傳熱對(duì)于建筑窗體的影響因素分析

1、傳熱對(duì)于建筑窗體的影響因素及其節(jié)能途徑分析我國(guó)目前正處于建設(shè)高峰期 , 建筑能耗在總能耗中所占的比重也在不斷增大。 而外窗作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)最為薄弱的環(huán)節(jié) , 在建筑能耗中占了很大的比重?？梢娡獯笆?影響建筑節(jié)能的主要因素之一 , 其節(jié)能性能的提高 ,是改善建筑節(jié)能現(xiàn)狀的首要突破 口, 而能量的傳入與散失是導(dǎo)致建筑能耗增加的一個(gè)重要因素。研究傳熱對(duì)于建筑 窗體的影響能夠分析出建筑耗能的規(guī)律 , 并對(duì)建筑節(jié)能有著指導(dǎo)作用。1 窗體耗熱的傳熱學(xué)分析傳熱學(xué)是現(xiàn)代技術(shù)科學(xué)體系中充滿活力的主要基礎(chǔ)學(xué)科之一 , 它用來(lái)研究熱量 傳遞過(guò)程的規(guī)律。當(dāng)今中國(guó)單位面積采暖能耗相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家的23倍, 建筑節(jié)能已經(jīng)成為十

2、分緊迫的問題。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能所采取的技術(shù)措施必然涉及傳熱知識(shí) , 例如 各種建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料、門窗、供熱設(shè)備管道的保溫材料等的研制、生產(chǎn)、施工及 其熱物理性質(zhì)的測(cè)試、熱損失的分析計(jì)算 ; 熱源、和冷源設(shè)備的選擇、配套、和合 理有效利用 ; 供熱通風(fēng)空調(diào)及燃?xì)猱a(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究 ; 各類采暖散熱器和 換熱器的設(shè)計(jì)、選擇和性能評(píng)價(jià) ; 建筑物的熱工計(jì)算和環(huán)境保護(hù)等等。熱量傳遞方式分輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流。這三種方式對(duì)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響也 有所不同 :(1) 熱輻射: 主要發(fā)生在作為屋頂、墻體材料玻璃與太陽(yáng)熱能之間。太陽(yáng)直 射熱和輻射熱被照射物吸收后 , 一部分轉(zhuǎn)化成物質(zhì)熱能量表征為玻璃板材本體的溫

3、 度升高,一部分轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)紅外熱輻射能 , 還有一部分被墻體材料反射。(2) 熱傳導(dǎo): 主要由于建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)室內(nèi)外的溫差使熱能沿墻體、屋頂實(shí)體 材料由溫度高的一側(cè) ( 室內(nèi)面或室外面 ) 向溫度低的一側(cè) (室外面或室內(nèi)面 )移動(dòng)。(3) 熱對(duì)流: 是通過(guò)空氣空間和縫隙進(jìn)行的。自然狀態(tài)下熱對(duì)流行為是豎向移 動(dòng)。當(dāng)熱對(duì)流發(fā)生在水平空氣層間時(shí)將發(fā)生環(huán)狀對(duì)流現(xiàn)象 , 此時(shí)的熱對(duì)流是最大的 , 垂直空氣層間的熱對(duì)流就很小。窗戶是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開口部位之一 ,是建筑的眼睛 , 它能起到在建筑與環(huán) 境、戶內(nèi)與戶外既溝通和分離的多重作用。熱量通過(guò)窗的傳遞方式主要是對(duì)流換 熱、輻射換熱和熱傳導(dǎo) , 外界空氣以

4、對(duì)流換熱的方式將熱量傳給窗體外表面 ,同時(shí)太 陽(yáng)通過(guò)輻射換熱講熱量傳給窗體 , 窗體外表面再通過(guò)導(dǎo)熱傳給窗體內(nèi)表面 , 熱量到達(dá) 內(nèi)表面之后又通過(guò)對(duì)流換熱和輻射換熱講熱量傳給室內(nèi)。當(dāng)前 , 我國(guó)的窗戶保溫隔 熱性能較差 , 窗戶的單位面積能耗為發(fā)達(dá)國(guó)家的 23倍,且窗戶的功能質(zhì)量對(duì)居住者 的健康、舒適以及生活工作條件有著重大的影響。門窗作為建筑最為重要的一部分 其面積占整個(gè)建筑物建筑面積的 20%30%。同時(shí), 通過(guò)外窗的傳熱耗熱量與空氣滲 透量相加約占整個(gè)建筑全部傳熱耗熱量的 50%,是建筑耗熱的薄弱環(huán)節(jié)、節(jié)能的重 點(diǎn)部位, 提高外窗的熱工性能可對(duì)建筑產(chǎn)生 23%的節(jié)能率。2 與節(jié)能有關(guān)的外

5、窗性能指標(biāo)傳熱對(duì)外窗的性能參數(shù)的影響很多 , 主要包括窗墻面積比、傳熱系數(shù)、遮陽(yáng)系 數(shù)、氣密性方面指標(biāo)。(1) 窗墻面積比是指外墻窗洞口面積與房間立面單元面積的比值 , 由于通過(guò)窗 流失的熱量較墻體多 , 因此, 窗墻面積比值越大對(duì)建筑節(jié)能越不利。由于外窗同時(shí)又 具有采光、通風(fēng)等重要功能 ,也是建筑立面設(shè)計(jì)中活躍的元素 , 窗墻比加大一方面會(huì) 導(dǎo)致房間太陽(yáng)輻射得熱增加 , 另一方面會(huì)增強(qiáng)室內(nèi)、外的熱量交換。前者有利于冬 季室內(nèi)熱環(huán)境的改善 , 但會(huì)導(dǎo)致夏季空調(diào)能耗的增加 ; 后者使得冬季房間的熱量消 耗增大 , 但卻有利于夏季的室內(nèi)散熱。這意味著窗墻比加大對(duì)冬季和夏季的室內(nèi)熱 環(huán)境都分別存在有

6、利和不利的方面。因此 , 在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合各種因素 ,通盤考慮 后合理確定各向墻面開窗面積和窗戶形式。根據(jù)規(guī)范要求 , 不同朝向、不同窗墻面 積比的外窗傳熱系數(shù)是不一樣的 , 窗體材料的選擇應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定。(2) 傳熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下,圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫差為1度(K, C),1 小時(shí)內(nèi)通過(guò)1平方米面積傳遞的熱量,單位是瓦/平方米度(W/卅.K,此處K可用 C代替)。近年來(lái)我國(guó)在節(jié)能門窗的研究方面取得了很大的進(jìn)展，改進(jìn)外窗熱工性能主要集中在提高玻璃、窗框熱阻和加強(qiáng)密封性方面。降低外窗傳熱系數(shù)應(yīng)選擇保溫 性能較好的中空玻璃、Low-E玻璃和熱斷橋型窗框材料。隨著窗戶與其他圍護(hù)結(jié)構(gòu) 傳熱系

7、數(shù)的降低 , 這些部位在建筑總失熱量中所占比例越來(lái)越小 , 而空氣滲透耗熱量 的比重不斷上升。(3) 遮陽(yáng)系數(shù)系指外窗對(duì)陽(yáng)光的遮擋程度 , 是影響外窗節(jié)能的另一個(gè)重要指 標(biāo)。降低遮陽(yáng)系數(shù)可以減少夏季通過(guò)外窗的太陽(yáng)輻射得熱 , 降低室內(nèi)制冷負(fù)荷 , 提高 建筑節(jié)能效果。窗口遮陽(yáng)系數(shù)取決于窗體材料、外遮陽(yáng)形式、構(gòu)造、材料及顏色等 因素。如遮陽(yáng)型Low-E玻璃,其低輻射鍍膜層可以有效反射太陽(yáng)中的遠(yuǎn)紅外輻射，具有較低的遮陽(yáng)系數(shù) (SC0.5) 。而更為有效的方法是設(shè)置卷簾窗或外遮陽(yáng) , 可活動(dòng)的 卷簾窗或外遮陽(yáng)形式多樣 ,夏季放下可有效阻擋太陽(yáng)輻射熱 ,冬季收起又可充分吸收 太陽(yáng)輻射熱能 , 已成為夏

8、季隔熱的重要手段 ,適合于夏熱冬冷地區(qū)南區(qū)。另外在玻璃 表面貼隔熱膜或在中空玻璃內(nèi)設(shè)置各種格柵狀的可調(diào)構(gòu)件等也是降低窗戶遮陽(yáng)系數(shù) 的有效措施。3 窗體節(jié)能的主要途徑在建筑中 , 窗戶的熱阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他外圍護(hù)結(jié)構(gòu) , 窗戶是保溫能力最低的建筑 外圍護(hù)結(jié)構(gòu) , 對(duì)于采暖建筑的窗戶 , 其耗熱量包括兩個(gè)方面 : 一是窗框和玻璃的傳熱 耗熱量, 二是窗戶縫隙的冷風(fēng)滲透耗熱量。因此 , 專家認(rèn)為, 門窗節(jié)能要從這兩方面 著手, 一方面減少窗框和玻璃的導(dǎo)熱系數(shù) , 增強(qiáng)保溫性能 ; 另一方面改善窗戶制作安 裝精度 , 加密封條 , 減少空氣滲透 , 減少冷風(fēng)滲透量。提高窗戶的保溫隔熱能力可減少外窗的能量損

9、耗。窗戶由框扇和玻璃組成 , 框 扇僅占窗面積的 20%30%窗%越, 大 , 所占比例越小。玻璃面積占窗面積的 70%85%門%,窗隔熱保溫性能的好壞應(yīng)取決于框材和玻璃的綜合隔熱保溫效果。不 同的框扇材質(zhì)有不同的傳導(dǎo)系數(shù) , 節(jié)能效果也不一樣。選擇隔熱性能好的窗框類型 , 雖然總體上 , 窗戶的隔熱性能由玻璃來(lái)控制 ,但 是窗框占整個(gè)窗戶總面積的 10%30%不. 同的窗框材料有不同的熱工性能。窗框的性能會(huì)對(duì)窗戶性能產(chǎn)生直接影響?，F(xiàn)在越來(lái)越多的生產(chǎn)商制造合金或 是復(fù)合材料窗框 , 通過(guò)改變窗框的熱工性能來(lái)使整個(gè)窗戶滿足規(guī)范要求的性能參 數(shù)。玻璃類型的選擇也影響著窗戶的節(jié)能效果。隨著技術(shù)的不斷

10、進(jìn)步 , 玻璃品種越 來(lái)越多, 目前主要以節(jié)能為目的的玻璃品種有吸熱玻璃、鍍膜玻璃、中空玻璃、真 空玻璃等。其中 , 中空玻璃由于在兩片玻璃之間形成了一定的厚度并被限制了流動(dòng) 的空氣或其他氣體層從而減少了玻璃的對(duì)流和傳導(dǎo)傳熱。因此 , 它具有較好的隔熱 能力。例如由兩片 5 毫米普通玻璃和中間厚度為 10 毫米的空氣層組成的中空玻璃 , 在熱流垂直于玻璃進(jìn)行熱傳遞時(shí)對(duì)流傳熱、熱傳導(dǎo)、輻射傳熱各約占總傳熱的 2%、38%、60%,同時(shí)中空玻璃的單片還可以采用鍍膜玻璃和其他節(jié)能玻璃 , 能將這些 玻璃的優(yōu)點(diǎn)都集中于中空玻璃上 , 也就是說(shuō)中空玻璃還可以集本身和鍍膜玻璃的優(yōu) 點(diǎn)于一身 , 從而發(fā)揮更

11、好的節(jié)能作用。采用內(nèi)貼隔熱膜也可在后期降低外窗的傳熱系數(shù)。具有操作簡(jiǎn)便 , 無(wú)濕作 業(yè)、不損傷窗口基面 , 工期短 , 不受季節(jié)限制等優(yōu)點(diǎn)。隔熱膜有一定的安全增強(qiáng)功 能 , 同時(shí)具備夾層玻璃的碎片粘持性能 , 其安全性優(yōu)于鋼化玻璃。通過(guò)對(duì)雙玻塑鋼 窗粘貼隔熱膜可明顯提高其隔熱性能 , 其傳熱系數(shù)接近三玻塑鋼窗 , 并達(dá)到了國(guó)家 65%節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。此外, 窗型的選擇也影響節(jié)能效果。常用窗型一般為推拉窗、平開窗、固定 窗。推拉窗的換熱量除了框扇和玻璃的熱傳導(dǎo)外 , 還有因窗扇在窗框上的左右推拉 造成的空隙加大而產(chǎn)生較強(qiáng)的空氣對(duì)流 , 因此推拉窗的節(jié)能效果不理想。平開窗因 沒有推拉而不產(chǎn)生空氣對(duì)流 ,

12、 平開窗的熱量流失只是窗框、扇和玻璃的熱傳導(dǎo)及輻 射,平開窗的節(jié)能效果優(yōu)于推拉窗 , 固定窗把窗框嵌在墻體內(nèi) , 玻璃直接安在窗框上 ,用密封膠把玻璃和窗框四邊密封 ,比用橡膠條更為嚴(yán)密 , 因此固定窗的節(jié)能效果最為 理想。采用適當(dāng)?shù)拇皦γ娣e比也能提高窗戶的節(jié)能性。窗墻面積比反映房間開窗面 積的大小 , 采暖熱耗量隨著窗墻面積比的增加而增加。因此 , 在采光允許的條件下 , 控制窗墻面積比是窗體節(jié)能的一個(gè)重要措施。提高窗的密閉性 , 減少冷風(fēng)滲透量 , 也是提高窗戶節(jié)能型的一種途徑。比如加 設(shè)密封條 , 減少室外空氣的直接侵入。4 結(jié)束語(yǔ)無(wú)論是新建建筑還是既有建筑改造 , 窗戶節(jié)能都是“重頭戲”之一。我們無(wú)法 完全避免能量的損失 , 但節(jié)能可以從源頭做起 , 即從熱量交換的集中形式出發(fā)