卜 科 胡立峰
(1.浙江杭萧钢构股份有限公司，浙江杭州 310003; 2.上海市建筑科学研究院，上海 201108)
0 引言
随着国家对环境保护的越来越重视，要求快速发展的建筑业也尽快向绿色建筑、节能建筑转变。提高房屋建筑围护结构的保温隔热效能，是一种经济有效的节能措施。而建筑外墙上的窗户又是围护节能的重点。因此，发达国家在房屋建筑的围护结构上，广泛采用高效保温材料和多层密封窗，或者限制窗面积与墙面面积的比例。目前，国内建筑市场上，为了提高窗户的保温性能，采用各种窗框材料的窗户应运而生。例如有普通铝合金型材、断热铝合金型材、PVC塑料型材、木型材以及各种复合型材等。本文依据GB/T 8484-2008试验检测标准的方法［1］，对市场上常见的普通铝合金型材、断热铝合金型材、PVC塑料型材三种窗户进行试验，结合节能窗(单层窗(中空双玻))传热系数简化计算公式，通过对比不同窗框比的窗户与传热系数值的关系，获得提高窗户的保温性能并节约材料的途径［2，3］。
1 窗户的传热系数简化计算分析
窗框与玻璃系统是组成窗户的主要结构。在DGJ 08-205-2011居住建筑节能设计标准［4］中给出了节能窗(单层窗(中空双玻))传热系数简化计算公式:
其中，KW为窗传热系数;Kg为玻璃传热系数;Kf为窗框传热系数;Ag为玻璃面积(里外两面投影中取小的一面面积);Af为窗框面积(包括窗扇和窗外套，AW=Ag+Ar);ψ为玻璃、窗框间的传热系数;Lg为玻璃、窗框间的线长，m。假若窗框与玻璃的传热严格按照并联关系时，通过变换公式(1)得到:
式(2)中Af/(Ag+Af)为窗框比。
当式(2)中Kf＞Kg，即斜率大于0，则窗传热系数KW随着窗框比的增加而增加;当Kf＜Kg时，即斜率小于0，则窗传热系数KW随着窗框比的增加而减小。
2 窗户的传热系数试验
2.1 试验装置及试件安装
试验装置如图1所示。试验装置为采购沈阳紫微机电设备有限公司的窗保温性能检测系统，热侧采用特制电暖气，避免了其他较强热惯性电热元件造成的温度波动过大;热侧加热温度波动小于0.1K;冷侧制冷温度波动不大于0.2K。将窗户试件放置于暖房室和冷房室之间的试件片框上，窗户试件的开启缝部位采用透明塑料胶带双面密封，试件片框和窗户试件之间的洞口用已知热导率的聚苯乙烯泡沫塑料填堵。
图1 试验装置示意图
2.2 试件及试验过程
试验样本采用市场上常见的普通铝合金型材、断热铝合金型材和PVC塑料型材三种类型的窗户。为了使试验数据不被玻璃和窗户的开启方式不同而干扰，试验窗户全部采用中空玻璃为5+9+5的平开窗。采用型材窗框比在20%～50%之间的窗，所有窗户的面积尺寸不大于2.25 m2。
试验之前测量每樘窗户的投影面积尺寸，以及窗户上玻璃的面积，用来计算窗框比。按照GB/T 8484-2008建筑外门窗保温性能分级及检测方法标准规定的实验方法，对三种材质的窗户进行试验。试件安装在试验片框上并两侧密封好之后(如图2所示)，关闭实验装置上的门和照明设备。开启实验装置，设置6 h～8 h设备运行时间，直到设备自动运行系统试验完毕。
3 试验分析［5］
3.1 传热系数与窗框比的关系
窗框比是指窗户上的窗框型材面积与该窗户的面积之比。为了显示窗框比和传热系数的关系，以每种材质的窗按照窗框比作为横坐标，该材质窗户的测试结果传热系数作为纵坐标绘制曲线如图3所示。
图3中a是普通铝合金窗、b是断热铝合金窗、c是塑料窗。图中曲线经过Excel2003软件的线性拟合如表1所示。
从图3可以知道a，b直线，随着窗框比的增加传热系数在增加，为正线形相关;c直线，随着窗框比的增加传热系数在减少，为负线形相关。结合表1和式(2)可以知道，a，b直线的斜率都是大于0，导致它们的传热系数随着窗框比的增加而增加，而c直线的斜率是小于0，所以传热系数效果随着窗框比的增加而减小。
表1 传热系数与窗框比的拟合曲线
3.2 窗框比的变化对三种窗户的传热系数影响
从表1可知:三种线性拟合趋势线中普通铝合金窗的斜率最大，断热铝合金窗次之且都为正数。若窗框比相同变化时，普通铝合金窗的传热系数变化要大于断热铝合金窗传热系数的变化。而塑料窗斜率最小，传热系数随窗框比的变化比较小，虽然窗框比增加时可以提高窗户的保温性能，但是从图3中c直线可以看出它的提高效果并不明显。
3.3 窗户的传热系数与窗框的关系分析
从图3中可以看出:在窗框比相同的情况下，传热系数值a直线最大，b直线次之，c直线最小。
结合表2可以得到:窗传热系数与窗框型材的传热系数存在着密切相关关系。在窗户的玻璃系统相同且窗框比相同的情况下，随着型材的传热系数值的增加而增加。
表2 三种窗框传热系数 W/(m2·K)
4 结语
通过对三种材质的窗户在试验条件下的研究，验证了节能窗的简化公式对传热系数的分析是正确的。对于窗框的传热系数远大于中空玻璃时，窗框比降低可明显提高窗的保温性能;对于窗框的传热系数远小于中空玻璃时，窗框比增加可明显提高窗的保温性能。增加塑料在窗户中所占面积可提高塑料等材质的窗户保温性能。对于铝合金和断热铝合金材质的窗户，降低窗框比即提高中空玻璃所占窗的面积比，既提高了窗的保温性能，又节约了金属材料来降低成本。
［1］GB/T 8484-2008，建筑外门窗保温性能分级及检测方法［S］.
［2］庄一新.影响检测门窗传热系数的重要因素［J］.门窗，2008(10)：35-36.
［3］徐 军，冯 磊，张 秀.平塑钢门窗节能效果分析［J］.新型建筑材料，2010，355(8)：31-34.
［4］DGJ 08-205-2011，居住建筑节能设计标准［S］.
［5］李 萍，王灵玺，张肖林.建筑门窗传热系数分析与试验研究［J］.山西建筑，2009，35(34)：258-259.
