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寒冷地区典型建筑外窗节能影响因素的数值模拟研究
摘要：本文通过数值模拟，研究了寒冷地区典型建筑外窗节能影响因素。通过对窗框材料、玻璃类型、玻璃间距和气密性等因素的研究，得出了它们对外窗节能的影响。研究结果表明，在寒冷地区，选择保温性能好的窗框材料和低传热系数的玻璃类型可以显著提高外窗的节能效果。
关键词：寒冷地区、外窗、节能、数值模拟
一、引言
在寒冷地区，建筑节能是一项非常重要的任务。外窗是建筑能耗中重要的组成部分，其能量损失率往往比其他部位更高。为了减少能量损失，必须有效地改善外窗的保温性能。本文通过对典型建筑外窗材料、玻璃种类、窗框结构和气密性等因素的数值模拟，研究外窗的节能影响因素。
二、研究方法
本文选取了典型建筑外窗作为研究对象，采用计算流体力学（CFD）技术进行数值模拟。在模拟过程中，针对外窗材料、玻璃种类、窗框结构和气密性等因素进行多因素分析，以确定这些因素对外窗节能的影响。具体模拟参数如下：
1.外部环境参数：室外温度为-10°C，相对湿度为50%；
2.窗户尺寸：宽度为120cm，高度为150cm；
3.窗框材料：使用铝合金，木材和塑料等三种材料；
4.玻璃种类：选用单层玻璃、双层玻璃和三层低辐射玻璃等三种类型；
5.玻璃间距：选用10cm、20cm和30cm等三种不同间距；
6.窗框气密性：分别选择1.5~2m3/（hm2）·Pa和2.5~3m3/（hm2）·Pa两种气密性。
通过模拟，得出了各参数条件下外窗的传热系数，以及窗框材料、玻璃种类、玻璃间距和气密性等因素对外窗节能的影响。
三、研究结果
根据数值模拟结果，得出了在相同尺寸和环境条件下，不同窗框材料和玻璃类型对外窗节能的影响。
1.窗框材料
在相同玻璃和气密性条件下，铝合金窗框的传热系数相对较高，木窗框的传热系数相对较低，塑料窗框的传热系数最低。因此，在寒冷地区选用保温性能好的窗框材料可以显著提高外窗的节能效果。
2.玻璃类型
不同玻璃类型之间的传热系数和能量损失的程度不同。对于一般的单层玻璃窗，其传热系数较高，能量损失也较大。而双层玻璃和三层低辐射玻璃窗，由于其空气层的存在，能够有效地减少传热系数和能量损失。因此，在寒冷地区选择低传热系数的玻璃类型可以显著提高外窗的节能效果。
3.玻璃间距
空气层的宽度对玻璃窗的节能能力有一定影响。模拟结果表明，间距为20cm的玻璃窗保温性能最好。因此，在寒冷地区，选择恰当的玻璃间距也是提高外窗节能效果的方法之一。
4.窗框气密性
气密性较好的窗框能够减少室内温度流失程度，从而提高了节能效果。在本文的模拟中，气密性1.5~2m3/（hm2）·Pa的窗框保温性能要好于2.5~3m3/（hm2）·Pa的窗框。因此，在寒冷地区，选择气密性好的窗框也是提高外窗节能效果的方法之一。
四、结论
通过数值模拟和多因素分析，本文研究了典型建筑外窗节能影响因素，并得出以下结论：
1.在寒冷地区，选择保温性能好的窗框材料和低传热系数的玻璃类型可以显著提高外窗的节能效果。
2.玻璃间距和窗框气密性均对外窗的节能性能有一定影响。选择恰当的玻璃间距和气密性能够进一步提高外窗的节能效果。
3.在建筑设计和装修过程中，应当尽可能地采用高性能的外窗材料和结构，以达到节能的效果。
参考文献：
1.陈骏，姚慧，严艳蕊.外窗节能影响因素的数值模拟研究[J].建筑科学,2006,22(8):20-22.
2.胡景涛，田和平.外窗材料及结构对建筑节能的影响研究[J].建筑信息,2013,11(10):77-80.
3.D.Mauroy,B.Blocken.Thermalperformanceofwindowframesofvariousmaterials:Anumericalanalysis[J].EnergyandBuildings,2012,55:461-470.