框与玻璃U值的合理搭配
关键词：合理，框U值，累计比例
节能窗要选断桥铝，选尼龙隔热条，几乎已经成为共识。但如何对具体的节能要求提出整窗配置，则还存在不少误区，譬如经常可以看到普铝配Low-E中空玻璃，14.8隔热条用到整窗1.8的配置里等等。这其中就涉及到搭配的合理性问题，也就是框和玻璃的传热系数（即U值）如何搭配。
一、节能与舒适度的重要性
在TED《行为科学如何节能》中，演讲者展示的一罐煤所含有的能量可以让灯泡亮一年（下图1）。但是因为发电、传输过程中的传导、散热的关系，只有10%的能量实际被转为光能利用，其余的90%都浪费了。那么也就是要达到同样的效果（灯泡亮一年），需要整整一车的煤炭，而那一罐煤就显得杯水车薪了。而反过来想，我们节约的每一度电，实际上为地球村节约了10度的煤！
图1
因此，我们政府的目标是2020年前全国都实现节能65%。下表1是截止目前的进度。可以看出一半的省市已经在执行65%的标准，而北京，天津、河北、山东等已经开始执行75%的节能标准了。
但是实际执行不容乐观，按照隔热条的销量来看，东北、华北的14.8隔热条还是占大头。感觉就像14.8，可以通吃天下一样。这里面相当部分是因为整窗配置不明确，不少还存在误区，比如14.8隔热条用到整窗1.8的配置里，有的甚至普铝配low-e的也比比皆是。而这些不合理导致的各种问题，比如Low-E玻璃碎裂、结露、冷辐射等都大大降低了居住者的舒适度体验。
二、比较的方法：
根据国际标准ISO 15099-2003第8.3.2节关于室内侧对流换热量规定，换热量的计算按照公式130，而依据热工规程JGJT 151，中国室内侧边界是自然对流状态，那么综合考虑ISO15099中的公式131-139，可以得出：
这样分析比较的思路如下：
对室内侧表面进行分段，并读取各自的温度T1（图2，图3）
求出与室内环境的温差∆T，即 20-T1（图4）
求出温差∆T的.次方，作为热流失量q的近似值（图5），然后每段的量再除以整体的，得到相应的比例。
从框与墙体的接触点开始，累加各个分段的热流失比例，称为热流累计比例。玻璃顶端的热流累计比例为1，即100%。
图2 对室内侧进行分段
图3 以绿线的长度为横坐标，图示室内温度分布
图4 温差的1.25次方
图5 热流累计比例
具体到本文，如下：
1、选用THERM/Window软件，并且开启CR模型，这样可以获得准确的表面温度
2、框的U值由隔热条宽度决定，因此选用内开窗，分别为普铝、14.8、24隔热条，对应的框U值分别为5.5, 3.6, 2.9 W/m2∙K。
3、分别搭配不同的玻璃获得1.6，2.0，2.7的玻璃U值。（表3）
4、玻框比保持在70%.
5、获得的内表面温度如图3所示。横坐标是内表面每个点到sightline的累积距离（每个网格的内表面边长），Sightline是指玻璃可视部分的最下沿，横坐标的负值表示框的内表面，正值表示玻璃的内表面。因此获得的累积比例图中，横坐标0所对应的值就是框所代表的比例，因为y轴的左边都是框，右边都是玻璃。
6、因为玻璃间隔条的存在，玻璃的边缘部分（到sightline 63.5mm范围内的透明部分）要大于中心部分的，所以有必要统计这一段的热流累计比例。
三、比较结果：
按照上述步骤，得出的累计比例如表4 所示。黄色部分表示框+玻璃边缘部分的比例。按照框和玻璃的U值差异排序的数据如表5和图6所示。
图6 热流失比例和u值差异
从上图可以看出，
对于普铝窗，流过框的比例在55%以上。也就是一半以上的热量从窗框流走了。热量流失的越多，框室内表面温度越低（图7），而与玻璃边缘部分的热交换增加，拉低了玻璃边缘的温度。
对于使用了14.8隔热条的节点，随着玻璃U值从2.7降到2.0,再降到1.6，通过框的热量从39%增加到了49%。
从图6的累计比例趋势图中，框以及框+玻璃边缘的比例在2.0处出现拐点。对于玻框比为70%的常见窗型，如果从窗框流失的热量超过45%，就显得不合理，因此框与玻璃的u值差异应低于1.5.
图7为三种窗框搭配1.6的中空玻璃，室内侧温度的分布。可以明显看出框与玻璃差异小时，其温度差异也小。
图7
框和玻璃表面温度差异大，容易引起：
玻璃板块的温度差增加：比如普铝窗框的表面温度低，使得和Low-E玻璃边缘的辐射热交换增加，拉大了玻璃中心和边缘的温差，进而增加了玻璃的热应力，结果就是容易炸裂。如果玻璃切割加工时不正规，所导致的边部裂口大的话，热炸裂的概率更高。
舒适度不良。窗户和居住者之间会进行辐射的热交换，而玻璃和窗框给人的感觉明显不同。所以被动房特别规定了窗框、玻璃的温度与室内温差不能大于3度。
结露。普铝窗框温度低，更容易结露或发霉。
四、总结
从上面的分析，可以了解到框和玻璃的U值差异越大，流过窗框的热量比例越高，而且框和玻璃的表面温度差异也越大，都对用户的热舒适度不利。比如普铝配Low-E 时，其窗框流失了整窗55%以上的热量，使得玻璃中心和边缘的温差加大，极易导致热炸裂。如果以45%作为临界点，则框和玻璃U值差异小于1.5是比较合理的。
