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塑料窗對(duì)型材熱工優(yōu)化的要求(一)

來源:中國門窗＆配套材料網(wǎng)收集整理　作者:張爾恕　日期:2006-4-14
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　　建筑業(yè)經(jīng)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(duì)窗戶制造商提出的要求,要求他們不斷的優(yōu)化其出產(chǎn)的產(chǎn)品。這些努力包括改善玻璃系統(tǒng)的熱工性質(zhì)，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(duì)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(dá)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?yàn)樗哂辛己玫母魺嵝阅埽乙驗(yàn)槎嗲恍筒牡目?a href='../../zsk/ct.asp?id=7274' target='_blank' class='ct_qy_tuijian' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;' data-qy='安泰'>擠出性，因而價(jià)格也具有優(yōu)勢(shì)。因此，在熱工方面它具有十分明顯的優(yōu)點(diǎn)。

　　塑料與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(gè)良導(dǎo)熱體。在多數(shù)情況下，這種加強(qiáng)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(qiáng)襯鋼會(huì)影響到塑料窗框型材熱工最大優(yōu)化。

　　熱能的傳導(dǎo)問題
　　在窗框熱能傳導(dǎo)問題的機(jī)理來看，它可分為熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三方面。

　　熱傳導(dǎo)的理念可表達(dá)為，由于不均勻溫度的分布導(dǎo)致原子和分子的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而引起的能量輸送。由于塑料實(shí)際不存在如金屬材料或在某種條件下呈現(xiàn)的半導(dǎo)體那樣，存在為傳導(dǎo)機(jī)制所必須的自由電子，所以塑料既是一個(gè)不良的電導(dǎo)體，也是一個(gè)不良的熱導(dǎo)體。塑料的傳熱系數(shù)平均值在0.15-0.5 w/mk之間。

　　對(duì)流是通過物質(zhì)的傳輸所實(shí)現(xiàn)的熱傳遞，與強(qiáng)制式對(duì)流相反，自然對(duì)流是由于溫差導(dǎo)致的密度差從而引起的流體的運(yùn)動(dòng)。

　　熱傳導(dǎo)和對(duì)流形成的熱傳遞是要通過物質(zhì)得以實(shí)現(xiàn).而由于輻射而引起的熱傳遞，與強(qiáng)制式對(duì)流相反，自然對(duì)流是由于溫差導(dǎo)致的密度差從而引起的流體的運(yùn)動(dòng)。

　　熱傳導(dǎo)和對(duì)流形成的熱傳遞是要通過物質(zhì)得以實(shí)現(xiàn)，而由于輻射而引起的熱能轉(zhuǎn)換則要通過電磁波實(shí)現(xiàn)。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(xì)小的結(jié)晶體。另一方面，塑料還具有一種深輻射現(xiàn)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(shí)它還起了降低深輻射的作用。

　　改善的潛力
　　為了優(yōu)化按傳統(tǒng)做法的插人加強(qiáng)襯鋼的塑料型材組成的塑料窗框的熱工和機(jī)械性質(zhì)，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?cè)诒M量減少空腔數(shù)量的前提下，優(yōu)化其保溫效果。在選擇空腔寬度時(shí)，應(yīng)考慮到對(duì)流因素和因射引起的熱傳導(dǎo);為防止在腔內(nèi)產(chǎn)生對(duì)流，腔寬不應(yīng)超過8mm，至于影響到熱傳導(dǎo)的輻射因素，它的數(shù)量大小大體和腔的寬度大小呈線性比例關(guān)系。因此，要盡量減少空腔的寬度。除了型材的空腔數(shù)量以外.空腔的形狀也有相當(dāng)?shù)挠绊憽Ｋ鼘?duì)減少熱傳導(dǎo)中的輻射部分有相當(dāng)作用。此外，空腔的內(nèi)肋(或內(nèi)璀)導(dǎo)熱性很小，由于劃材中的內(nèi)肋一般處于等溫線上，所以其導(dǎo)熱性也較小。據(jù)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(huì)影響到型材的輻射系數(shù)。輻射系數(shù)是從一個(gè)空腔表面發(fā)出.到另一個(gè)表面的輻射值。

　　所謂優(yōu)化結(jié)果就是在給定的窗型材框基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)存在明顯的缺點(diǎn):窗框中熱流最大的地點(diǎn)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?yàn)檫@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(nèi)肋中的熱流也明顯減少、所以.要想改進(jìn)其熱工性能須從改造靠外側(cè)的空腔著手。

　　在窗框和窗扇梃之間的范圍內(nèi)有很高的熱流，其原因是在型材的角部和未經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(qiáng)襯鋼的大腔，對(duì)熱傳導(dǎo)起著決定性的作用。

圖1、國際通行的（用作對(duì)照的）原窗框：PVC型材截面上的等溫線

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