隔熱槽對鋁合金推拉門窗節點傳熱系數的影響

孟凡東 成洪波

【摘要】本文通過Therm熱工模擬軟件，對比分析了有無隔熱槽對節點K值的影響和隔熱槽分別應用在普通鋁合金推拉門窗和斷橋鋁合金推拉門窗上對節點K值的影響，并進一步對比分析了隔熱槽不同形狀對節點K值的影響。通過模擬分析可知，使用隔熱槽能夠有效降低節點K值，隔熱槽應用在斷橋鋁合金推拉門窗上，保溫隔熱效果更好，節能效果更佳；通過對隔熱槽四種形狀的分析，得出使用形狀4隔熱槽的節點K值最低，隔熱槽的底部不應與下框接觸面積過大，宜設置兩個支撐腳，并且在安裝使用時支撐腳宜與隔熱條接觸。

【關鍵詞】隔熱槽；Therm軟件；鋁合金推拉門窗；K值；節能

1. 前言

作為建筑外圍護結構的重要組成部分，建筑門窗是建筑節能中的薄弱環節，通過門窗流失的能量是墻體的5～6倍、地面的20多倍、屋面的5 倍，在建筑圍護部件總能耗中約占40%～50%[1]。相比平開門窗，推拉門窗由于構造、密封性差等原因致使氣密性能、保溫性能不佳，由此導致的建筑能耗更多。如何提高推拉門窗的傳熱系數（K值）一直是門窗節能的難點。隔熱槽作為推拉門窗的附配件，得到越來越多的應用。

2. 條件設定

在框計算截面中，應用一塊導熱系數λ=0.03 W/（m·K）的板材替代實際的玻璃厚度，板材的厚度與所替代面板的厚度相等，嵌入框的深度按照面板嵌入的實際尺寸，可見部分的板材寬度bp不應小于200mm（如圖1） [2] 。傳熱系數計算應采用冬季標準計算條件，計算環境邊界條件[2]以及材料條件如表1所示。

3.有無隔熱槽對K值的影響分析

隔熱槽的材質一般是PVC，選用的典型隔熱槽橫截面如圖2所示，選取鋁合金推拉門窗扇靠室內側的下框扇節點作為計算模型，并且替代實際玻璃的板材厚度統一為22mm。鋁合金推拉門窗下框扇節點分為使用普通鋁合金型材和斷橋鋁合金兩種，斷橋鋁合金推拉門窗下框扇節點中框斷橋鋁型材隔熱條寬度為20mm，扇斷橋鋁型材中隔熱條寬度為15mm。鋁合金推拉門窗下框扇節點計算模型分為不安裝隔熱槽和安裝隔熱槽兩種。處理后的普通鋁合金推拉門窗下框扇節點計算模型如圖3所示，斷橋鋁合金推拉門窗下框扇節點計算模型如圖4所示。

通過Therm軟件對普通鋁合金推拉門窗下框扇節點計算模型和斷橋鋁合金推拉門窗下框扇節點計算模型分別模擬計算，計算K值如表2所示，溫度云圖如圖5、圖6所示，計算結果如圖7所示。

從圖5、圖7和表2可知，對于普通鋁合金推拉門窗下框扇節點，無隔熱槽的K值為7.4675 W/㎡·K，有隔熱槽的K值為7.0983W/㎡·K，有隔熱槽節點K值比無隔熱槽降低了0.3692 W/㎡·K。

從圖6、圖7和表2可知，對于斷橋鋁合金推拉門窗下框扇節點，無隔熱槽的K值為5.1202 W/㎡·K，有隔熱槽的K值為4.4237 W/㎡·K，有隔熱槽節點K值比無隔熱槽降低了0.6965 W/㎡·K，降低幅度是普通鋁合金推拉門窗下框扇節點中有隔熱槽節點K值與無隔熱槽之間降低幅度的兩倍左右。這說明了在斷橋鋁合金推拉門窗上使用隔熱槽能有效降低節點K值，保溫效果更好。在斷橋鋁合金型材上使用隔熱槽，能在節點上從玻璃替代板材、扇隔熱條、隔熱槽、框隔熱條之間形成一條完整的等溫線，有效降低了節點的K值。

斷橋鋁合金推拉門窗下框扇節點使用隔熱槽的K值是4.4237 W/㎡·K，而普通鋁合金推拉門窗下框扇節點使用隔熱槽的K值是7.0983 W/㎡·K，降低了2.6746 W/㎡·K，節能效果顯著。隔熱槽應用在斷橋鋁合金推拉門窗上，節能效果更佳。

4.隔熱槽形狀對K值的影響分析

推拉門窗的框型材確定之后，隔熱槽的長度就基本上確定了，但是隔熱槽的形狀可以結合成本和隔熱保溫效果來設計選用。選取四種形狀的隔熱槽，分別為形狀1、形狀2、形狀3、形狀4，如圖8所示。

將這四種形狀的隔熱槽分別安裝在斷橋鋁合金推拉門窗下框扇節點上。除了隔熱槽，下框扇節點是完全一樣的，處理后的計算模型如圖9所示。

通過Therm軟件對使用不同形狀隔熱槽的斷橋鋁合金推拉門窗下框扇節點分別模擬計算，計算K值如表3所示，溫度云圖如圖10所示，節點K值隨不同形狀隔熱槽變化圖如圖11所示。

由表3和圖10、圖11可知，對比形狀1，隔熱槽形狀2、3、4的節點K值比形狀1分別降低了0.1374 W/㎡·K、0.1377 W/㎡·K、0.1885 W/㎡·K，隔熱槽形狀4的節點K值降低幅度最大。隔熱槽不宜設置成形狀1，形狀1安裝在斷橋鋁合金型材上，隔熱槽平整的底部會與隔熱條和鋁型材直接大面積接觸。鋁型材熱導率為160 W/m·K，隔熱槽熱導率為0.17 W/m·K。鋁型材熱導率偏高，隔熱槽與鋁型材大面積直接接觸，會導致隔熱槽溫度偏低，不利于在節點上形成從玻璃替代板材、扇隔熱條、隔熱槽到框隔熱條的完整等溫線，導致安裝形狀1隔熱槽的節點K值偏高。

安裝形狀2隔熱槽和形狀3隔熱槽的節點K值基本上一樣，形狀3雖然設置了空腔結構，但是下底部與型材大面積接觸，導致節能性能沒有提升，還增加了材料成本。

安裝形狀4隔熱槽的節點K值比安裝形狀2隔熱槽的節點降低了0.0511 W/㎡·K。從圖9可以看出，形狀4的兩個支撐腳與下框的隔熱條接觸，沒有與鋁型材接觸，而形狀2的兩個支撐腳相距較遠，與下框中的鋁型材直接接觸，但是接觸面積不大。鋁型材熱導率偏高，隔熱槽與鋁型材直接接觸，會導致隔熱槽溫度偏低，不利于在節點上形成從玻璃替代板材、扇隔熱條、隔熱槽到框隔熱條的完整等溫線，但是形狀2的兩個支撐腳與鋁型材直接接觸的面積不大，所以安裝形狀4隔熱槽的節點K值與安裝形狀2隔熱槽的節點相比降低了0.0511 W/㎡·K，降低幅度并不是很大。

5. 結論

通過Therm 軟件對鋁合金推拉門窗下框扇各節點進行熱工模擬計算，由以上分析可知，對于斷橋鋁合金推拉門窗下框扇節點，有隔熱槽節點K值比無隔熱槽降低了0.6965 W/㎡·K，降低幅度是普通鋁合金推拉門窗下框扇節點有隔熱槽節點K值與無隔熱槽之間降低幅度的兩倍左右。在斷橋鋁合金型材上使用隔熱槽，能在節點上形成從玻璃替代板材、扇隔熱條、隔熱槽到框隔熱條的完整等溫線，有效降低了節點的K值。隔熱槽應用在斷橋鋁合金推拉門窗上，保溫隔熱效果更好，節能效果更佳。

對于隔熱槽四種形狀，使用形狀4隔熱槽的節點K值最低，并且隔熱槽形狀2、3、4的節點K值與形狀1相比降低幅度都在0.13 W/㎡·K以上。對于隔熱槽結構設計，隔熱槽若設置平整的底部，這樣在安裝使用時會與下框型材大面積直接接觸，不利于在節點上形成從玻璃替代板材、扇隔熱條、隔熱槽到框隔熱條的等溫線，導致節點K值偏高。隔熱槽在底部宜設置兩個支撐腳，并且兩個支撐腳相距不宜過長，保證在安裝使用時支撐腳與隔熱條接觸。將隔熱槽設置成空腔結構，雖然能夠降低節點K值，但是降低幅度不大，還會增加隔熱槽的材料成本。對于隔熱槽的設計和選用，要結合成本和節能效果綜合考慮，使隔熱槽的應用價值得到最大程度的體現。

參考文獻

[1]楊輝， 楊闖等.建筑節能門窗及技術研究現狀[J].新型建筑材料，2012（9）： 84-89.

[2]JGJ/T 151-2008， 建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

（作者單：廣東貝克洛幕墻門窗系統有限公司）

【中圖分類號】TU228

【文獻標識碼】A

【文章編號】1671-3362（2019）01-0056-04