在今天，能源日益深刻地成為人類社會(huì)的支撐體系之一。而能源的使用狀況和利用效率則反映出一個(gè)城市的生活質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效率，也是城市可持續(xù)發(fā)展能力的具體體現(xiàn)。
每當(dāng)冬季，生活在北方城市的人們經(jīng)常會(huì)抱怨家里的暖氣不熱，可能很少有人注意到，由于建筑的保溫和隔熱性能差，使我們房屋內(nèi)的熱能損失了一半甚至更多;同樣，炎熱的夏季建筑里的冷氣也因?yàn)榻ㄖ目傮w熱工性能差而大量散失。我們因此浪費(fèi)的能源和多支出的費(fèi)用是驚人的。
眾所周知，在建筑結(jié)構(gòu)中，門窗或幕墻是圍護(hù)結(jié)構(gòu)組成的重要部分，同時(shí)也是整個(gè)系統(tǒng)熱量交換、傳遞最活躍和敏感的部位，其能量消耗是墻體的5～6倍，占整個(gè)建筑物全部熱損失的40%以上。其能量消耗主要通過三個(gè)方面：
第一：通過門窗或幕墻結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo);
第二：通過玻璃構(gòu)件的熱輻射;
第三：通過門窗或幕墻結(jié)構(gòu)縫隙的空氣進(jìn)行對流換熱。
由于目前建筑節(jié)能已經(jīng)成為世界性的大潮流和大趁勢，所以在建筑結(jié)構(gòu)中采用性能優(yōu)越的隔熱門窗、幕墻是我們的迫切需要，同時(shí)如何選用性能優(yōu)良的材料，制造出環(huán)保節(jié)能、技術(shù)領(lǐng)先的新型門窗、幕墻既是國家建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)政策的要求，也是門窗幕墻企業(yè)的生存發(fā)展的必然之路。而新型節(jié)能材料的研發(fā)是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的基礎(chǔ)。普通鋁合金型材作為門窗、幕墻型材的首選材料，以其強(qiáng)度好，外形美觀、加工便利等特性一度為市場青睞。但由于鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)高，如6063合金T5狀態(tài)的導(dǎo)熱系數(shù)在25℃時(shí)為209W/m.K，所以普通的鋁合金型材即使與中空玻璃配合使用，其組成的門窗或幕墻的K值仍然在4.0W/m2.K以上，所以其保溫隔音性能欠佳。為解決日益增長節(jié)能要求，斷(隔)熱鋁型材取代普通鋁合金型材廣泛的用在鋁合金門窗、幕墻上，是建筑節(jié)能必然的要求和趨勢，符合當(dāng)前國家的產(chǎn)業(yè)政策以及建設(shè)和諧社會(huì)的發(fā)展大計(jì)。
目前隔熱節(jié)能鋁合金型材技術(shù)主要有美國的澆注式隔熱節(jié)能鋁合金型材及歐洲的穿條式隔熱節(jié)能鋁合金型材，目前我國一些較大型的鋁材廠對這兩種技術(shù)及設(shè)備均有引入和生產(chǎn)，這兩種技術(shù)對推動(dòng)我國隔熱節(jié)能鋁材的發(fā)展和進(jìn)步起了較大的推動(dòng)作用;而根據(jù)JGJ/T 151-2008《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》，要得到整窗的傳熱系數(shù)，必須首先分別計(jì)算窗框傳熱系數(shù)、窗玻璃傳熱系數(shù)和由間隔條引起的線傳熱系數(shù)，然后根據(jù)式(1)計(jì)算整窗的傳熱系數(shù)[6]。
(1) 式中，
——整窗傳熱系數(shù)[W/(m
2﹒K)];
——窗面積(m
2);
——窗框傳熱系數(shù)[W/(m
2﹒K)];
——窗框面積(m
2);
——窗玻璃傳熱系數(shù)[W/(m
2﹒K)];
——窗玻璃面積(m
2);
——窗框和窗玻璃之間的線傳熱系數(shù)[W/(m﹒K)];
——玻璃區(qū)域的邊緣長度(m)。
從上式可以看出，窗框傳熱系數(shù)Uf是影響整窗傳熱系數(shù)Ut的重要因素之一，而窗框傳熱系數(shù)主要是由組成窗框節(jié)點(diǎn)的隔熱型材決定，也可以說，型材傳熱系數(shù)的大小是直接影響甚至是決定門窗隔熱節(jié)能及保溫性能的重要因素，研究型材傳熱系數(shù)的大小的影響因素，對隔熱型材的優(yōu)化設(shè)計(jì)，及節(jié)能門窗的設(shè)計(jì)和研發(fā)具有良好的指導(dǎo)意義。
本文旨在針對目前行業(yè)中普遍認(rèn)為的隔熱型材節(jié)能設(shè)計(jì)理念，利用熱工仿真軟件Therm對相同型材結(jié)構(gòu)，不同型腔和隔熱條對門窗節(jié)點(diǎn)等溫線的影響及與傳熱系數(shù)的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算分析，驗(yàn)證這些理念的準(zhǔn)確性，并通過對計(jì)算結(jié)果的分析討論，得出了科學(xué)的設(shè)計(jì)理念。
1 驗(yàn)證的設(shè)計(jì)理念
本文將驗(yàn)證以下目前常用隔熱型材節(jié)能設(shè)計(jì)理念：
1.1 門窗框扇隔熱條及中空玻璃三者幾何中心線在一直線上，則由它們組成的節(jié)點(diǎn)等溫線也在一直線上，且此時(shí)的傳熱系數(shù)U值是最小;
1.2 型材室外腔減小，可以降低型材傳熱系數(shù)，對提高整窗保溫性能有較大幫助。
以上設(shè)計(jì)理念均來自歐洲門窗系統(tǒng)，其中第2點(diǎn)還是歐洲某著名門窗系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)理念，由于我國隔熱門窗系統(tǒng)基本均為從歐洲引入或模仿，加上歐洲節(jié)能門窗系統(tǒng)在國際上處于領(lǐng)先水平，故在設(shè)計(jì)理念上受其影響也較深，但這些設(shè)計(jì)理念是否正確?是否有規(guī)律性可循?尚未見有理論數(shù)據(jù)證明。
2 計(jì)算方法和條件
2.1 計(jì)算方法
采用熱工仿真軟件Therm對按以上理念設(shè)計(jì)的多個(gè)門窗節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳熱系數(shù)計(jì)算、等溫線顯示等，以驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)理念的正確性，根據(jù)計(jì)算結(jié)果尋找隔熱型材優(yōu)化設(shè)計(jì)的途徑和規(guī)律。
型材節(jié)點(diǎn)處理
由于熱工仿真軟件Therm及JGJ/T 151-2008 《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》規(guī)定的計(jì)算是建筑門窗、玻璃幕墻空氣滲透量為零，且采用穩(wěn)態(tài)傳熱計(jì)算方法進(jìn)行的計(jì)算，故選用的型材節(jié)點(diǎn)均為結(jié)構(gòu)相同，只是型腔大小或隔熱條位置不同，以保證其可比性。
邊界條件
采用JGJ/T151-2008標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的傳熱系數(shù)計(jì)算邊界條件，如表1所示。
表1 邊界條件
|
|
室內(nèi) |
室外 |
|
周邊環(huán)境 |
溫度(℃) |
20 |
-20 |
|
對流換熱系數(shù)
(W﹒m-2﹒K-1) |
3.6 |
16 |
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門窗周邊框 |
對流換熱系數(shù)
(W﹒m-2﹒K-1) |
— |
8 |
|
玻璃邊緣 |
12 |
結(jié)果處理
用熱工仿真軟件Therm顯示截面圖形中的等溫線，利用等溫線可清楚看到溫度梯度分布;計(jì)算各門窗節(jié)點(diǎn)傳熱系數(shù)U值。
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由6家單位聯(lián)合負(fù)責(zé)起草的GB5237.6－2004《鋁合金建筑型材第6部分隔熱型材》國家標(biāo)準(zhǔn)于近日首次發(fā)布，將于2005年3月1日正式實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)結(jié)束了目前鋁合金隔熱型材尚無統(tǒng)一國家標(biāo)準(zhǔn)的歷史，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。
2005年1月13
編者案：2008年5月我國四川省汶川縣發(fā)生里氏8.0級大地震，給當(dāng)?shù)卦斐闪司薮蟮娜藛T傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。在這次震后的相關(guān)調(diào)查中我們發(fā)現(xiàn)，建筑主體結(jié)構(gòu)的破壞對于建筑門窗和幕墻的影響是巨大的。對于我國目前倡導(dǎo)的節(jié)能型隔熱門窗和幕墻，其安全性的關(guān)注度
