設為首頁(yè)
第一幕墻網(wǎng) -> 建筑師看點(diǎn) -> 建筑雜談

斷橋鋁合金門(mén)窗系統中玻璃與隔熱條的有限元數值分析

2013-12-30 14:34:08 作者:馬世明 來(lái)源:第一幕墻網(wǎng) 我要評論2

第一幕墻網(wǎng)
1前言
近年來(lái)鋁合金門(mén)窗因具有輕質(zhì)高強、裝飾效果豐富等優(yōu)點(diǎn)而逐漸取代了鋼門(mén)窗,在能源緊張的今天隨著(zhù)人們節能環(huán)保意識的提高,隔熱鋁合金門(mén)窗與幕墻在我國長(cháng)江以北地區得到了廣泛應用。
根據 JGJ T 151-2008《建筑門(mén)窗玻璃幕墻熱工計算規程》所提供的整樘門(mén)窗結構的理論計算公式,要提高鋁合金斷橋門(mén)窗(幕墻)的節能效果,需要從玻璃、窗框(幕墻框)、框與玻璃之間的連接材料來(lái)綜合考慮。
Ut=( Σ Ag·Ug+ Σ Af·Uf+Σ ly·y ) At
式中:Ut、Ug、Uf分別為窗、窗玻璃、窗框的傳熱系數;Ag、Af、At分別為窗玻璃、窗框、窗的面積;ly為玻璃區域邊緣長(cháng)度;y 為窗框與窗玻璃間的線(xiàn)傳熱系數。
玻璃是斷橋鋁合金門(mén)窗(幕墻)的關(guān)鍵部件,玻璃的保溫隔熱性能與其間隔層層數、寬度、間隔層內的氣體等有著(zhù)重要關(guān)系。 一般來(lái)說(shuō),在玻璃間隔層層數與寬度一定的情況下,向空氣層中填充惰性氣體,使空氣層無(wú)空氣對流,從而減少傳熱,可更好地提高節能效果。
隔熱條也是斷橋鋁合金門(mén)窗(幕墻)的關(guān)鍵部件,從熱量傳遞的角度考慮,它將其內外側的鋁型材完全斷開(kāi),可有效切斷鋁框熱流直接傳遞的路線(xiàn),同時(shí)又將其內外側鋁型材緊密連接,達到三者共同受力的目的。 目前市場(chǎng)上有美式注膠式和歐式穿條式兩種[1],后者具有耐高溫、 高濕性能良好, 斷面設計豐富多樣,剪切失效后抗拉強度仍較高等諸多特點(diǎn),在市場(chǎng)上得到了廣泛應用, 本文只針對歐式穿條式隔熱條進(jìn)行相關(guān)分析。

2材料性能參數
玻璃與鋁材的物理性能計算參數取自 GB 50176《民用建筑設計熱工規范》, 玻璃和鋁材的導熱系數
l =0.76,0.84(W m2·K),比熱容 C=203,0.92。
防水密封條熱工計算參數取自 JGJT 151-2008,材料分別為氯丁橡膠(PCP)、EPDM,純硅膠的導熱系數為 0.23,0.25,0.35。

3邊界條件界定
ANSYS 熱分析的邊界條件或初始條件可分為溫度、熱流率、熱流密度、對流輻射、絕熱生熱等幾種;而傳熱分析有以下 3 種邊界條件: ①在邊界上給定溫度,屬強制邊界條件;②在邊界上給定熱流量,當 q=0 時(shí)為絕熱邊界條件;③在邊界上給定對流換熱系數和對應溫度。 本文所有的傳熱分析的邊界條件均施加上述的第 3 類(lèi)邊界條件。 本節邊界條件界定所需的內外、表面換熱系數及內表面熱阻值如下:
⑴ 內表面換熱系數 ai及熱阻 Ri(適用于冬季、夏季):①墻面、地面、表面平整或有肋狀突出物的頂棚 (h/s≤0.3),ai=8.7W m2·K,Ri=0.11m2·K/W;②有肋狀突出物的頂棚 (h/s>0.3),ai=7.6W m2·K,Ri=0.13m2·K/W。
⑵ 外表面的換熱系數 ae及熱阻 Re(適用于冬季):①外墻、屋頂、與室外空氣直接接觸的表面,ae=23.0W m2·K,Re=0.4m2·K/W; ②與室外空氣相通的不采暖地下室上面的樓板,ae=17.0W m2·K,Re=0.06m2·K/W。

4玻璃節能效果分析
現對 2 組中空玻璃模型進(jìn)行分析,第 1 組對空氣層厚度分別為 9,12,14,16mm 的中空玻璃模型進(jìn)行對比分析,考察空氣層厚度對玻璃節能效果的影響;第 2 組 3 個(gè)模型的節能效果分析則是建立在對中空層填充不同性質(zhì)的惰性氣體
展開(kāi)的。 中空玻璃有限元計算模型如圖 1。
1.jpg

4.1 空氣層厚度的影響
通過(guò)對各模型中空玻璃溫度分布云圖(略)的分析,可以得到 4 種空氣層厚度情況下室內外的溫度差對比曲線(xiàn)(如圖 2),可見(jiàn)隨著(zhù)空氣層厚度的增大,內外溫度差明顯增大,即室內熱能的耗散越小,節能效果更佳。

2.jpg

4.2 間隔層填充氣體的影響
考慮間隔層填充氣體對節能效果的影響時(shí),建立的模型分別對中空層填充氬氣和氙氣進(jìn)行分析。表 1 列出了空氣及上述兩種惰性氣體在不同溫度狀態(tài)下的導熱系數值; 表 2 為模型分析所得 3 種填充氣體狀態(tài)下室內外溫度差及熱流量結果對比。

3.jpg
4.jpg

由上述分析可知,向中空層填充惰性氣體時(shí)熱流量值有不同程度的減小,其中填充氙氣時(shí)熱流量值相比氬氣與空氣有著(zhù)明顯下降,節能效果尤為顯著(zhù)。

5隔熱條節能效果分析
考慮隔熱條寬度的取值不同, 對隔熱條寬度分別為 17,20,22,24mm 的 4 個(gè)鋁豎梃模型進(jìn)行分析。隔熱條采用標準原料配比為 75%的 PA66 (含一些關(guān)鍵配料)和 25%的玻璃纖維,導熱系數 0.3W m·K。
通過(guò)溫度場(chǎng)分析獲得各鋁豎梃模型的溫度分布云圖,其中隔熱條寬度為 17,24mm 的對比如圖 3,室內外溫度差值對比曲線(xiàn)如圖 4 所示。

5.jpg

6.jpg

分析結果表明,在 PA66 隔熱條中,傳熱分析的邊界條件相同時(shí),隨著(zhù)隔熱條尺寸(寬度)的增大,其節能效果有明顯提高。但在考慮抗風(fēng)壓性能、選用同種型號隔熱條時(shí),則并非尺寸越大越好,已有研究表明[3],PA66 隔熱條受到相同的風(fēng)壓載荷時(shí) ,其尺寸越大則承受的應力越大, 同時(shí)它的形變也越大,也會(huì )受到應變的限制; 同種尺寸但結構不同的兩種PA66 隔熱條中,工字型隔熱條比 I 字型隔熱條更適用于鋁合金型材。 隔熱條對斷橋鋁型材整體影響較大,新鋁合金門(mén)窗產(chǎn)品在上市前要對其樣品進(jìn)行三性(即氣密性、水密性和抗風(fēng)壓性能)試驗,以測試其結構的可靠性。

6結論
6.1 對于中空玻璃,隨著(zhù)空氣層厚度的增大,內外溫差明顯增大,室內熱能的耗散降低;向中空層填充惰性氣體時(shí)熱流量值有明顯下降,節能效果明顯提高。
6.2 在保證型材強度的條件下,增大隔熱條寬度的同時(shí)也使得型腔高度得到增大, 同時(shí)也帶來(lái)熱阻的增大。當傳熱分析的邊界條件相同時(shí),隨著(zhù)隔熱條的尺寸(寬度)增大,其節能效果明顯提高。

參 考 文 獻
[1] 傅申森. 斷橋鋁合金節能門(mén)窗[J]. 節能技術(shù),2007(12)
[2] 葛鐵軍 ,于文強. 隔熱條對鋁合金隔熱窗抗風(fēng)壓性能的影響[J]. 工程塑料應用,2008(2)

相關(guān)資訊
我要評論網(wǎng)友評論僅供其表達個(gè)人看法,并不表明第一幕墻網(wǎng)同意其觀(guān)點(diǎn)或證實(shí)其描述。
賬號:密碼: 注冊忘記密碼?
第一幕墻網(wǎng)免責聲明:本網(wǎng)凡注明出處為“第一幕墻網(wǎng)”的所有稿件,版權均屬第一幕墻網(wǎng)所有,未經(jīng)授權不得轉載。如需轉載,請與0755-83785645聯(lián)系授權事宜;轉載請務(wù)必注明稿件來(lái)源:"第一幕墻網(wǎng)"。本網(wǎng)未注明出處的,均從互聯(lián)網(wǎng)收集,是出于傳遞更多信息之目的,并不意味著(zhù)贊同其觀(guān)點(diǎn)或證實(shí)其內容的真實(shí)性。如轉載稿件涉及版權等問(wèn)題,請及時(shí)來(lái)電或來(lái)函與第一幕墻網(wǎng)聯(lián)系。