隔热条位置对框架传热系数的影响
隔热条位置对节点传热系数U f 的影响
安徽新视野门窗幕墙工程有限公司 傅世宇
摘 要:
利用二维稳态热工有限元软件Therm7.1, 找出隔热条的最佳位置,使热工效能最大化。 关键字:
NFRC LBNL THERM WINDOW 传热系数 U 值 U f SHGC U e Error Energy 引 言:
随着国家节能的强制执行,隔热型材的使用已很普遍,然而很多设计师以为仅采用隔热条就以为型材的隔热性能很好,实际热工检测时,部分使用隔热型材的工程热工性能确并不好,少数工程甚至造成“断桥型材不隔热”,本文选取常规的14.8mm 、18mm 、20mm 尼龙66隔热条,以玻璃内表面和隔热条的相对位置为参数,逐个计算节点的传热系数U 值,分析该参数和节点传热系数的关系,寻找隔热条的最佳位置,使得节点的传热系数最小,达到最优的热工性能。 正 文:
现阶段明框玻璃幕墙普遍采用隔热型材,为确保隔热型材达到最优的节能效果,需要确定隔热条的最佳位置,在该位置幕墙框架传热系数U f 值最小,幕墙整体的节能效果最佳。
在隔热条高度一定的条件下,铝材截面仅根据参数L(玻璃内表面和隔热条的相对尺寸,详图1) 调整隔热条槽口位置,压板截面随之改变,其余不变,尽量减小型材截面对计算结果的影响。利用美国劳伦斯·伯克利国家实验室(LBNL)开发的THERM7.1逐个求解框架的节点传热系数U f 值,针对某一高度隔热条,绘制U f 值随L 变化的曲线图,通过该图分析U f 值的变化规律,得出结论。为保证结果的科学性,选取了14.8mm 、18mm 、20mm 三个系列的隔热条,隔热条材质:尼龙66, 玻璃与隔热间空隙不填胶密封。
玻璃系统:(LBNL开发的WINDOW7.1并安装IGDB33.0更新)
外 片:6mm 高透Low-E , 膜面在2#面 (YME0185_6.syp,ID: 8269) 空气层:12mm Air
内 片:6mm 透明玻璃 (01_Clear_6.syp,ID: 8205)
为简化计算,玻璃系统计算的环境条件统一采用NFRC 100-2010,玻璃特性计算结果详图2;同时为保持结果的可比性,在隔热条高度变化和L 变化时,玻璃系统不变,玻璃进槽深度依据GB21086-2007规定,统一取17mm 。
图1 节点横剖示意图
图2 WINDOW7.1 玻璃特性
计算边界条件全部遵循NFRC 的规定:
室内空气温度:21︒C 室外空气温度:-18︒C 室内对流换热系数:h in =
室外对流换热系数:h out =26 W/m²·K 太阳辐射照度: Is=0 W/m²·K 隔热条与玻璃相对位置L 尺寸系列:
0 mm、1 mm、2 mm、3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、 7 mm、8 mm、9 mm、10 mm、11 mm、12mm 所有材料均遵从THERM7.1中的规定。
计算假定:
铝压板通长;
不考虑固定压板的螺栓对U f 的影响;
隔热条高度为14.8mm 时,框架的传热系数随L 变化如下表1所示:
表1 隔热条不同位置对应的节点传热系数 (隔热条高度14.8mm)
隔热条高度为14.8mm 时,Uf 随L 变化曲线如下图3所示:
图3 框架传热系数U f 变化曲线(隔热条高度14.8mm)
由上图可知,在隔热条高度为14.8mm 时,U f 与先随L 变大而减小(0≤L ≤1mm ) , 之后随L 变大而变大,当L ≥3mm 时,U f 与L 近似成线性关系。不考虑其他因素的影响,隔热条内缘距离玻璃内
缘线为1mm 时,框架整体传热系数最小,为5.9784 W/m²·K ,之后随L 变大,Uf 也在变大。L=1mm时的等温线云图和温度分布云图分别如下图4、图5所示:
图4 L=1mm框架等温线云图(隔热条高度14.8mm)
图5 L=1mm框架温度分布云图(隔热条高度14.8mm)
表2 隔热条不同位置对应的节点传热系数 (隔热条高度18mm)
隔热条高度为18mm 时,Uf 随L 变化曲线如下图6所示:
图6 框架传热系数U f 变化曲线(隔热条高度18mm)
由上图可知,在隔热条高度为18mm 时,U f 与L 近似成线性关系。不考虑其他因素的影响,隔热条内缘距离玻璃内缘线为0mm(即隔热条内缘和玻璃内缘齐平) 时,框架整体传热系数最小,为6.095 W/m²·K ,随L 变大,Uf 也在变大。
表3 隔热条不同位置对应的节点传热系数 (隔热条高度20mm)
隔热条高度为20mm 时,U f 随L 变化曲线如下图7所示:
图7 框架传热系数U f 变化曲线(隔热条高度20mm)
由上图可知,在隔热条高度为20mm 时,U f 与L 近似成线性关系。不考虑其他因素的影响,隔热条内缘距离玻璃内缘线为0mm(即隔热条内缘和玻璃内缘齐平) 时,框架整体传热系数最小,为5.706 W/m²·K ,随L 变大,Uf 也在变大。 结 论:
通过本文以上分析可知隔热条的位置对节点的传热系数影响较大,针对给定的隔热条高度,在最佳位置才能取得理想的断热效果。当隔热条高度14.8mm时,隔热条内缘线和玻璃内缘线齐平时,框架的传热系数最小。
有条件的设计师可用LBNL 的THERM 进行模拟求出其最佳位置,没有条件时,可以玻璃内表面定位隔热条的最边线,据此开模。 结 语:
面对全球能源危机,在国家强制性推行节能标准的大环境下,严格高效执行现行国家、行业规范、标准是每一个幕墙设计师的职责和义务,具体到一个具体工程上,使隔热型材取得理想的节能效益是当务之急。
附录1:尺寸L 变化对应型材模型系列
参考文献:
1. 《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T151-2008; 2. 《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005;
3. 《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 134-2010;
4. 《安徽省居住建筑节能设计标准》DB34/1467-2011 (J11885-2011);
5. 《THERM 6.3 /WINDOW6.3 NFRC Simulation Manual》,Lawrence Berkeley National Laboratory; 6. 《THERM 2.0: Program Description A PC Program for Analyzing the Two-Dimensional Heat Transfer Through Building Products》, Lawrence Berkeley National Laboratory;