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；