严寒地区不同外窗内表面霜冻模拟研究.pdf

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1、四川建筑科学研究第40卷第3期320SiehuanBuildingScience2014年6月严寒地区不同外窗内表面霜冻模拟研究王景芹，高枫，郭华，赵西平(1．陕西省建筑职工大学，陕西西安710068；2．西安建筑科技大学建筑学院，陕西西安710055)摘要：通过对哈尔滨地区住宅室内外温度进行监测及外窗使用情况调研，并运用Therm及Window软件对几类常见的外窗易霜冻部位进行传热过程的模拟，结果显示双层木窗不适宜在严寒地区使用，三腔双玻与四腔双玻的热工性能相近，在一般情况下不会出现霜冻问题，但当间层出现积水时会使内表面霜冻，三腔三玻在积水较少时可不出现霜冻。关键词：严寒地区；外窗；

2、霜冻；模拟研究中图分类号：TU11l；TU17文献标志码：B文章编号：1008—1933(2014)03—320—041严寒气候与区域信息霄晶喜茎1．1基本环境概况气温为一38．1oC。2013年1月对哈尔滨住宅室内严寒地区冬季漫长寒冷，哈尔滨冬季(11～3及室外温度实测数据如图1所示。月)长达5个月之久，气候严寒干燥，平均气温低于图11月15日～1月18日的室内外温度变化曲线在1月1513～18日对哈尔滨地区的室内外温室外温度呈明显的昼夜周期波动，外窗内表面温度度进行监测，住宅使用典型的三腔双玻外窗，采用见图3，记录从15日0点开始，图中与轴垂直的实HTC产RC—HT601A型温湿度

3、记录仪对室内及外窗线为正午12时，虚线为0时。内表面的温湿度进行记录，仪器参数详见表1。温表1仪器参数度设置为每1O分钟记录一次数据。根据室内温度记录显示可知，室内温度波动幅度较小(15．08～17．2loC)，平均值为16．1oC，相对湿度6O％以上。1．2各因素在模拟过程中的实际影响本文主要通过二维稳态传热软件Therm计算窗收稿日期：2013-10—29体温度分布，根据内表面温度来判断是否霜冻，温度作者简介：王景芹(1973一)，女，硕士研究生，讲师，注册建筑师，研究方向：建筑技术科学。数据在模拟过程中起主要作用¨。湿度对霜冻程基金项目：陕西省教育厅专项科研资助项目(12JK09

4、03)度起主要作用，但对是否产生霜冻无直接影响。E—mail：州qo41213@l63corn王景芹，等：严寒地区不同外窗内表面霜冻模拟研究321表2外窗参数2外窗传热过程模拟2．1计算原理本文结合JGJ／T151-2008(建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》，建立外窗界面的二维有限元模型，利用Therml3软件对界面传热过程进行数值模注：文中的玻璃为晋通白玻，传热系数由Window7计算得到，边界条件采用我国外窗传热系数计算标准，详见JGJ／T15l—2oo8。拟。窗框(固体材料，空腔)的传热均以二维稳态传热控制方程：2．3模拟过程及结果分析02T在模拟过程中，室外温度设为一20~C，室

5、内温度+：0(1)a‘ay在东北地区不同程度上存在差异，在一些建造年代框内任意两材料交接处的热流密度按下式计相对较长的住宅小区内，室内采暖普遍无法达到要算：求。根据对哈尔滨三大动力厂周边的一些小区的调研(厂前小区、汽轮机小区、明珠家园、星光家园q—A(+)(2)等)，显示在一些20世纪七八十年代建造的住宅中其中，A为材料的导热系数；e、e分别为材料交界冬季室内平均温度在15—16％，这一调研数据也与面单位法向量在、Y方向上的分量。实地检测的数值相吻合(均值16．1℃)，因此在模拟在计算玻璃系统与窗框交接处的传热时，需要过程中工况2室内平均温度设为16，工况1则取计算玻璃间层的传热，此时

6、可将玻璃间的空气层假JGJ／T151_2O08中给出的冬季结露性能评价与计设为不透明的固体材料，导热系数可以采用当量导算条件来模拟。热系数代替，第个气体间层的当量导热系数公式外窗模拟部位因可开启扇的窗扇与玻璃交接处与无开启扇的窗框与玻璃交接处在结构上的相似为：性，统一以无开启扇的下部窗框为准，所有模拟结果i，()(3)图中所显示的温度取值均为室内窗框与玻璃交接处，如图2所示。其中，d为第i个气体间层的厚度；Tf，i为第层玻璃前表面温度(K)；为第i一1层玻璃的后表面．温度(K)。计算封闭空腔传热时，应将空腔视为不透明的固体材料，其当量导热系数应考虑空腔内的辐射换室内热和对流换热公式：A

7、=(h。+h)d^(4)h=N其中，h为封闭空腔内的对流换热系数图2内窗框与玻璃交接处[W／(m·K)]，应根据努谢尔特数及热流的流动方向具体求出；h为封闭空腔内的辐射换热系数2．3．1工况1[W／(111。·K)]；d为空腔热流方向的厚度(I11)；N工况1具体环境参数见表3。为努谢尔特数；A为空气的导热系数[W／(111·K)]。表3工况l具体环境参数2．2外窗形式调查概况室内空气温度／℃20室外空气温度／℃～20针对哈尔滨地区的多个小区进