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隔热条的设计选用

2017-01-11 09:04:07 作者: 来源:中国玻璃网 我要评论1

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 节能铝合金门窗幕墙中的隔热条选择要慎之又慎。用不合格隔热条复合加工成的断桥铝门窗质量及寿命都无法保证。这是许多断桥铝门窗在安装仅仅半年后就出现开启不畅、密封不严、逢雨渗漏、降温结露等质量问题的结症所在。

  近年来我国建筑业的飞速发展和建筑节能要求的不断提高,隔热铝门窗和幕墙在我国更是得到广泛应用,市场范围也从北方寒冷地区和一级大城市向南方、西部地区和2级城市延伸。穿条式隔热由于具有耐高温高湿性能强及断面设计丰富多样、在剪切失效后仍具有高的抗拉强度从而保证窗户应用安全等诸多优势,因此得到了市场上90%以上的占有率。

  如果隔热条出现变形或断裂等问题,将直接导致隔热型材的变形或断裂,从而导致隔热铝门窗幕墙产生透风、渗水、磕碰等一系列问题,甚至直接导致开裂分离和坠窗等严重事故。而一旦隔热条产生以上问题而使整窗的基本五性(抗风压性、气密性、水密性、保温隔热性、隔声性)无法保证或完全丧失的话,唯一的补救措施就是拆除整窗更换新窗,而不像其他组成部分(如五金件、玻璃、密封胶条)那样可以单独更换。因为隔热条与铝材是机械咬合在一起的,它在强度和尺寸精度方面的质量问题就是整支隔热型材的质量问题,而型材是门窗的基础框架部分,基础框架的失效只有更换整窗才能解决问题,这也体现了隔热条质量在隔热门窗中的特殊重要性。

  隔热条设计选用标准

  隔热条的设计选用应符合以下标准的要求:《铝合金建筑型材用辅助材料 第1部分:聚酰胺隔热条》 GB/T 23615.1和《建筑用硬质塑料隔热条》JG/T 174.

  《铝合金建筑型材用辅助材料 第1部分:聚酰胺隔热条》GB/T 23615.1中对隔热条的成分和组织要求:应采用主要成分为不少于65%的聚酰胺66和25% ±2.5%的玻璃纤维,余量为添加剂。内部组织结构应致密,无气泡,无裂纹,无明显夹杂物,玻璃纤维应均匀分布。

  1、选用PA66作为基材:作为隔热条基材的选择必须在以下五个方面作为衡量标准,才能够保证隔热条在隔热铝窗的使用状况下承担起相应的“重任”。

  1) 优良的抗老化性能;

  2) 能经受化学洗涤剂的擦洗;

  3) 优良的抗紫外线能力;

  4) 热变形温度需高于240℃;

  5) 在燃烧状态下不能形成对人体有害的气体。

  欧洲的经验和教训已明确肯定隔热条的基材应采用聚酰胺尼龙(PA66),而且这种选择已定型近20年,因其具备较高的机械强度及耐高温性能,而且可以充分保证其尺寸精度的稳定性。鉴于此基础,用聚酰胺尼龙(PA66)为基材的隔热条在复合加工后可以充分承担及胜任门窗的受力承载,装配精度等综合要求。如果用PVC、PE等其它材质替代PA66,虽然降低了成本但牺牲了强度和耐热性,这样很容易造成隔热铝门窗的抗风压性、气密性、水密性等基本性能的丧失。

  2、选用 25% 的玻璃纤维:在正常极限温度范围内(–30℃~ 80℃)会发生相应的热胀冷缩。为了使隔热型材发生整体变形,要求隔热条的线膨胀系数尽量接近铝的。PA66GF25的线膨胀系数为 ,而铝型材的线膨胀系数是 。可见PA66GF25复合材料与铝材两者是比较接近的,这就可以满足当受到温差等影响的情况下,复合材料可以基本保证同步同量变形,进而保证复合材料的外观不会发生自身偏差、性能也不会受到影响。

  3、控制玻璃纤维的分布:玻璃纤维的分布方向决定了隔热条的受力方向强度,隔热条在整窗中横向承载受力的使用性质,要求隔热条在横向强度上必须充分保证,而隔热条是纵向挤压成型的,其中的玻璃纤维很容易沿纵向排布,纠正玻璃纤维的排布方向(从纵向改为横向)就成为隔热条受力强度的根本性保证。

  4、使用玻璃纤维:《铝合金建筑型材 隔热型材》GB5237.6中要求隔热型材的外形尺寸偏差检测要求需符合《铝合金建筑型材 基材》GB5237.1中对基材相关尺寸要求的相关指标。这对隔热型材里、外两腔型材的尺寸精度,隔热条自身的尺寸精度,以及隔热型材的加工复合工艺提出了非常高的要求。这种要求具体而言就是把原来的单位度量范围内的允许误差被三部分组合体(里腔铝型材、隔热条、外腔铝型材)及复合工艺的加工误差所共同承担,那么对隔热条的尺寸精度就提出了比铝型材表面尺寸精度还要高的要求。就通常所见到的隔热型材断面而言,隔热条的外形尺寸偏差≥0.1mm,即很难达到整体隔热型材的外形尺寸精度的要求了。使用玻璃纤维后,外形尺寸精度稳定(0.1mm)能保证整窗的装配精度(0.2mm~0.3mm)要求。

  选型应满足不同隔热要求

  隔热条的设计选用,为满足不同的隔热要求应选用不同规格或形状的隔热条。在保证强度的前提下,有较高隔热要求时宜选用异型隔热条。

  1、隔热条按照外观形状分为实心型和空心型两类(见图1)。实心型隔热条普遍应用在各种隔热型材断面设计中,而空腔型隔热条则更多的应用在宽规格、复杂型的隔热型材断面设计上。

 a)典型实心型 I型 

 b)典型空腔型 O型

  图1 隔热条外观形状

  2、根据截面形状分类(截面形状典型示例见图2):

 a)I型

 b)T型 

 c)C型

  图2 隔热条截面形状

  1)I型隔热条适用于平开窗、推拉窗等窗型的窗框、扇挺等使用,同时也可以用作穿条式幕墙型材使用;

  2)T型隔热条适用于平开窗的扇挺中使用,配合主密封胶条的搭接;

  3)C型隔热条适用于平开窗、推拉窗等窗型的窗框、扇挺等中适用,同时也可以用作穿条式幕墙型材使用;

  不同类型的隔热条具有不同强度、节能效果。强度性能是由隔热条的壁厚、端头设计、与型材复合工艺等决定。而从节能效果来说,随着隔热条的宽度增加,节能效果是递增的。隔热条截面形状的传热系数由简单到复杂(例如从I型衍变到C型等)传热系数逐渐降低、节能效果提高。

  相同宽度隔热条,异型条的A比较大,而K、L是相同的,故异型条的自身热阻也要比较大,也就是应用相同宽度异型条的型材热传导性能要比应用简单型条的,节能效果好。其自身热阻也随之变大。

选型应满足门窗传热系数

  隔热条的设计选择应满足门窗传热系数的要求,应根据不同区域对建筑节能指标要求的不同,计算、校核、调整选择隔热条的结构型式和尺寸。

  中国气候区域从北到南共分为5大气候分区:严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区。针对各区的气候条件,门窗的热工要求不一样,对门窗的传热系数要求也有很大差异。随着我国对于门窗节能的要求越来越高,很多大城市都有自己的门窗节能要求。

  为了提高门窗的热工性能,其核心原理就是降低从高温区向低温区的热量传递,以减少热量的流失。而热传递是通过传导、对流和辐射这三种方式来进行的,因此门窗幕墙的所有节能措施都是围绕这三者来进行的。

  门窗是一个综合了各种材料的系统产品,整窗的传热系数Uw值跟玻璃、型材及中空玻璃间隔条三个因素相关,可以根据《建筑门窗幕墙热工计算规程》JGJ/T 151中整窗Uw公式计算及满足其相应要求。

  行业中使用较多有美国LBNL热工计算软件。美国LBNL的整套热工计算软件:包括window5和therm5。THERM5是用有限单元法计算门窗框和玻璃边缘稳态传热的软件,计算所用的公式和方法基于《门、窗和遮阳装置热工性能—详细计算》ISO 15099和《门、窗和百叶窗热工性能—传热系数的计算》ISO 10077。THERM5计算的窗框性能数据可以导入WINDOWS5,与玻璃数据一起组成整个门窗或幕墙,计算综合的性能数据。同时,THERM5也可单独作为分析软件,研究框材内部的传热模型,找出设计缺陷,提高产品性能。隔热条企业有义务提供整窗或幕墙的热工性能技术报告书并提出优化方案。

  在进行节能门窗设计时,需根据不同门窗U值的要求选用合适的玻璃和型材、隔热条。隔热条的选择需要根据计算、校核确定。常用的门窗U值、窗框的Uf值、玻璃与隔热条的关系可参考表1。

  表1 常用的门窗U值、窗框的Uf值、玻璃与隔热条的关系

  选型应满足组装工艺要求

  隔热条的设计选用除应符合隔热条与型材的配合槽口设计要求的规定外,应满足组装工艺要求。

  1、复合型材的设计包括隔热条的正确选用以及铝型材加工槽口的准确设计,其中铝型材槽口的尺寸在《铝合金建筑型材 隔热型材》GB 5237.6中有推荐的标准样式和尺寸。图4为隔热型材槽口标准样式。

  (L1=2.9±0.2mm L2=4.9±0.2mm L3=1.3mm L4=3.5mm L5=2.5mm A=58.6°)

  图4 隔热型材槽口标准样式

  2、为保证组装后的质量,型材设计应注意的几点:

  1) 《铝合金建筑型材 基材》GB 5237.1对于铝型材要求受力壁厚应不小于1.4mm,但铝材与隔热条复合处,需要增加厚度,以保证复合型材的强度。铝材与隔热条配合的两槽口之间的壁厚t(见图5)必须不小于1.6mm,无空腔单壁的壁厚宜大于2.2mm。

  图5 壁厚要求示意图

  2)为保证复合后的铝材保持精度不变形,与隔热条配合的两槽口之间应设计为铝材同侧两槽口直接连接,不能腾空有下凹(图6a)。

  3)为保证复合型材能正常滚压,铝材槽口(图4-6b)中D2处)不应设计有高出隔热条滚压槽口的结构 (图4-6b)中D1处),如超出槽口水平面,则无法进行滚压。

  a)下凹缺陷示意 

b) 高出槽口缺陷示意

  图6 复合型材设计常见缺陷示意

  4)因穿条机有齿轮设备间隙,故两隔热条内壁之间的距离(见图7中d)尽可能大于8.5mm,如小于8.5mm而大于6mm,则只有采用人工穿条方式。如小于6mm,则无法穿条。

  图7 两隔热条内壁之间的距离示意

  满足正常启闭及密封要求

  隔热条的设计选用应满足门窗正常启闭功能,应满足能与密封胶条配合实现密封功能的要求。

  1、选用T型隔热条时,应保证窗扇开启时T型条不与窗框铝材磕碰。

  2、选用T型隔热条时,应保证与等压胶条的搭接量(图8 中d)不小于3mm.。

  图8 与等压胶条搭接量的示意图

  隔热条选择要慎之又慎

  聚酰胺隔热条在欧洲已经有40多年的使用历史,标准EN14024中有明确规定。在我国,PVC隔热条和应用回收尼龙原料的隔热条在市场仍有一定的占有率,这主要是因为PVC和回收尼龙等不合格隔热条应用原料与铝合金型材的线变形系数相差悬殊,从而在冷热差异环境下的两者变形量相差很大,隔热条就会与在铝合金型材中松动、脱离,再加上不合格隔热条的强度及抗老化性能都很差,所以用不合格隔热条复合加工成的断桥铝门窗质量及寿命都无法保证。这就是为什么许多断桥铝门窗在安装仅仅半年后就出现开启不畅、密封不严、逢雨渗漏、降温结露等质量问题的结症所在。历史和实践都证明了,节能铝合金门窗、幕墙中的隔热条选择要慎之又慎,聚酰胺隔热条满足标准和用户需求,应该深入推广。

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