铝木复合三玻窗的热工检测及红外缺陷分析

常文涛　白　莉　褚廷明　王　赛

(吉林建筑大学市政与环境工程学院，长春　130118)

铝木复合三玻窗的热工检测及红外缺陷分析

常文涛白莉褚廷明王赛

(吉林建筑大学市政与环境工程学院，长春130118)

摘要：在用标定热箱法精确测定铝木复合三玻窗传热系数的基础上,对比红外热像分析不同部位的温度分布确定整窗热工缺陷,提出了改善密封胶条保温、抗氧化性能和变更外窗结构设计的优化建议.

关键词：标定热箱法；传热系数；红外热像；热工缺陷；密封胶条

0引言

作为建筑外围护结构的可开启部分,外窗很好地起到了采光、通风等作用,为用户提供了安全和舒适的工作居住环境,同时也具有一定的保温和隔热功能.根据数值模拟和对不同类型新旧建筑外窗的实测数据显示,长春地区外窗传热系数集中在1.8W/(m2·K)~3.2W/(m2·K)之间,外窗部分的传热量占到整个建筑围护结构耗能的40%~50%[1],因此，提高外窗的保温性能对绿色建筑和被动式建筑具有重要意义.

1实验装置及原理介绍

对外窗传热系数的测定可以分为非稳态传热法和稳态传热法两种.非稳态传热法主要适用于室内外温度难以控制的现场实测上,窗的热惰性致使测量在一定程度上有偏差;相比之下稳态传热法可以通过精确的控制冷热室温度,使传热过程达到高度平衡状态来降低热惰性的影响,提高实验精度,稳态传热法主要应用于实验室内检测.

待检窗是某企业生产的新型铝木复合三玻窗(内层玻璃为low-e玻璃),两个空气层均采用16mm厚的惰性气体氩气,玻璃层处结构是6mm+16mmAr+6mm+16mmAr+6mm,窗框尺寸为1 460mm×1 460mm×100mm,缝隙处采用三元乙丙胶条密封.

实验采用基于稳态传热原理的标定热箱法[2],图1是检测平台的结构原理图,箱体一侧为热室,模拟冬季室内或夏季室外环境;另一侧为冷箱,模拟冬季室外或夏季室内条件.检测设备采用JTMC-24建筑外门窗保温性能检测实验平台见图2,其主要性能参数见表1.

图1 建筑外门窗保温性能检测实验平台剖面图

图2 建筑外门窗保温性能检测实验平台

性能测温精度热室控温精度冷室控温精度热室加热功率冷室温度测试范围参数≤0.05℃<0.1℃≤0.2℃0~1250W≥-22℃<12.8W/(m2K)

在对外窗、填充板、试件框之间缝隙进行严格密封处理的基础上,保持冷热室恒定的温度、气流速度和热辐射等条件下,通过计量电加热器的发热功率,减热箱外壁、试件框和填充板的热损失,即可计算整窗的平均传热系数[3].

对传热系数K计算:

式中：M1为热箱壁的热流系数,W/K；Δθ1为热室内外表面温差,℃；M2为试件框的热流系数,W/K；Δθ2为试件框冷热侧温差,℃；Δθ3为填充板冷热表面温差,℃;

2测试结果分析

由图3可以得出,曲线在19:00之后趋于平稳,冷室空气温度在-19.92℃~-20.03℃之间微小波动,热室空气则稳定的19.99℃~20.01℃之间,此时ΔT冷室=0.11℃≤0.3℃,ΔT热室=0.02℃≤0.2℃,满足平衡判定条件[4-5],图4中功率随温度时间变化中可以看出,热室在接近13:00时开始加热,经过6h运行在19:00之后功率稳定在150.44W,下图是稳定时刻19:00参与计算的检测数据见表2.

图3 检测过程温度时间变化曲线

图4 检测过程温度时间功率变化曲线

时刻/S功/W冷热室空气温度/℃冷室热室温差热室两表面温度/℃内侧外侧温差试件框两侧温度/℃冷侧热侧温差填料两侧面温度/℃冷侧热侧温差03:05150.44-19.9420.0039.9419.5023.88-4.38-19.918.6038.53-18.9516.1035.0503:26150.44-19.9720.0039.9719.5023.88-4.38-19.9418.6038.54-1916.1035.1003:47150.44-20.0020.0040.0019.5023.88-4.38-19.9718.6038.57-19.0516.1335.1804:07150.44-20.0020.0040.0019.5023.89-4.39-19.9818.6038.58-19.0516.1235.1704:28150.44-20.0020.0040.0019.5023.89-4.39-19.9618.6038.56-19.0516.1235.1704:48150.44-19.9820.0039.9819.5023.89-4.39-19.9218.6038.52-1916.1135.11平均值150.44-19.9820.0039.9819.5023.88-4.38-19.9518.6038.55-19.0216.1135.13

根据公式(1)计算此种铝木复合窗的传热系数K=1.421W/(m2K),满足DB22/T450-2007吉林省《居住建筑节能设计标注(节能65%)》中关于外窗传热系数最小限值1.5的要求.

上海市质量监督检验技术研究院轻工与化工产品质量检验所检测圣戈班离线可弯钢化低辐射Low-E三层中空玻璃(6mm+16mmAr+6mm+16mmAr+6mm传热系数)K=0.6W/(m2K),外窗平均传热系数是玻璃层部分2.3倍.因此，在研究如何继续提高整窗保温性能时必须有针对性的对热工缺陷部分加强防护.

3红外热工缺陷分析

对比图5中不同位置的红外热像,可以明显看出外窗的整体温度低于试件框温度.这是因为试件框的传热系数较小K试件框<0.143W/(m2K),而外窗的传热系数K检测窗=1.5W/(m2K),在相同冷热室温度条件下单位面积透过外窗的热量约为试件框的10倍.整窗的温度分布不均匀,玻璃层区的温度最高,窗框区的温度略低,外窗压条与外层玻璃的密封条处温度最低[6].

沿图6中直线P1和P2分析窗的横向温度分布,可以得出不同剖面相同位置的温度虽然不同,但沿试件框、外窗各部分和填充板之间的温度波动变化明显,并且变化规律保持着高度的一致性,两条曲线的较低谷值均出现在窗框与外层玻璃接触位置的密封胶条处.图7中相对于玻璃层区的平均温度Tavg=15.4℃,密封胶条处温度只有Tmin=9.4℃,ΔT=6℃,图8中也有类似的情况,Tavg=14.4℃,Tmin=8.4℃,ΔT=6℃,在窗框压条与外层玻璃之间的密封胶条处出现了较为明显的冷桥,导致整窗的平均传热系数大幅增加.

图5 整窗红外热像

图6 温度剖面位置

图7 直线P1温度分布

图8 直线P2温度分布

此外,橡胶曝露在空气中,特别是在日光、高温、潮湿等条件下,会失去弹性,变硬变脆甚至收缩脱落,更加重外窗整体的热损失[7].因此,提高密封胶条的保温、密封性和抗氧化能力是改善整窗保温性能一个重要因素.

4结语

(1) 这种铝木复合三玻窗通过在多方面的改进,大大提高了外窗的保温性能,满足各类建筑节能设计中关于外窗传热系数K≤1.50的最低限值,推广使用可以大幅降低建筑能耗.

(2) 红外热像仪测试结果显示外窗中的温度分布:T玻璃层区>T窗框区>T压条区>T密封胶条.因此，设计生产中通过改进框扇的材质、玻璃层厚度、降低辐射率,调整玻璃层间距、抽真空或填充惰性气体等方面来提高窗的保温性能取得效果有限时,可以通过降低窗框压条和外层玻璃之间的密封胶条处的传热来提高保温性能.

参考文献

[1] 郭兴忠,杨闯,张超,杨辉,杨庭贵.节能门窗热工性能对建筑能耗影响的模拟研究[J].建筑材料学报,2014(17):261-262.

[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 8484—2008建筑外门窗保温性能分级及检测方法[S].北京:中国标准出版社,2009.

[3] 朱丹.哈尔滨地区节能窗传热系数的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2012.

[4] 许凯.建筑节能窗传热特性的数值模拟与实验研究[D].成都:西南交通大学,2014.

[5] 李聪,李春梅,周志群,张瑞芳.新型建筑外门窗保温性能检测装置设计与实现[J].工程塑料应用,2014(4):87-88.

[6] 杨丽萍.红外热成像法探测建筑围护结构热工缺陷研究[D].西安：西安建筑科技大学,2010.

[7] 许慧慧,张江华.严寒寒冷地区节能窗的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2014.

Detection and Infrared Thermal Defect Analysis of A Triple Glazed of Aluminum Composite Wood

CHANG Wen-tao，BAI Li，CHU Ting-ming，WANG Sai

(SchoolofMunicipal&EnvironmentalEngineering,JilinJianzhuUniversity,Changchun,China130118)

Abstract：Calibrated hot box method can precisely detect the heat transfer coefficient of a new triple glazed of aluminum composite wood, simultaneously thermal imager is used to analyze the temperature distribution in different parts and draw thermal defect position of whole window. It proposed to improve sealant tape insulation, oxidation resistance and recommend changes to optimize the structure design of exterior windows.

Keywords:calibrated hot box method；heat transfer coefficient；thermal imager；thermal defect；sealant tape

中图分类号：X 513

文献标志码：A

文章编号：2095-8919(2015)06-0029-04

作者简介：常文涛(1989~),男,河北省邯郸市人,在读硕士研究生.

收稿日期：2015-05-21.