260 玻璃窗热工性能模拟分析

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1、玻璃窗热工性能的模拟分析沈阳建筑大学邹惠芬、杨春、袁军团、曹国平摘要：窗户作为建筑维护结构的主要组成部分，其热工性能的效果影响到整个建筑的总体节能效果。利用计算机软件对窗体的热工性能进行模拟分析，综合考虑窗框材料、中空玻璃隔层的厚度、Low-e玻璃膜层的位置、玻璃厚度及室外风速等对窗体热工性能的影响，得到这些因素对传热系数K值和太阳得热系数SHGC值的影响趋势及程度。在此理论分析的基础上，工程人员可以参考本文的结论来选用和设计能达到最佳节能效果的中空玻璃组合方式及使用条件。关键词：传热系数K太阳得热系数SHGC窗体节能 1.前言窗户作为建筑维护结构的主要组

2、成部分，其热工性能的效果影响到整个建筑的总体节能效果。在当前的建筑节能检测中，建筑节能的检测和评价要求能够快速、准确、全面的反映建筑的能耗状况，并能够科学、公正的做出评价。所以检测技术和方法不可能通过长期跟踪建筑的使用过程能耗进行分析评价，而较多的是通过计算机软件模拟建筑的真实环境来进行建筑能耗的分析。当前，国外进行窗户热物理和光学性能模拟和分析的软件较多[1-4]，本文将采用美国国家门窗评估委员会（NFRC）支持和赞助的Windows软件去模拟窗户的热工性能。2模拟计算内容模拟计算内容如下：（1）窗框材料对窗户K值和SHGC值影响；（2）中空玻璃隔层的厚

3、度变化对K值和SHGC值影响；（3）Low-e玻璃放置位置对K值和SHGC值影响；（4）玻璃厚度对K值和SHGC值影响；（5）室外风速对K值影响[5、6]。选择的整窗传热系数值K值和太阳得热系数SHGC值的计算环境见表1。表1K值和SHGC值的计算环境名称KSHGC内部温度2124外部温度-1832太阳直射0783风速5.52.883模拟结果及分析3.1窗框材料对窗户K值和SHGC值影响本小节选取具有代表性的9种窗户，玻璃厚度为5毫米，中空玻璃结构：5mm玻璃+(12mm干燥空气层)+5mm玻璃。低辐射镀膜玻璃的膜层位于两层玻璃之间朝外的玻璃上。窗户为平开

4、式。利用WINDOW5.2分别计算出它们的整窗传热系数K值和太阳得热系数SHGC值。计算结果见表2。表2窗框材料与玻璃组合的K值和SHGC值窗户编号玻璃类型窗框K（W/m2K）SHGC1白色单玻铝合金5.390.722白色单玻塑钢4.740.623白色中空玻璃铝合金断热3.60.644白色中空玻璃塑钢2.680.555双层白玻璃木框2.670.566中空茶色玻璃塑钢2.490.427三层白玻璃塑钢2.010.518中空低辐射膜

5、e=0.12塑钢1.770.529中空低辐射膜

6、e=0.07塑钢1.60.42由上表可知，在四种窗框材料中铝合金窗框材料的传热系数

7、最大，塑钢窗框材料传热系数最小。铝合金窗框材料的传热系数为塑钢材料的4倍，组成的单层玻璃窗户时，铝合金窗户的传热系数为塑钢材料窗户的1.2倍。铝合金断热窗框材料的传热系数为塑钢材料的2.4倍，组成的中空玻璃窗户时，铝合金断热窗户的传热系数为塑钢材料窗户的1.35倍。木窗框材料的传热系数为塑钢材料的1.3倍，组成的双层白玻璃木窗户时的传热系数与塑钢材料中空玻璃窗户的传热系数相当。白色单片玻璃和白色中空玻璃同时使用塑钢材料组成的窗户，白色单片玻璃传热系数是白色中空玻璃传热系数的1.7倍。中空低辐射膜玻璃和塑钢材料组成的窗户传热系数可达到1.6W/m2K。以上可

8、知窗户整体K值受窗框材料和玻璃两方面影响，窗框材料影响较玻璃影响弱。窗户SHGC变化由上表可知窗框对窗户整体的SHGC影响甚微，因为窗框属于非透明物质，SHGC的值主要受窗户玻璃的影响。3.2中空玻璃隔层的厚度对K值和SHGC值的影响玻璃是热的良导体，其导热系数为0.70～0.90(W/m2·k)，单层玻璃的热阻很小。空气的导热系数远小玻璃导热系数，空气导热系数0.023(W/m2·k)，而且空气层还是长波辐射交换的热阻。在本小节这个模拟项目中，窗户采用单框双玻，玻璃厚度分别为3mm、4mm、5mm和6mm白色透明玻璃。四种8中空玻璃空气隔层厚度在6mm～

9、17mm区间变化，模拟计算单框双玻窗，玻璃间空气层厚度变化对K值和SHGC值的影响。表3不同空气隔层厚度中空玻璃传热系数空气层厚度d(mm)67891011传热系数K3+d+33.1673.0512.9562.8622.7932.7444+d+43.1393.0232.9352.8452.7762.7315+d+53.1173.0122.9152.8322.7612.7226+d+63.092.9952.9012.8192.7492.709空气层厚度d(mm)121314151617传热系数K3+d+32.7222.7122.732.7482.7612.7

10、784+d+42.712.7022.7162.7342.7472.