暖边技术作为中空玻璃节能性能的有效改善手段已成为重要的发展趋势。本文从暖边技术的节能原理、对中空玻璃性能影响及工程应用角度进行了探讨，为暖边技术在中空玻璃中的应用提供了参考。
1、暖边技术定义
首先我们要明确暖边技术是什么？暖边技术是中空玻璃一种边部密封技术。中空玻璃边部常见密封方式见下图。
暖边技术是相对于传统铝间隔条而言的。对于暖边技术，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。
对暖边系统给出明确定义的是ISO10077-1，见公式：
∑ (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；λ是所用材料的导热系数。
对于一个间隔条，若计算结果小于或等于0.007 W/K，则称之为暖边系统；若计算结果大于0.007W/K，则定义为冷边系统。
由此我们可以对间隔条进行定量判定。例如：根据ISO 10077，材料的导热率如下：聚丙烯为0.22 W/(m·K)，不锈钢为17.0 W/(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0.002 W/K，小于0.007 W/K，因此定义为暖边系统；铝间隔条的计算结果是0.112 W/K，远大于0.007 W/K，所以定义为冷边系统。
2、国内暖边间隔条相关标准
目前国内出台了暖边间隔条相关标准，主要有JC/T 2453-2018《中空玻璃间隔条第3部分：暖边间隔条》和HBZ/T 003-2016《暖边间隔条》。
JC/T 2453-2018中给出了“温差导热值”的概念：由不同间隔条材料厚度与其导热系数积d·λ的和值表示。
HBZ/T 003-2016中给出了“导热因子”的概念：由间隔条材料厚度与导热系数积d·λ的加权值表示。
3、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，见下图。
整窗的传热系数计算式见公式2：
(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；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值大小主要由所用间隔条的材质来决定。选用低导热系数材料是降低线传热系数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。
4、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，计算结果见下图。
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3.58降至3.12，降低0.46；按框窗比30％计算，可降低整窗传热系数约0.14。
门窗幕墙设计时，有人认为，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，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。
5、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，计算结果见下图。
可以看出，暖边间隔条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下图。
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。
6、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。
玻璃热应力按JGJ 113公式计算：
σh=0.74Eαμ1μ2μ3μ4(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)=0.74×0.72×105×10-5×1.0×5=2.66 N/mm2
与铝间隔条相比，暖边间隔条提高玻璃边缘温度5℃时，玻璃应力减少2.66 N/mm2，可降低玻璃使用过程中温差应力引起玻璃自爆和热应力炸裂的可能性。
7、结论
综上所述，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。
参考文献
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