铝包木窗在工程实践中的应用

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1 工程案例简介
　　1.1 项目地理气候
　　本工程为加拿大轻型木结构一层木屋，项目位于四川省甘孜州，该地区属于高山寒温带气候，按《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计气候子区》划分，该项目属于寒冷（B）区。该地区年平均气温5.6℃，最高气温31.7℃，最低气温极值-28.9℃，日均温度≤5℃的月数在7～8个月。日温差大，最大日温差可达30℃。一年中冬季长达9个月，夏季只有3个月。每年夏季雨量充沛，气候较为湿润。日照丰富，太阳辐射强烈。
　　1.2 当地建筑节能对整窗传热系数K值要求
　　根据《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010的有关规定，外窗传热系数限值K≤2.5[W/（m2·K）]。
　　由于地域的气候特点以及项目的使用的特殊性，业主对门窗的保温性能要求较高，要求窗户整体传热系数K值≤1.0[W/（m2·K）]。
　　2 窗户方案比选
　　2.1 整窗传热系数
　　根据北美ASHRAE 计算方法[1]，整樘窗的传热系数Ut采用下式计算：
　　式中：Ut-整樘窗的传热系数[W/（m2·K）]；Ag-窗玻璃（或者其他镶嵌板）面积（m2）；Af-窗框面积（m2）；At-整樘窗面积（m2）；λψ-玻璃区域（或者其他镶嵌板区域）的边缘长度（m）；Ug-窗玻璃（或者其他镶嵌板）的传热系数[W/（m2·K）]；Uf-窗框的传热系数[W/（m2·K）]；ψ-窗框和窗玻璃（或者其他镶嵌板）之间的线传热系数[W/（m·K）]。
　　由公式可知，要降低整樘窗户的传热系数，主要是从降低玻璃和窗框的传热系数着手。
　　2.2 方案比选
　　根据当地及国内其他寒冷地区普遍的中空节能玻璃窗户配置情况[2]，可供备选的方案有两种：（1）断桥隔热型铝合金窗；（2）铝包木窗。
　　2.2.1 窗框型材传热系数对比（表1）
　　2.2.2 典型玻璃热工性能参考值（表2）
　　2.2.3 同等玻璃配置下整窗传热系数对比（表3）
　　2.3 比选结果
　　通过上述比较可知，由于断桥隔热型铝合金窗窗框的传热系数比铝包木窗的窗框传热系数大很多，按照一般配置的中空节能玻璃，无法满足整窗传热系数Ut≤1.0[W/（m2·K）]的要求，而采用铝包木窗配置中空节能玻璃可以实现这个目标。
　　3 工程模拟计算结果
　　3.1 窗节点CAD设计图（见图1）
　　3.2 玻璃传热系数WINDOW软件模拟计算结果截频（见图2）
　　玻璃配置：5Low-E+12氩气+5T+0.2V+5T+12氩气+5Low-E
　　Ug=0.733[W/（m2·K）]
　　3.3 铝包木窗窗框传热系数THERM7.4软件模拟计算结果截频
　　3.3.1 Uf1=1.3360[W/（m2·K）]（见图3）
　　3.3.2 Uf2=1.5022[W/（m2·K）]（见图4）
　　3.3.3 Uf3=1.2643[W/（m2·K）]（见图5）
　　图5
　　3.3.4 UfA=1.3031[W/（m2·K）]（见图6）
　　3.3.5 UfB=1.4875[W/（m2·K）]（見图7）
　　3.4 铝包木窗整窗传热系数
　　=（2.58×0.733+1.27×0.733+0.476×1.336+0.4503×1.5022+0.3783×1.2643+0.2845×1.3031+0.2845×1.4875）/（2.58+1.27+0.3783+0.2845+0.476+0.2845+0.4503）=0.944<1.0[W/（m2·K）]
　　3.5 同等玻璃配置条件下断桥铝合金窗整窗传热系数
　　=[（2.58+1.27）×0.733+（0.476+0.4503+0.3783+0.2845+0.2845）×3.72]/（2.58+1.27+0.3783+0.2845+0.476+0.2845+0.4503）=1.711>1.0[W/（m2·K）]
　由上可知，采用铝包木窗整窗传热系数模拟计算的结果满足业主的要求，而同样配置的玻璃条件下断桥隔热型铝合金窗不能满足要求。
　　4 铝包木窗对比断桥铝合金窗的优点
　　4.1 同等玻璃配置条件下铝包木窗节能性能更高
　　理论上断桥隔热型铝合金窗通过提高鋁合金型材的保温性能（如增加保温隔热条厚度或者增加腔体填充物），如本工程采用断桥隔热型铝合金要满足整窗传热系数Ut≤1.0[W/（m2·K）]的要求，断桥铝合金窗框型材的传热系数就要小于1.55[W/（m2·K）]，但是以目前的工艺水平，断桥铝合金窗框的隔热系数要达到这个标准非常困难。而如果采用提高玻璃配置的方法来提高整窗传热系数，比如增加玻璃腔体数量和玻璃层数[3]，势必要加大窗框型材的宽度，这样必然要增加窗户的制造成本。而同样玻璃配置条件下，由于铝包木窗窗框传热系数低，因此整窗传热系数比断桥隔热性铝合金窗低，节能性能更好，制造成本更低。
　　4.2 铝包木窗在隔音性能、抗风压性能方面的优点
　　由于铝包木窗的框体是采用实木型材，断桥铝合金采用的是薄壁腔体结构，因此铝包木窗在型材密度上要大，所以隔音效果和抗风压性能都比断桥铝合金窗好。
　　4.3 铝包木窗外观美观舒适度高
　　铝包木窗内侧采用高级木材，既保持了木材天然的纹理，还可以根据不同的需求喷涂各种颜色的油漆，具有很好的观赏性和装饰性。而且木材的导热系数低，人体触感好，比断桥隔热型铝合金更为舒适。
　　5 结束语
　　在我国南方或者对保温性能要求不是很高的北方部分地区，既可以选择铝包木窗，也可以选择断桥隔热型铝合金窗。但是在寒冷和极寒等对保温性能要求较高的地区，铝包木窗更能胜任节能门窗。
　　同等玻璃配置条件下，铝包木窗在保温性能上优于断桥隔热型铝合金窗，在寒冷和极寒等对保温性能要求较高地区应优选铝包木窗。而铝包木窗卓越的综合性能，使其在节能门窗工程领域具有广阔的应用前景。
　　参考文献：
　　[1]陈杰申，瑞霞.隔热型材等温线分布和传热系数研究[J].门窗，2011（5）：46-51.
　　[2]杨旭明，郑新德，刘艳梅.川西部民族地区建筑设计节能防寒技术研究[J].西南民族大学学报·自然科学版：2010，36（6）：1068-1071.
　　[3]郭晓波.节能门窗的发展方向和重要性[J].江西建材，2017（4）：
　　75，79.
　　[4]刘振全，王美玲.谈门窗节能在建筑节能中的重要作用[J].科技创新与应用，2014（18）：212.