1 前言
近年來鋁合金門窗因具有輕質(zhì)高強(qiáng)、裝飾效果豐富等優(yōu)點(diǎn)而逐漸取代了鋼門窗，在能源緊張的今天隨著人們節(jié)能環(huán)保意識的提高，隔熱鋁合金門窗與幕墻在我國長江以北地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù) JGJ T 151-2008《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程》所提供的整樘門窗結(jié)構(gòu)的理論計算公式，要提高鋁合金斷橋門窗(幕墻)的節(jié)能效果，需要從玻璃、窗框(幕墻框)、框與玻璃之間的連接材料來綜合考慮。
玻璃是斷橋鋁合金門窗(幕墻)的關(guān)鍵部件，玻璃的保溫隔熱性能與其間隔層層數(shù)、寬度、間隔層內(nèi)的氣體等有著重要關(guān)系。 一般來說，在玻璃間隔層層數(shù)與寬度一定的情況下，向空氣層中填充惰性氣體，使空氣層無空氣對流，從而減少傳熱，可更好地提高節(jié)能效果。
隔熱條也是斷橋鋁合金門窗(幕墻)的關(guān)鍵部件，從熱量傳遞的角度考慮，它將其內(nèi)外側(cè)的鋁型材完全斷開，可有效切斷（詞條“切斷”由行業(yè)大百科提供）鋁框熱流直接傳遞的路線，同時又將其內(nèi)外側(cè)鋁型材緊密連接，達(dá)到三者共同受力的目的。 目前市場上有美式注膠（詞條“注膠”由行業(yè)大百科提供）式和歐式穿條式兩種，后者具有耐高溫、高濕性能良好，斷面（詞條“斷面”由行業(yè)大百科提供）設(shè)計豐富多樣，剪切失效后抗拉強(qiáng)度仍較高等諸多特點(diǎn)，在市場上得到了廣泛應(yīng)用，本文只針對歐式穿條式隔熱條進(jìn)行相關(guān)分析。
2 材料性能參數(shù)
3 邊界條件界定
ANSYS 熱分析的邊界條件或初始條件可分為溫度、熱流率、熱流密度、對流輻射、絕熱生熱等幾種;而傳熱分析有以下 3 種邊界條件： ①在邊界上給定溫度，屬強(qiáng)制邊界條件;②在邊界上給定熱流量，當(dāng) q=0 時為絕熱邊界條件;③在邊界上給定對流換熱系數(shù)和對應(yīng)溫度。 本文所有的傳熱分析的邊界條件均施加上述的第 3 類邊界條件。 本節(jié)邊界條件界定所需的內(nèi)外、表面換熱系數(shù)及內(nèi)表面熱阻值如下：
4 玻璃節(jié)能效果分析
現(xiàn)對2組中空玻璃模型進(jìn)行分析，第1 組對空氣層厚度分別為 9，12，14，16mm 的中空玻璃模型進(jìn)行對比分析，考察空氣層厚度對玻璃節(jié)能效果的影響;第 2 組 3 個模型的節(jié)能效果分析則是建立在對中空層填充不同性質(zhì)的惰性氣體展開的。 中空玻璃有限元計算模型如圖1。
4.1 空氣層厚度的影響
通過對各模型中空玻璃溫度分布云圖(略)的分析，可以得到4 種空氣層厚度情況下室內(nèi)外的溫度差對比曲線(如圖 2)，可見隨著空氣層厚度的增大，內(nèi)外溫度差明顯增大，即室內(nèi)熱能的耗散越小，節(jié)能效果更佳。
4.2 間隔層填充氣體的影響
考慮間隔層填充氣體對節(jié)能效果的影響時，建立的模型分別對中空層填充氬氣和氙氣進(jìn)行分析。表1列出了空氣及上述兩種惰性氣體在不同溫度狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)值; 表2為模型分析所得3種填充氣體狀態(tài)下室內(nèi)外溫度差及熱流量結(jié)果對比。
由上述分析可知，向中空層填充惰性氣體時熱流量值有不同程度的減小，其中填充氙氣時熱流量值相比氬氣與空氣有著明顯下降，節(jié)能效果尤為顯著。
5 隔熱條節(jié)能效果分析
考慮隔熱條寬度的取值不同， 對隔熱條寬度分別為 17，20，22，24mm 的4個鋁豎梃模型進(jìn)行分析。隔熱條采用標(biāo)準(zhǔn)原料配比為75%的 PA66 (含一些關(guān)鍵配料)和 25%的玻璃纖維，導(dǎo)熱系數(shù) 0.3W m·K。通過溫度場分析獲得各鋁豎梃模型的溫度分布云圖，其中隔熱條寬度為 17，24mm 的對比如圖 3，室內(nèi)外溫度差值對比曲線如圖4所示。
分析結(jié)果表明，在PA66 隔熱條中，傳熱分析的邊界條件相同時，隨著隔熱條尺寸(寬度)的增大，其節(jié)能效果有明顯提高。但在考慮抗風(fēng)壓性能、選用同種型號隔熱條時，則并非尺寸越大越好，已有研究表明，PA66 隔熱條受到相同的風(fēng)壓載荷時，其尺寸越大則承受的應(yīng)力（詞條“應(yīng)力”由行業(yè)大百科提供）越大， 同時它的形變也越大，也會受到應(yīng)變的限制; 同種尺寸但結(jié)構(gòu)不同的兩種PA66 隔熱條中，工字型隔熱條比 I 字型隔熱條更適用于鋁合金型材。 隔熱條對斷橋鋁型材整體影響較大，新鋁合金門窗產(chǎn)品在上市前要對其樣品進(jìn)行三性(即氣密性、水密性和抗風(fēng)壓性能)試驗(yàn)，以測試其結(jié)構(gòu)的可靠性。
6 結(jié)論
6.1 對于中空玻璃，隨著空氣層厚度的增大，內(nèi)外溫差明顯增大，室內(nèi)熱能的耗散降低;向中空層填充惰性氣體時熱流量值有明顯下降，節(jié)能效果明顯提高。
6.2 在保證型材強(qiáng)度的條件下，增大隔熱條寬度的同時也使得型腔高度得到增大， 同時也帶來熱阻的增大。當(dāng)傳熱分析的邊界條件相同時，隨著隔熱條的尺寸(寬度)增大，其節(jié)能效果明顯提高。
參考文獻(xiàn)
[1] 傅申森. 斷橋鋁（詞條“斷橋鋁”由行業(yè)大百科提供）合金節(jié)能門窗[J]. 節(jié)能技術(shù)，2007(12)
[2] 葛鐵軍，于文強(qiáng). 隔熱條對鋁合金隔熱窗抗風(fēng)壓性能的影響[J]. 工程塑料應(yīng)用，2008(2)
