中空玻璃暖边技术在节能门窗中的应用研究

一、中空玻璃暖边技术概述

1、暖边技术的定义

对于暖边技术的定义，较早的一种说法是：任何一种间隔条只要其热传导系数低于铝金属的导热系数，就可以称为暖边系统。这种说法在一定程度上反映了暖边间隔条的特点，但不够严格明确。

对暖边系统给出了明确而权威定义的是德国标准DINV 4108-4:2002-02，见公式1：

Σ (d×λ) = d1×λ1 + d2×λ2+....+dn×λn≤0.007W/K（公式1）

其中：d为所用材料的厚度，（欢迎您关注《门窗》杂志微信公众账号mc-306）λ值是所用材料的导热率。

对一个间隔条来说，若公式(1)成立，即计算结果小于或等于0.007W/K，则称之为暖边系统；若公式(1)不成立，即计算结果大于0.007W/K，则定义为冷边系统。这个定义已被欧洲标准和ISO标准采用。

根据这个定义，可以对间隔条进行定量的判定。例如：根据EN10077，材料的导热率如下：聚丙烯为0.22W/(m·K)，不锈钢为17.0W/(m·K)，铝为160.0W/(m·K)。将以上数据带入公式得出，某间隔条的计算结果为0.002W/K，小于0.007W/K，因此定义为暖边系统；铝间隔条的计算结果是0.112W/K，远大于0.007W/K，所以定义为冷边系统。

2、暖边技术的节能原理

一个完整外窗系统的传热系数，由玻璃，窗框以及中空玻璃边缘线性传热系数三部分组成，见图1。

图1 整窗传热原理示意

整窗的传热系数计算式见公式2：

式中：Uw—整窗的传热系数；Uf—窗框的传热系数；Ug—玻璃的传热系数；Aw—整窗面积；Af—窗框面积；（欢迎您关注《门窗》杂志微信公众账号mc-306）Ag—玻璃面积；Lf—间隔条的长度；Ψ—中空玻璃边缘线性传热系数。

公式中的Ψ值，即中空玻璃边缘线性传热系数，描述的是通过中空玻璃边缘的热量损失率。Ψ值越大，表示通过中空玻璃边缘的热量损失会增大；降低线传热系数Ψ值，可有效降低整窗的传热系数。可见，一个相对较低的边缘线性传热系数值对整窗的隔热性能的提高是非常关键的。

Ψ值的大小主要由所用间隔条的材质来决定。选用合理的线传热系数较低的间隔条是降低线传热系数Ψ值的重要方法，这就是暖边间隔条比传统铝间隔条节能的原理。

二、暖边技术对中空玻璃性能影响研究

以目前市场上广泛使用的TGI间隔条为例，利用建筑门窗玻璃幕墙热工计算软件对暖边中空玻璃的性能分析研究，分三个方面：（1）暖边技术对整窗传热系数U值的影响研究；（2）暖边技术对中空玻璃抗结露性能影响研究；（3）暖边技术对玻璃热应力影响研究。

1、暖边技术对整窗传热系数影响研究

对某铝合金型材节点，采用传统铝间隔条和暖边间隔条进行传热系数计算，计算结果见图2。

图2 不同间隔条框扇节点传热系数计算结果

从图2可以看出，该铝合金窗框扇节点在采用暖边间隔条后，相比传统的铝间隔条，整个节点的传热系数从3.58W/(m2·K)降至3.12W/(m2·K)，降低0.46W/(m2·K)；按框窗比30%计算，可降低整窗传热系数约0.14W/(m2·K)。

门窗幕墙设计时，有人认为，（欢迎您关注《门窗》杂志微信公众账号mc-306）设计好门窗型材的U值和中空玻璃的U值，将二者按照面积加权计算，即可得到整窗的U值，这实际上是错误的。通过门窗U值的计算公式（公式2）可以看出，型材与玻璃接合部位的线性传热系数对整窗U值的影响需要考虑，图2的计算结果也表明暖边间隔条相比铝间隔条对整窗的传热系数有明显影响。

2、暖边技术对中空玻璃抗结露性能影响研究

某中空玻璃，采用铝间隔条和暖边间隔条进行热工计算，以5+16A+5Low-E玻璃配置为例，在室外侧空气温度为-20℃，室内侧空气温度为20℃的标准条件下，计算结果见图3。

图3 暖边间隔条与铝间隔条中空玻璃室内侧温度计算结果

图3可以看出，暖边间隔条的中空玻璃边部温度为0.6℃，而铝间隔条中空玻璃边缘温度为-4.5℃，即暖边间隔条中空玻璃边部温度比铝间隔条中空玻璃边部温度高约5℃。在保证不结露的前提下，冬季北方室内的空气温度保持16℃不变，室内相对湿度计算结果见图4。

图4 不同露点条件下室内相对湿度计算

图4可以看出，在室内空气温度为16℃时，室内相对湿度可由23.07%增加到35.12%而不会结露。在室内居住舒适度得到了显著提高的同时，降低了窗户室内表面结露的可能性，减轻了室内装修面的污染和墙体发霉的情况，有效改善了室内环境。

3、暖边技术对玻璃热应力的影响研究

钢化玻璃自爆，镀膜、中空玻璃热应力炸裂是国内门窗幕墙玻璃应用过程中主要安全隐患，除玻璃本体的硫化镍杂质、裂纹等缺陷外，温差引起的应力变化是玻璃破裂的重要诱因。（欢迎您关注《门窗》杂志微信公众账号mc-306）以图3计算结果为例，按JGJ113-2009中公式计算玻璃应力，公式为：

σh=0.74Eα μ1 μ2 μ3 μ4（Tc-Ts）（公式3）

式中：σh——玻璃端面应力，N/mm2；

E——玻璃弹性模量，按0.72×105N/mm2取值；

α——玻璃线膨胀系数，按10-5/℃取值；

μ1——阴影系数；

μ2——窗帘系数；

μ3——玻璃面积系数；

μ4——边缘温度系数；

Tc——玻璃中部温度；

Ts——玻璃边缘温度。

为简化计算，阴影系数、窗帘系数、玻璃面积系数和边缘温度系数均取1.0，玻璃玻璃边缘温度差值（Ts1-Ts2）取为5℃，则应力差值为：Δσh=0.74Eαμ1μ2μ3μ4（Ts1-Ts2）=0.74×0.72×105N/mm2×10-5/℃×1.0×5℃=2.66N/mm2

即，暖边间隔条与铝间隔条相比，玻璃边缘温度提高5℃时，玻璃应力可减少2.66

N/mm2，可降低玻璃在使用过程中温差应力引起的玻璃自爆和热应力炸裂的可能性。

三、暖边中空玻璃工程应用研究

作为中空玻璃的重要组成部分，暖边技术在玻璃幕墙中应符合《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003[6]的规定。《规范》第3.4.1条明确规定：玻璃幕墙采用中空玻璃时，除应符合现行国家标准《中空玻璃》（GB/T11944）的有关规定外，还应符合下列要求：1、中空玻璃气体层厚度不应小于9mm；（欢迎您关注《门窗》杂志微信公众账号mc-306）2、中空玻璃应采用双道密封。一道密封应采用丁基热熔密封胶。隐框、半隐框及点支承玻璃幕墙用中空玻璃的二道密封胶应采用硅酮密封胶；明框玻璃幕墙用中空玻璃的二道密封胶宜采用聚硫类中空玻璃密封胶，也可采用硅酮密封胶。二道密封应采用专用打胶机进行混合、打胶。3、中空玻璃的间隔铝框可采用连续折弯型或插脚型，不得使用热熔型间隔胶条。间隔铝框中的干燥剂宜采用专用设备装填。因此，热熔丁基类暖边中空玻璃产品因不符合二道密封要求无法应用于建筑幕墙上，因而多数应用在居住建筑上。而采用双道密封构造的间隔条（如TGI间隔条）符合《规范》规定，可应用在居住建筑的门窗和公共建筑的大面积玻璃幕墙中。

四、结论

综述，与铝间隔条相比，研究结论如下：

1、暖边技术可降低整窗的传热系数，是改善整窗热工性能的有效途径；2、暖边技术可大大提高中空玻璃的边缘温度，提高中空玻璃的抗结露性能；3、暖边技术可有效降低玻璃在使用过程中温差应力引起的玻璃自爆和热应力炸裂的可能性；4、双道密封构造的暖边间隔条可应用于居住建筑门窗和公建的玻璃幕墙中，热熔丁基类暖边间隔条应用受到规范的一定限制。

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