Thermal stresses in double-glazed windows

Using finite elements, the authors studied temperatures and thermal stresses in 1.41 m wide by 2.12 m high sealed double- glazed windows of 6-mm glass with a 12-mm air space between panes. The purpose was to find factors significantly influencing thermal stresses. Three types of commercially used windows subject to winter conditions (day and night) were analyzed: both panes clear glass; outer pane heat absorbing and inner clear; and outer clear with a metallic film on its room-side surface and inner clear. A sensitivity analysis included variations in size of window, gasket and sealant stiffness, frame absorption, solar heat flux, exterior air film conductance, and outdoor air temperatures (-5 and -25!C). Further, the influence of horizontal and vertical shadows was studied. For the calculation of thermal stresses, the authors found that the windows could be analyzed pane by pane rather than as a three-dimensional structure. Solar radiation and particularly shadows had a major influence on thermal stress, while window size and aspect ratio did not. A case study in which the predicted temperatures were compared with those measured by Sasaki in 1974 showed good agreement and indicated that a similar steady-state rather than transient thermal analysis gave a close estimate of the temperature difference between the centre and edges of panes for design against thermal breakage.A l'aide des \ue9l\ue9ments finis, les auteurs ont \ue9tudi\ue9 les temperatures et les contraintes thermiques de vitrages doubles scell\ue9s de 1,41 m de largeur sur 2,12 m de longueur, avec vitre d'une \ue9paisseur de 6 mm et lame d'air de 12 mm entre les vitrages. L'objectif \ue9tait de d\ue9couvrir les fac\uf4 teurs qui influencent de fa\ue7on significative sur les constraintes thermiques. Trois types de fen\ueatre d'usage commercial, soumis aux conditions hivernales (nuit et jour), ont \ue9t\ue9 analys\ue9s : deux vitrages en verre clair; vitrage ext\ue9rieur absorbant la chaleur et vitrage int\ue9rieur en verre clair; vitrage ext\ue9rieur en verre clair avec film m\ue9tallique sur la surface du c\uf4t\ue9 int\ue9rieur, et vitrage int\ue9rieur en verre clair. Une analyse de sensibilit\ue9 a port\ue9 sur les variations de la dimension des fen\ueatres, la rigidit\ue9 de la garniture et du produit d'\ue9tanch\ue9it\ue9, l'absorption du cadre, le flux de chaleur solaire, la conductance du film d'air ext\ue9rieur et les temp\ue9ratures de l'air ext\ue9rieures (-5 deg. C et -25 deg. C). En outre, l'influence des ombres horizontales et verticales a \ue9t\ue9 \ue9tudi\ue9e. En ce qui concerne le calcul des contraintes thermiques, les auteurs ont constat\ue9 que l'analyse des fen\ueatres pouvait \ueatre faite vitrage par vitrage, par opposition \ue0 l'analyse de structure tridimensionelle. Le rayonnement solaire et surtout les ombres ont eu une influence majeure sur la contrainte thermique, contrairement \ue0 la dimension des fen\ueatres. Une \ue9tude de cas a permis de constater une bonne correspondance entre les temp\ue9ratures de calcul et celles mesur\ue9s par Sasaki en 1974; elle en a outre r\ue9v\ue9l\ue9 qu'une analyse thermique en r\ue9gime permanent plut\uf4t qu'en \ue9tat transitoire donnait une estimation plus juste de la diff\ue9rence de temp\ue9rature entre le centre et le pourtour des vitrages, ceci dans le but de pr\ue9venir le bris thermique.Peer reviewed: YesNRC publication: Ye