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暖邊技術(shù)作為中空玻璃節(jié)能性能的有效改善手段已成為重要的發(fā)展趨勢(shì)。本文從暖邊技術(shù)的節(jié)能原理、對(duì)中空玻璃性能影響及工程應(yīng)用角度進(jìn)行了探討，為暖邊技術(shù)在中空玻璃中的應(yīng)用提供了參考。

1、暖邊技術(shù)定義

首先我們要明確暖邊技術(shù)是什么？暖邊技術(shù)是中空玻璃一種邊部密封技術(shù)。中空玻璃邊部常見(jiàn)密封方式見(jiàn)下圖。

暖邊技術(shù)是相對(duì)于傳統(tǒng)鋁間隔條而言的。對(duì)于暖邊技術(shù)，較早的一種說(shuō)法是：任何一種間隔條只要其熱傳導(dǎo)系數(shù)低于鋁金屬的導(dǎo)熱系數(shù)，就可以稱為暖邊系統(tǒng)。這種說(shuō)法在一定程度上反映了暖邊間隔條的特點(diǎn)，但不夠嚴(yán)格明確。

對(duì)暖邊系統(tǒng)給出明確定義的是ISO10077-1，見(jiàn)公式：

∑ (d×λ) = d₁×λ₁+ d₂×λ₂+ ……+d_n×λ_n≤0.007W/K

(公式1)

其中：d為所用材料的厚度；λ是所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

對(duì)于一個(gè)間隔條，若計(jì)算結(jié)果小于或等于0.007 W/K，則稱之為暖邊系統(tǒng)；若計(jì)算結(jié)果大于0.007W/K，則定義為冷邊系統(tǒng)。

由此我們可以對(duì)間隔條進(jìn)行定量判定。例如：根據(jù)ISO 10077，材料的導(dǎo)熱率如下：聚丙烯為0.22 W/(m·K)，不銹鋼為17.0 W/(m·K)，鋁為160.0W/(m·K)。將以上數(shù)據(jù)帶入公式得出，某間隔條的計(jì)算結(jié)果為0.002 W/K，小于0.007 W/K，因此定義為暖邊系統(tǒng)；鋁間隔條的計(jì)算結(jié)果是0.112 W/K，遠(yuǎn)大于0.007 W/K，所以定義為冷邊系統(tǒng)。

2、國(guó)內(nèi)暖邊間隔條相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

目前國(guó)內(nèi)出臺(tái)了暖邊間隔條相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，主要有JC/T 2453-2018《中空玻璃間隔條第3部分：暖邊間隔條》和HBZ/T 003-2016《暖邊間隔條》。

JC/T 2453-2018中給出了“溫差導(dǎo)熱值”的概念：由不同間隔條材料厚度與其導(dǎo)熱系數(shù)積d·λ的和值表示。

HBZ/T 003-2016中給出了“導(dǎo)熱因子”的概念：由間隔條材料厚度與導(dǎo)熱系數(shù)積d·λ的加權(quán)值表示。

3、暖邊技術(shù)的節(jié)能原理

一個(gè)完整外窗系統(tǒng)的傳熱系數(shù)，由玻璃，窗框以及中空玻璃邊緣線性傳熱系數(shù)三部分組成，見(jiàn)下圖。

整窗的傳熱系數(shù)計(jì)算式見(jiàn)公式2：

(公式2)

式中：

U_w—整窗的傳熱系數(shù)；

U_f—窗框的傳熱系數(shù)；

U_g—玻璃的傳熱系數(shù)；

A_w—整窗面積；

A_f—窗框面積；

A_g—玻璃面積；

L_f—間隔條的長(zhǎng)度；

Ψ—中空玻璃邊緣線性傳熱系數(shù)

公式中的Ψ值，即中空玻璃邊緣線性傳熱系數(shù)，描述的是通過(guò)中空玻璃邊緣的熱量損失率。

Ψ值越大，表示通過(guò)中空玻璃邊緣的熱量損失會(huì)增大；降低線傳熱系數(shù)Ψ值，可有效降低整窗的傳熱系數(shù)?？梢?jiàn)，一個(gè)相對(duì)較低的邊緣線性傳熱系數(shù)值對(duì)整窗的隔熱性能的提高是非常關(guān)鍵的。

Ψ值大小主要由所用間隔條的材質(zhì)來(lái)決定。選用低導(dǎo)熱系數(shù)材料是降低線傳熱系數(shù)Ψ值的重要方法，這就是暖邊間隔條比傳統(tǒng)鋁間隔條節(jié)能的原理。

4、暖邊技術(shù)對(duì)整窗傳熱系數(shù)影響研究

對(duì)某鋁合金型材節(jié)點(diǎn)，采用傳統(tǒng)鋁間隔條和暖邊間隔條進(jìn)行傳熱系數(shù)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下圖。

可以看出，該鋁合金窗框扇節(jié)點(diǎn)在采用暖邊間隔條后，相比傳統(tǒng)的鋁間隔條，整個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳熱系數(shù)從3.58降至3.12，降低0.46；按框窗比30%計(jì)算，可降低整窗傳熱系數(shù)約0.14。

門窗幕墻設(shè)計(jì)時(shí)，有人認(rèn)為，設(shè)計(jì)好門窗型材的U值和中空玻璃的U值，將二者按照面積加權(quán)計(jì)算，即可得到整窗的U值，這實(shí)際上是錯(cuò)誤的。

通過(guò)門窗U值的計(jì)算公式(公式2)可以看出，型材與玻璃接合部位的線性傳熱系數(shù)對(duì)整窗U值的影響需要考慮，計(jì)算結(jié)果也表明暖邊間隔條相比鋁間隔條對(duì)整窗的傳熱系數(shù)有明顯影響。

5、暖邊技術(shù)對(duì)中空玻璃抗結(jié)露性能影響研究

某中空玻璃，采用鋁間隔條和暖邊間隔條進(jìn)行熱工計(jì)算，以5+16A+5Low-E玻璃配置為例，在室外側(cè)空氣溫度為-20℃，室內(nèi)側(cè)空氣溫度為20℃的標(biāo)準(zhǔn)條件下，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下圖。

可以看出，暖邊間隔條中空玻璃邊部溫度為0.6℃，而鋁間隔條中空玻璃邊緣溫度為-4.5℃，即暖邊間隔條中空玻璃邊部溫度比鋁間隔條高約5℃。

在保證不結(jié)露的前提下，冬季北方室內(nèi)的空氣溫度保持16℃不變，室內(nèi)相對(duì)濕度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下圖。

可以看出，在室內(nèi)空氣溫度為16℃時(shí)，室內(nèi)相對(duì)濕度可由23.07%增加到35.12%而不會(huì)結(jié)露。在室內(nèi)居住舒適度得到了顯著提高的同時(shí)，降低了窗戶室內(nèi)表面結(jié)露的可能性，減輕了室內(nèi)裝修面的污染和墻體發(fā)霉的情況，有效改善了室內(nèi)環(huán)境。

6、暖邊技術(shù)對(duì)玻璃熱應(yīng)力的影響研究

鋼化玻璃自爆，鍍膜、中空玻璃熱應(yīng)力炸裂是國(guó)內(nèi)門窗幕墻玻璃應(yīng)用過(guò)程中主要安全隱患，除玻璃本體的硫化鎳雜質(zhì)、裂紋等缺陷外，溫差引起的應(yīng)力變化是玻璃破裂的重要誘因。

玻璃熱應(yīng)力按JGJ 113公式計(jì)算：

σ_h=0.74Eαμ₁μ₂μ₃μ₄(T_c-T_s) (公式3)

式中：

σ_h——玻璃端面應(yīng)力，N/mm²；

E——玻璃彈性模量，按0.72×10⁵N/mm²取值；

α——玻璃線膨脹系數(shù)，按10^-5/℃取值；

μ₁——陰影系數(shù)；

μ₂——窗簾系數(shù)；

μ₃——玻璃面積系數(shù)；

μ₄——邊緣溫度系數(shù)；

T_c——玻璃中部溫度；

T_s——玻璃邊緣溫度。

為簡(jiǎn)化計(jì)算，陰影系數(shù)、窗簾系數(shù)、玻璃面積系數(shù)和邊緣溫度系數(shù)均取1.0，玻璃玻璃邊緣溫度差值(T_s1-T_s2)取為5℃，則應(yīng)力差值為：

Δσ_h=0.74Eαμ₁μ₂μ₃μ₄(T_s1-T_s2)=0.74×0.72×10⁵×10^-5×1.0×5=2.66 N/mm²

與鋁間隔條相比，暖邊間隔條提高玻璃邊緣溫度5℃時(shí)，玻璃應(yīng)力減少2.66 N/mm²，可降低玻璃使用過(guò)程中溫差應(yīng)力引起玻璃自爆和熱應(yīng)力炸裂的可能性。

7、結(jié)論

綜上所述，與鋁間隔條相比，研究結(jié)論如下：

(1) 暖邊技術(shù)可降低整窗的傳熱系數(shù)，是改善整窗熱工性能的有效途徑；

(2) 暖邊技術(shù)可大大提高中空玻璃的邊緣溫度，提高中空玻璃的抗結(jié)露性能；

(3) 暖邊技術(shù)可有效降低玻璃在使用過(guò)程中溫差應(yīng)力引起的玻璃自爆和熱應(yīng)力炸裂的可能性。

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作者簡(jiǎn)介

萬(wàn)成龍

中國(guó)建研院建研科技工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)院幕墻門窗低碳研究中心高級(jí)工程師，首屆建筑幕墻行業(yè)杰出青年；作為技術(shù)骨干參與國(guó)家“十一五”至“十三五”等10余項(xiàng)省部級(jí)重大科研項(xiàng)目，20余項(xiàng)國(guó)家、行業(yè)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制，30余項(xiàng)幕墻門窗工程咨詢鑒定，40余篇公開(kāi)發(fā)表的研究論文；榮獲華夏建設(shè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)等省部級(jí)和一級(jí)學(xué)協(xié)會(huì)獎(jiǎng)勵(lì)7項(xiàng)。

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