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门窗保温与隔热的区别

2023-02-10 来源:门窗之家责任编辑:断桥铝门窗 浏览数:7 门窗网

核心提示:什么是保温,什么是隔热?保的什么温,隔的什么热?本期聊聊这个话题。不妥之处敬请指正!— 1 —保温vs隔热保温vs隔热是门窗幕墙行业耳熟能详的两个词:比如门窗保温性能,隔热铝合金窗等等。那么什么是保温,什么是隔热呢?GB/T 8478-2020《铝合金门窗》中给出了门窗保温性能和隔热性能的定义。门窗保温性能:门窗在冬季阻止热量从室内高温侧向室外低温侧传递的能力,用传热系数K表征。门窗隔热性能:门窗在夏季阻隔太阳辐射得热的能力,用太阳得热系数SHGC(太阳能总透射比g)表征。(注:门窗夏季隔热还包括阻止室外

门窗保温与隔热的区别

什么是保温,什么是隔热?保的什么温,隔的什么热?本期聊聊这个话题。
不妥之处敬请指正!— 1 —保温vs隔热保温vs隔热是门窗幕墙行业耳熟能详的两个词:比如门窗保温性能,隔热铝合金窗等等。
那么什么是保温,什么是隔热呢?GB/T 8478-2020《铝合金门窗》中给出了门窗保温性能和隔热性能的定义。
门窗保温性能:门窗在冬季阻止热量从室内高温侧向室外低温侧传递的能力,用传热系数K表征。
门窗隔热性能:门窗在夏季阻隔太阳辐射得热的能力,用太阳得热系数SHGC(太阳能总透射比g)表征。
(注:门窗夏季隔热还包括阻止室外高温产生的温差得热部分,但因其温差得热远小于太阳辐射得热,故门窗隔热性能主要以太阳得热系数表征。
)常遇到保温、隔热概念分不清楚的情况,如把保温性能说成隔热性能、保温隔热性能等。
那么保温和隔热到底有什么区别,保的什么温,隔的什么热呢?— 2 —保的什么温,隔的什么热?说起保温和隔热的本质区别,就要从热辐射说起了。
大家知道,凡是高于绝对零度(-273℃)的物体都在以波的形式向外辐射热量,辐射波长与温度有关。
冬季,室内物体辐射主要由暖气、人体、家用电器等产生,温度相对较低,辐射热量波段范围较长,约为4.5-50um;除了辐射外,还有空气对流传递的热量。
夏季,室内得热量主要是太阳照射能量,由于太阳自身温度极高,辐射热量波段集中在300-2500nm范围的紫外线、可见光和近红外光波段上。
保温,是在冬季阻止热量从室内高温侧向室外低温侧传递,阻挡的是4.5-50um长波辐射热量和室内空气对流传热量。
隔热,是夏季阻隔太阳辐射得热的能力,主要阻挡的是太阳光300-2500nm波段的辐射。
这就是保温和隔热的本质区别。
— 3 —门窗如何保温?说起门窗保温,先要了解冬季门窗热传递过程。
室内热量通过对流和辐射传递给门窗内表面。
室内物体温度相对较低,辐射波长范围约为4.5-50um,玻璃对这个波段辐射完全阻挡,室内热量无法通过玻璃直接辐射到室外。
那么,室内热量是如何到室外的呢?室内热量需要先经过辐射和对流方式传递给门窗内表面,门窗框和玻璃一般为薄壁多腔构造,内表面热量以导热方式传递给空腔内侧表面,再通过对流和辐射方式传递给空腔外侧表面,然后以导热方式传递给门窗外表面,最后以对流和辐射方式传递给室外环境空间。
以目前最常用的Low-E玻璃为例,它是如何保温的呢?Low-E玻璃的E就是"辐射率"英文"Emissivity"的首字母,膜层表面辐射率可以低至0.15-0.25(在线)和0.02-0.15(离线),而普通玻璃表面辐射率为0.84。
Low-E玻璃的辐射率直接决定了中空玻璃K值,这是因为辐射率反映的是4.5-50 um的传热特性。
在普通中空玻璃中,空腔传热为对流和辐射形式,其中辐射换热约占60%,如果将其中一片更换为Low-E玻璃(膜层朝向空腔),假定辐射率为0.02,则辐射传热所占比例下降至5%以内,大大降低了辐射传热强度。
这就是Low-E玻璃的保温原理。
窗框保温原理类似,一般通过低导热系数材料、多腔体构造、断桥隔热等方式来阻挡室内热量传递。
— 4 —门窗如何隔热?说起门窗隔热,要区分下透光的玻璃和不透光的窗框。
玻璃是透光围护构件,太阳辐射可直接透过玻璃进入室内。
玻璃在太阳光波段的透过特性决定了其隔热性能。
普通玻璃、Low-E玻璃(单银、双银、三银)典型的太阳光谱透过特性见下图。
可以看出,Low-E玻璃在300-2500nm,尤其在780-2500nm波段透过率较低,其中三银Low-E玻璃效果最为明显,可大大降低中空玻璃太阳得热系数SHGC(或太阳能总透射比g)。
另外就是窗框。
窗框属于轻质薄壁构件,几乎无热惰性。
窗框太阳得热系数SHGC(太阳能总透射比gf)可由下式得到:式中:hout——室外表面换热系数,W/(m2·K);αf——框表面太阳辐射吸收系数;Uf——框的传热系数,W/(m2·K);Asurf——框的外表面面积,m2;Af——框投影面积,m2。
可见,窗框太阳得热系数SHGC(太阳能总透射比gf)与框传热系数Uf密切相关,保温性能好(Uf低时)时窗框隔热性能也好(SHGC/gf也低)。
窗框属于不透光构件,外表面吸收太阳辐射后温度升高,再向室内侧传递。
建筑热环境中用概念"室外综合温度"来反映室外气温和太阳辐射热作用所产生的当量温度,以tsa表示:式中:tsa——室外综合温度,℃;te——室外空气温度,℃;ρs——外表面太阳辐射吸收系数;I——太阳辐射照度,W/m2;αe——外表面换热系数,W/(m2·K)。
一般来讲,室外侧综合温度可达到60-70℃,下面夏季计算时假定外表面综合温度为70℃。
以相同尺寸和表面处理方式的断桥和非断桥铝合金型材为例,假定除框传热系数Uf外其他参数相同,有限元模拟见下图。
夏季时,室内侧表面温度模拟结果见下图。
取αf=0.7,Asurf/Af=1.1,hout=20,结果如下。
可见,与普通铝合金窗框相比,隔热铝合金窗框可有效降低太阳得热系数,减少进入室内热量,降低室内表面温度,既节能又可改善室内舒适度。
值得一提的是,"隔热铝合金窗"目前主要应用为冬季保温,而非夏季"隔热",因此有专家提出其中"隔热"二字并不合理,"断桥"二字更为确切。
笔者对此深表赞同!— 5 —结论什么是保温?什么是隔热?保温是门窗在冬季阻止热量从室内高温侧向室外低温侧传递的能力,隔热是门窗在夏季阻隔太阳辐射得热的能力。
更确切地讲,保温阻挡的是4.5-50um长波辐射热量和室内空气对流传热量,隔热主要阻挡的是太阳光300-2500nm波段的辐射。
Low-E玻璃辐射率决定中空玻璃保温性能,太阳光谱范围即300-2500nm波段透过特性决定中空玻璃隔热性能。
窗框通过低导热系数材料、多腔体构造、断桥隔热等方式来阻挡室内热量传递。
窗框太阳得热系数SHGC与框传热系数Uf密切相关,保温性能好的窗框隔热性能也好。
以铝合金窗框为例,与普通铝合金窗框相比,隔热铝合金窗框可有效降低窗框太阳得热系数,在减少进入室内热量的同时降低室内表面温度,既节能又可改善室内舒适度。
作者 | 万成龙 刘雨薇审阅 | 刘 军(泰诺风集团亚太区总工)参考文献:[1]张喆民,苑静,黄达泉.建筑玻璃光学检测技术及应用[M].北京:中国建材工业出版社,2019[2]许武毅.Low-E节能玻璃应用技术问答[M].北京:中国建材工业出版社,2016[3]叶歆.建筑热环境[M].北京:清华大学出版社,1996[4]JGJ/T 151-2008.建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程[S][5]GB/T 8478-2020.铝合金门窗[S]

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