054 技術(shù)交流
塑料門(mén)窗 2023 年第 81 期
門(mén)窗保溫性能測(cè)試過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)板標(biāo)定和門(mén)窗試件測(cè)試中
基于熱箱側(cè)表面溫度的傳熱系數(shù)測(cè)算方法,與傳統(tǒng)的基
于熱功率方法的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,基于
熱箱側(cè)表面平均溫度的測(cè)算方法為門(mén)窗保溫性能的測(cè)試
提供了一種校驗(yàn)方法和一種新的測(cè)試思路。
1 基本原理
當(dāng)兩側(cè)溫度和換熱條件一定時(shí),試件的內(nèi)表面溫度
與傳熱系數(shù)的關(guān)系可見(jiàn)公式(1)[5]。
(1)
式中:
hi——試件熱箱側(cè)表面換熱系數(shù),W/(m2
·K);
tin——熱箱空氣溫度,℃;
θin——試件熱箱側(cè)表面平均溫度,℃;
tout——冷箱空氣溫度,℃。
公式(1)可知,玻璃或窗框試件傳熱系數(shù)可由冷熱
箱空氣溫度、熱箱側(cè)表面平均溫度和熱箱側(cè)表面換熱系
數(shù)計(jì)算得到。熱箱側(cè)內(nèi)表面換熱系數(shù)可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)板多次
標(biāo)定測(cè)試得到或者取理論值,理論值一般取為 8W/(m2
·K)
[6]。表面換熱系數(shù)取理論值時(shí)與實(shí)際工況有一定差異,
會(huì)導(dǎo)致結(jié)果存在一定誤差。
門(mén)窗整體的傳熱系數(shù) K 值可通過(guò)公式(2)計(jì)算得到
[6]。
(2)
式中:
Kg——玻璃傳熱系數(shù),W/(m2
·K);
Ag——玻璃面積,m2
;
Kf——框的傳熱系數(shù),W/(m2
·K);
Af——框面積,m2
;
Ψ——框和玻璃之間的線(xiàn)傳熱系數(shù),W/(m·K);
lΨ——玻璃邊緣長(zhǎng)度,m;
At——整窗面積,m2
。
公式(2)可知,門(mén)窗傳熱系數(shù)測(cè)試時(shí)需要得到以下
參數(shù):整窗面積 At、玻璃面積 Ag、窗框面積 Af、玻璃邊
緣長(zhǎng)度 lΨ;玻璃傳熱系數(shù) Kg 值、框的傳熱系數(shù) Kf 值和
線(xiàn)傳熱系數(shù) Ψ。面積和長(zhǎng)度參數(shù)可測(cè)量幾何參數(shù)得到。
框和玻璃之間的線(xiàn)傳熱系數(shù) Ψ 值目前還無(wú)法測(cè)量,
可采用門(mén)窗熱工模擬軟件的計(jì)算結(jié)果。采用暖邊間隔條
的普通中空玻璃線(xiàn)傳熱系數(shù)可取為 0.05W/(m·K),采
用鋁間隔條時(shí)線(xiàn)傳熱系數(shù)可取 0.07W/(m·K)[5]。
2 標(biāo)準(zhǔn)板標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果與分析
門(mén)窗保溫性能標(biāo)定試驗(yàn)是通過(guò)采用已知傳熱系數(shù)的
標(biāo)準(zhǔn)板在不同溫度條件下的傳熱量,聯(lián)合求解熱箱壁熱
流系數(shù) M1 和試件框熱流系數(shù) M2 的過(guò)程 [2]。
本次標(biāo)定試驗(yàn)采用了符合 ISO 12567-1《窗和門(mén)的
熱工性能 - 熱箱法測(cè)定傳熱系數(shù) - 第一部分:窗和門(mén)》
要求的材料制作,分別為 20mm 和 60mm 兩塊,由玻璃和
EPS 板組成。20mm 厚的標(biāo)準(zhǔn)板由 12mm 的芯層材料和均為
4mm 的玻璃面層組成,60mm 厚的標(biāo)準(zhǔn)板由 52mm 的芯層
材料和均為 4mm 的玻璃面層組成。芯層材料為密度為 28
kg/m3
、導(dǎo)熱系數(shù)為 0.03W/(m·K)的發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)
板 [3]。
在標(biāo)定試驗(yàn)過(guò)程中,標(biāo)準(zhǔn)板的傳熱系數(shù)一般通過(guò)平
板導(dǎo)熱儀按 GB/T10294-2008《防熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)
的測(cè)定 防護(hù)熱板法》測(cè)試得到 [7]。但同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)板的傳熱
系數(shù)也可通過(guò)理論計(jì)算、標(biāo)定熱箱法測(cè)試得到。理論計(jì)
算是采用傳熱學(xué)公式根據(jù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)、厚度和表面
換熱系數(shù)計(jì)算得到傳熱系數(shù) [4];標(biāo)定熱箱法是按照 GB/T
8484《建筑外門(mén)窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法》測(cè)試得到[2]。
按公式(1)采用基于熱箱側(cè)表面平均溫度的方法測(cè)
得標(biāo)準(zhǔn)板傳熱系數(shù),并將該結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果、平板
導(dǎo)熱儀法和標(biāo)定熱箱法測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了比較分析。
2.1 標(biāo)準(zhǔn)板傳熱系數(shù)測(cè)算
2.1.1 基于表面平均溫度法的測(cè)算
采用表面平均溫度法測(cè)試時(shí)需要測(cè)試?yán)錈嵯淇諝鉁?/p>
度、熱箱側(cè)表面平均溫度和熱箱側(cè)表面換熱系數(shù)。冷熱
箱空氣溫度、熱箱側(cè)表面平均溫度可以直接測(cè)試得到,
而熱箱側(cè)表面換熱系數(shù)需要通過(guò)標(biāo)定得到,可按 ISO
12567-1《窗和門(mén)的熱工性能 - 熱箱法測(cè)定傳熱系數(shù) - 第
一部分:窗和門(mén)》進(jìn)行。本次標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果表明,20mm
標(biāo)準(zhǔn)板熱箱側(cè)換熱系數(shù)為 6.10W/(m2
·K),60mm 標(biāo)準(zhǔn)板
熱箱側(cè)換熱系數(shù)為 8.22W/(m2
·K)。
標(biāo)準(zhǔn)板的傳熱系數(shù)可通過(guò)公式(1)按基于表面平均
溫度的方法測(cè)得,測(cè)算結(jié)果見(jiàn)表 1。
表 1 可知,用內(nèi)表面溫度法測(cè)算得到 20mm 和 60mm
標(biāo)準(zhǔn)板的傳熱系數(shù)分別為 1.70W/(m2
·K)和 0.52W/(m2
·K)。
2.1.2 理論計(jì)算