好的強(qiáng)度，可以抵遇因寒冷溫差而導(dǎo)致的熱脹冷縮變形，彌補(bǔ)了塑鋼門(mén)窗強(qiáng)度低易變形的缺點(diǎn)。可在寒冷、嚴(yán)寒、臺(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)使用。項(xiàng)目單位玻璃鋼鋁合金PVC鋼密度1000Kg/m31.72.91.57.8拉伸強(qiáng)度MPa38815050420彎曲彈性模量MPa2090070000196020600比強(qiáng)度220533653玻璃鋼型材的與其它型材比較相對(duì)較低（見(jiàn)下表），從導(dǎo)熱系數(shù)上比鋁合金降低了43%；比PVC塑料降低了30%；比鋼材降低了99.3%，玻璃鋼型材采用了三腔的保溫空腔結(jié)構(gòu)，不用內(nèi)置鋼襯而影響玻璃鋼型材的導(dǎo)熱系數(shù)，所以玻璃鋼型材是最佳的門(mén)窗保溫材料，經(jīng)實(shí)測(cè)玻璃型材框的保溫K值在0.8-1.2（W/m2K）項(xiàng)目單位玻璃鋼鋁合金隔熱型材PVC鋼導(dǎo)熱系數(shù)W/m.0.300.530.4358.2玻璃鋼型材屬熱固性塑料，樹(shù)脂交聯(lián)后即形成三維網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)，變成不熔不溶體，既使受熱也不會(huì)熔化，熱變形溫度為200，耐高溫。玻璃鋼型材隨著溫度的下降，分子運(yùn)動(dòng)減速，分子間距離縮小并逐步固定在一定的位置上，分子間引力加中，所以低溫不變形，并具有不吸水等特點(diǎn)（祥見(jiàn)下表），在冷熱溫差變化較大環(huán)境下，不易與建筑物及玻璃之間產(chǎn)生縫隙，保證尺寸穩(wěn)定，可大大提高玻璃鋼門(mén)窗的密封性能。項(xiàng)目單位玻璃鋼鋁合金PVC鋼耐熱性熱變形溫度200耐高溫維卡軟化溫度83耐冷性低溫下強(qiáng)度提高無(wú)低溫脆性脆化=-40吸水性不吸水不吸