建筑门窗的优化设计论文
建筑门窗保温性能的基本原理是减少门窗框的热传导能量损失、采光玻璃辐射和传导损失等,具体的优化设计内容包括:
1门窗框的合理设计
框架作为门窗的重要组成部分,起到支撑的作用,常见的门窗框材料有金属型材、非金属型材和复合型材等,金属型材和非金属型材的热工特性具有很大的差别,其中材料的导热系数是形成这些材料热传能力差别的主要影响因素,据了解,铝、钢、PVC塑料、木材、玻璃钢的导热系数分别为203W/mK、58W/mK、0.14W/mK、0.20-0.28W/mK、0.4-0.5W/mK,而试验表明导热系数越大,材料的传热能力就越强,因此从保温的角度,门窗框的型材断面,要尽量设计成多腔型材,并让热流方向垂直分布于腔壁,型材的腔壁数量增加之后,阻隔热流的作用就越强,腔内的对流、辐射和导热等就能够降低。金属框架传热的减少,需要用非金属材料作为断热桥,为金属型材作断热处理,或者将非金属型材和带腔金属制成复合型材,同时加大非金属型材的厚度,提高型材的热阻。除此之外,门窗框的材料科选择PVC塑料型材、铝合金断热桥窗框材料、玻璃钢型材等低导热系数材料,从根本上对金属门窗框热传导热量损失进行改善。
2改善门窗玻璃保温性能
玻璃相比于金属材料,热传导系数仅有0.8-1.0W/mK,厚度为3-6mm,热传量为65%-75%,在玻璃质量方面提高门窗保温性能,具有较大的操作空间。(1)单玻相比于双玻和三玻,后两者的保温性能更高,因此可以从玻璃结构的角度,将单玻改成双玻和三玻,以形成密闭的空气层,提高玻璃的热阻水平,也就是说,保温性能和玻璃的厚度没有直接关系,只有玻璃的空气层厚度改变之后才会改变。(2)玻璃当中加入镀膜,以降低玻璃之间的辐射传热。根据实验显示,中空玻璃加入辐射膜之后,明显改善了热工性能,相比于普通中空玻璃,后者的热传系数为3.0-3.1,而前者降低到1.7-2.3。如果低辐射中空玻璃当中的空气层厚度为12mm,即PVC塑料窗和铝合金断热窗的标准,传热系数基本能够满足北方严寒区域的门窗保温需求。(3)控制中空玻璃铝隔条对传热的影响,这种材料是良导体,会提高中空玻璃的传热强度,据试验,中空玻璃的铝隔条长度和中空玻璃面积的比值P增大之后,铝隔条的传热比重随着增大。因此,中空玻璃的铝隔条要尽量埋设在门窗框的沟槽内部,减少在空气中的暴露面积,同时尽可能选择P值比较小的中空玻璃。
3合理设计门窗框的比例
门窗框的.比例是门窗框的表面和门窗面积的比值,该比值和门窗立面设计、表面积、门窗面积有直接关系,一般比例为25%-35%,在门窗框比例改变之后,门窗框的感热面和放热面也随着改变。如果金属型材门窗的框断面尺寸太大,会对门窗保温性能产生不利影响,因此在满足门窗基本功能的前提下,要控制门窗立面的分割,大断面的金属型材不适合作为面积较小的门窗。另外,还要增加玻璃层数和玻璃之间空气层厚度的距离,可以采用镀膜玻璃,提高玻璃热阻。总之,门窗框比例的合理设计,直接影响门窗的保温性能,尽管相关的比例大小与业主的实际需求相关,但在设计的时候,仍然需要尽量趋向于节能环保方向。
综上所述,住宅采暖过程中,门窗的传热热损失和空气渗透热损失,大约占所有能耗的50%左右,建筑门窗保温性能的基本原理是减少门窗框的热传导能量损失、采光玻璃辐射和传导损失等,需要对其进行优化设计,一方面是合理设计门窗框,从根本上对金属门窗框热传导热量损失进行改善,另一方面是改善门窗玻璃保温性能,以及合理设计门窗框的比例,以全面实现门窗的保温节能,减少建筑门窗装修的成本。
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