什么影响了隔热性能铝型材壁厚变化对门窗

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01月

新年伊始,雪飘大地,白茫茫。

瑞兆丰年,万物待放,新希望。

围炉烤火,齐聚一堂,话门窗。

——泰叔

2月1号是啥日子知道不?和咱们门窗人息息相关——国标GB/T-铝合金门窗将在那天正式实施。版标准将替代一直以来使用的版本,新版本中,对于外门窗用主型材壁厚的要求与版本相比有所提高。

版本

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正好,最近经常有客户问,型材壁厚增加之后会对门窗的隔热性能造成什么样的影响。今天我们就以外窗为例,探讨铝材壁厚根据新国标做出调整后,在隔热性能上会有何差异。本次对比选取的产品为配置24mm隔热条的60系列产品、配置34mm隔热条的70系列产品,以及配置44mm隔热条的80系列产品。

60系列(24mm隔热条)

铝材壁厚:1.4mmUf=2.W/m2K

铝材壁厚:1.8mmUf=2.W/m2K

铝材壁厚为1.4mm的产品设计与铝材壁厚为1.8mm的产品设计在型材外轮廓尺寸上没有任何差异。铝材壁厚由1.4mm升至1.8mm后,框扇组合Uf值由2.W/m2K升至2.W/m2K。仅有0.W/m2K的变化。体现在整窗上的整窗U值变化应不足0.W/m2K,基本可以忽略。

70系列(34mm隔热条)

铝材壁厚:1.4mmUf=1.W/m2K

铝材壁厚:1.8mmUf=1.W/m2K

铝材壁厚由1.4mm升至1.8mm后,框扇组合Uf值由1.W/m2K升至1.W/m2K,仅有0.W/m2K的变化。此变化为60系列产品的1/3。数据看到这,我们暂且推断,隔热条越宽,调整铝材壁厚对于Uf值的影响越小。

80系列(44mm隔热条)

铝材壁厚:1.4mmUf=1.W/m2K

铝材壁厚:1.8mmUf=1.W/m2K

铝材壁厚由1.4mm升至1.8mm后,框扇组合Uf值由1.W/m2K升至1.W/m2K,变化0.W/m2K,与70系列产品一致。那我们在之前70系列产品数据分析时推断的“隔热条越宽,调整铝材壁厚对于Uf值的影响越小”的推论是否成立呢?别急,再看另一组数据。

实心铝型材模拟

60系列Uf=2.W/m2K

70系列Uf=1.W/m2K

80系列Uf=1.W/m2K

本组模拟中,我们将所有复合型材的室内外侧单体型材都设计为实心结构,这种设计可视为将铝材壁厚增大至极限的结果。我们发现,对于60系列产品,型材壁厚从1.8mm改为实心设计后,框扇组合Uf值由2.W/m2K升至2.W/m2K,变化0.W/m2K;70系列产品,型材壁厚从1.8mm改为实心设计后,框扇组合Uf值由1.W/m2K升至1.W/m2K,变化0.W/m2K;而80系列产品,型材壁厚从1.8mm改为实心设计后,框扇组合Uf值由1.W/m2K升至1.W/m2K,变化0.W/m2K。

第一,我们证实了之前的推论,“隔热条越宽,调整铝材壁厚对于Uf值的影响越小”。第二,即使铝型材改为实心设计,调整之后的框扇组合Uf值相比1.4mm壁厚的Uf值变化依然微乎其微,基本都是小数点后第三位的差异,而这种差异体现在整窗上,在实际应用中完全可以忽略。

结论我们看到了,有些朋友可能会不解,咱们再从理论上解释解释。众所周知,我们常说的门窗传热系数U值是与热阻R值成反比的。所以首先我们将框扇组合简化为下图所示的几部分热阻串联的模型。

R总=Rout+Ral-out+RTB+Ral-in+Rin

为什么铝材壁厚调整几乎不影响隔热型材的隔热性能?

在之前的对比中,Rout和Rin都是不变的,因此我们只考虑Ral-out、RTB和Ral-in。在隔热型材的模型中,受材料本身物理性质影响,隔热条部分的等效热阻会远高于铝材部分等效热阻,也就是说RTB的数值会远大于Ral-in和Ral-out的数值,且根本不在一个数量级。对于R总的贡献,RTB要远大于Ral-in和Ral-out。而调整铝材壁厚只能对Ral-in和Ral-out在其数量级内造成有限影响。而这种影响,是无法使R总产生明显波动的。因此,调整铝材壁厚,几乎不影响隔热型材的隔热性能。

为什么隔热条越宽,调整铝材壁厚对于隔热型材的隔热性能影响越小?

接着上面针对第一个问题的解释,既然RTB对于R总的贡献远大于Ral-in和Ral-out,那么一定是RTB越大,会使Ral-in和Ral-out看起来越渺小。而隔热条越宽,隔热条部分的等效热阻会越大,也就是模型中的RTB越大。因此,隔热条越宽,调整铝材壁厚对于Uf值的影响越小。

上面这段理论分析可能有点绕,我打个比方,大家就都能理解了。我们可以将热流理解为公路上的车流,传递热量的铝材和隔热条则是供车辆通行的公路。由于铝材导热能力较强,因此将其类比为较宽的公路,而隔热条导热能力差,从而将其类比为较窄的公路。而隔热型材就好比先宽后窄再宽的公路,最终的车流量由最窄的部位决定,所以无论将本来已经很宽的路面加得多宽,对于最终车流量都不会造成任何影响。而隔热型材的隔热性能更大程度上取决于隔热条,因此调整铝材壁厚对隔热型材的隔热性能不会造成明显影响。

原始状态

将本已很宽的路面加宽,最终车流不变

将原本很窄的路面变得更窄,最终车流才会产生变化

综上,泰叔想告诉大家的就是,国家标准对门窗用铝合金型材壁厚进行约束,可有效保证门窗产品的安全和使用等性能,但如果是为了满足新版《铝合金门窗》标准,而仅通过对铝材部分壁厚进行调整的方式升级产品,那对新产品的的隔热性能几乎没有影响的。

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