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塑料窗對型材熱工優化的要求(一)

來源:中國門窗＆配套材料網收集整理　作者:張爾恕　日期:2006-4-14
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　　建筑業經常要求他們使用的建筑材料具有較高的能效其中也包含了對窗戶制造商提出的要求,要求他們不斷的優化其出產的產品。這些努力包括改善玻璃系統的熱工性質，具體的說，例如采用低輻射功能的金屬鍍膜.或用稀有氣體填充的雙層充氣玻璃。而窗框的熱工性能對整窗的隔熱性能的影響也是不可低估的，特別是在窗框面積占整體

　　建筑業經常要求他們使用的建筑材料具有較高的能效其中也包含了對窗戶制造商提出的要求,要求他們不斷的優化其出產的產品。這些努力包括改善玻璃系統的熱工性質，具體的說，例如采用低輻射功能的金屬鍍膜.或用稀有氣體填充的雙層充氣玻璃。而窗框的熱工性能對整窗的隔熱性能的影響也是不可低估的，特別是在窗框面積占整體面積達50%的小窗戶更為此。塑料與其他型材相比更適合作窗框，這是因為它具有良好的隔熱性能，而且因為多腔型材的可擠出性，因而價格也具有優勢。因此，在熱工方面它具有十分明顯的優點。

　　塑料與傳統的結構材料，如木材和鋁型材相比，其剛度有明顯的不足。借助于加強襯鋼可以改善型材的剛度，但它又帶來難以接受的副作用:即它又是一個良導熱體。在多數情況下，這種加強襯鋼甚至于起了這樣的作用:在塑料型材的大部分截面上起到了冷橋的作用。于是這種加強襯鋼會影響到塑料窗框型材熱工最大優化。

　　熱能的傳導問題
　　在窗框熱能傳導問題的機理來看，它可分為熱傳導、對流和輻射三方面。

　　熱傳導的理念可表達為，由于不均勻溫度的分布導致原子和分子的往復運動而引起的能量輸送。由于塑料實際不存在如金屬材料或在某種條件下呈現的半導體那樣，存在為傳導機制所必須的自由電子，所以塑料既是一個不良的電導體，也是一個不良的熱導體。塑料的傳熱系數平均值在0.15-0.5 w/mk之間。

　　對流是通過物質的傳輸所實現的熱傳遞，與強制式對流相反，自然對流是由于溫差導致的密度差從而引起的流體的運動。

　　熱傳導和對流形成的熱傳遞是要通過物質得以實現.而由于輻射而引起的熱傳遞，與強制式對流相反，自然對流是由于溫差導致的密度差從而引起的流體的運動。

　　熱傳導和對流形成的熱傳遞是要通過物質得以實現，而由于輻射而引起的熱能轉換則要通過電磁波實現。塑料的輻射率(或放射率)一般情況下大約為0.9。塑料具有如此高的輻射率的原因之一是塑料含有一非常細小的結晶體。另一方面，塑料還具有一種深輻射現象。情況說明塑料不僅在表面具有放射功能，而且在其表面下面塑料分子還具有放射能。塑料中通常使用的填充物料白堊，也是PVC工程材料中的混合填充料，用以降低成本，同時它還起了降低深輻射的作用。

　　改善的潛力
　　為了優化按傳統做法的插人加強襯鋼的塑料型材組成的塑料窗框的熱工和機械性質，比較好的辦法是改變塑料型材空腔的幾何特征。為此目的，我們在盡量減少空腔數量的前提下，優化其保溫效果。在選擇空腔寬度時，應考慮到對流因素和因射引起的熱傳導;為防止在腔內產生對流，腔寬不應超過8mm，至于影響到熱傳導的輻射因素，它的數量大小大體和腔的寬度大小呈線性比例關系。因此，要盡量減少空腔的寬度。除了型材的空腔數量以外.空腔的形狀也有相當的影響。它對減少熱傳導中的輻射部分有相當作用。此外，空腔的內肋(或內璀)導熱性很小，由于劃材中的內肋一般處于等溫線上，所以其導熱性也較小。據此，它越是和熱絕緣方向垂直交叉，則熱絕緣的效果就越好型材空腔的形狀還會影響到型材的輻射系數。輻射系數是從一個空腔表面發出.到另一個表面的輻射值。

　　所謂優化結果就是在給定的窗型材框基礎上得出的幾何形狀，圖l示出國際通用的窗型材截而上的等溫線，圖2示出其熱流圖。由上述圖可見這類窗型材的結構存在明顯的缺點:窗框中熱流最大的地點在材中的橫筋和窗扇挺下方的限位器(即夾持窗扇密封條處)處。而型材中的斜筋和下方彎曲部分的限位器處，其傳熱卻較少。因為這些地方傳熱線路比較長。在靠近外測，即靠近排出冷凝水的傾斜的內肋中的熱流也明顯減少、所以.要想改進其熱工性能須從改造靠外側的空腔著手。

　　在窗框和窗扇梃之間的范圍內有很高的熱流，其原因是在型材的角部和未經優化設計的窗框與窗扇之間形成的空間中積存了較高的熱量。在窗扇方面，窗扇中的橫肋和放有加強襯鋼的大腔，對熱傳導起著決定性的作用。

圖1、國際通行的（用作對照的）原窗框：PVC型材截面上的等溫線

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