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                    隔熱條的設計選用

                    2017-01-11 09:04:07 作者: 來源:中國玻璃網 我要評論2

                    第一幕墻網

                     節能鋁合金門窗、幕墻中的隔熱條選擇要慎之又慎。用不合格隔熱條復合加工成的斷橋鋁門窗質量及壽命都無法保證。這是許多斷橋鋁門窗在安裝僅僅半年后就出現開啟不暢、密封不嚴、逢雨滲漏、降溫結露等質量問題的結癥所在。

                      近年來我國建筑業的飛速發展和建筑節能要求的不斷提高,隔熱鋁門窗和幕墻在我國更是得到廣泛應用,市場范圍也從北方寒冷地區和一級大城市向南方、西部地區和2級城市延伸。穿條式隔熱由于具有耐高溫高濕性能強及斷面設計豐富多樣、在剪切失效后仍具有高的抗拉強度從而保證窗戶應用安全等諸多優勢,因此得到了市場上90%以上的占有率。

                      如果隔熱條出現變形或斷裂等問題,將直接導致隔熱型材的變形或斷裂,從而導致隔熱鋁門窗幕墻產生透風、滲水、磕碰等一系列問題,甚至直接導致開裂分離和墜窗等嚴重事故。而一旦隔熱條產生以上問題而使整窗的基本五性(抗風壓性、氣密性、水密性、保溫隔熱性、隔聲性)無法保證或完全喪失的話,唯一的補救措施就是拆除整窗更換新窗,而不像其他組成部分(如五金件、玻璃、密封膠條)那樣可以單獨更換。因為隔熱條與鋁材是機械咬合在一起的,它在強度和尺寸精度方面的質量問題就是整支隔熱型材的質量問題,而型材是門窗的基礎框架部分,基礎框架的失效只有更換整窗才能解決問題,這也體現了隔熱條質量在隔熱門窗中的特殊重要性。

                      隔熱條設計選用標準

                      隔熱條的設計選用應符合以下標準的要求:《鋁合金建筑型材用輔助材料 第1部分:聚酰胺隔熱條》 GB/T 23615.1和《建筑用硬質塑料隔熱條》JG/T 174.

                      《鋁合金建筑型材用輔助材料 第1部分:聚酰胺隔熱條》GB/T 23615.1中對隔熱條的成分和組織要求:應采用主要成分為不少于65%的聚酰胺66和25% ±2.5%的玻璃纖維,余量為添加劑。內部組織結構應致密,無氣泡,無裂紋,無明顯夾雜物,玻璃纖維應均勻分布。

                      1、選用PA66作為基材:作為隔熱條基材的選擇必須在以下五個方面作為衡量標準,才能夠保證隔熱條在隔熱鋁窗的使用狀況下承擔起相應的“重任”。

                      1) 優良的抗老化性能;

                      2) 能經受化學洗滌劑的擦洗;

                      3) 優良的抗紫外線能力;

                      4) 熱變形溫度需高于240℃;

                      5) 在燃燒狀態下不能形成對人體有害的氣體。

                      歐洲的經驗和教訓已明確肯定隔熱條的基材應采用聚酰胺尼龍(PA66),而且這種選擇已定型近20年,因其具備較高的機械強度及耐高溫性能,而且可以充分保證其尺寸精度的穩定性。鑒于此基礎,用聚酰胺尼龍(PA66)為基材的隔熱條在復合加工后可以充分承擔及勝任門窗的受力承載,裝配精度等綜合要求。如果用PVC、PE等其它材質替代PA66,雖然降低了成本但犧牲了強度和耐熱性,這樣很容易造成隔熱鋁門窗的抗風壓性、氣密性、水密性等基本性能的喪失。

                      2、選用 25% 的玻璃纖維:在正常極限溫度范圍內(–30℃~ 80℃)會發生相應的熱脹冷縮。為了使隔熱型材發生整體變形,要求隔熱條的線膨脹系數盡量接近鋁的。PA66GF25的線膨脹系數為 ,而鋁型材的線膨脹系數是 ?梢奝A66GF25復合材料與鋁材兩者是比較接近的,這就可以滿足當受到溫差等影響的情況下,復合材料可以基本保證同步同量變形,進而保證復合材料的外觀不會發生自身偏差、性能也不會受到影響。

                      3、控制玻璃纖維的分布:玻璃纖維的分布方向決定了隔熱條的受力方向強度,隔熱條在整窗中橫向承載受力的使用性質,要求隔熱條在橫向強度上必須充分保證,而隔熱條是縱向擠壓成型的,其中的玻璃纖維很容易沿縱向排布,糾正玻璃纖維的排布方向(從縱向改為橫向)就成為隔熱條受力強度的根本性保證。

                      4、使用玻璃纖維:《鋁合金建筑型材 隔熱型材》GB5237.6中要求隔熱型材的外形尺寸偏差檢測要求需符合《鋁合金建筑型材 基材》GB5237.1中對基材相關尺寸要求的相關指標。這對隔熱型材里、外兩腔型材的尺寸精度,隔熱條自身的尺寸精度,以及隔熱型材的加工復合工藝提出了非常高的要求。這種要求具體而言就是把原來的單位度量范圍內的允許誤差被三部分組合體(里腔鋁型材、隔熱條、外腔鋁型材)及復合工藝的加工誤差所共同承擔,那么對隔熱條的尺寸精度就提出了比鋁型材表面尺寸精度還要高的要求。就通常所見到的隔熱型材斷面而言,隔熱條的外形尺寸偏差≥0.1mm,即很難達到整體隔熱型材的外形尺寸精度的要求了。使用玻璃纖維后,外形尺寸精度穩定(0.1mm)能保證整窗的裝配精度(0.2mm~0.3mm)要求。

                      選型應滿足不同隔熱要求

                      隔熱條的設計選用,為滿足不同的隔熱要求應選用不同規格或形狀的隔熱條。在保證強度的前提下,有較高隔熱要求時宜選用異型隔熱條。

                      1、隔熱條按照外觀形狀分為實心型和空心型兩類(見圖1)。實心型隔熱條普遍應用在各種隔熱型材斷面設計中,而空腔型隔熱條則更多的應用在寬規格、復雜型的隔熱型材斷面設計上。

                     a)典型實心型 I型 

                     b)典型空腔型 O型

                      圖1 隔熱條外觀形狀

                      2、根據截面形狀分類(截面形狀典型示例見圖2):

                     a)I型

                     b)T型 

                     c)C型

                      圖2 隔熱條截面形狀

                      1)I型隔熱條適用于平開窗、推拉窗等窗型的窗框、扇挺等使用,同時也可以用作穿條式幕墻型材使用;

                      2)T型隔熱條適用于平開窗的扇挺中使用,配合主密封膠條的搭接;

                      3)C型隔熱條適用于平開窗、推拉窗等窗型的窗框、扇挺等中適用,同時也可以用作穿條式幕墻型材使用;

                      不同類型的隔熱條具有不同強度、節能效果。強度性能是由隔熱條的壁厚、端頭設計、與型材復合工藝等決定。而從節能效果來說,隨著隔熱條的寬度增加,節能效果是遞增的。隔熱條截面形狀的傳熱系數由簡單到復雜(例如從I型衍變到C型等)傳熱系數逐漸降低、節能效果提高。

                      相同寬度隔熱條,異型條的A比較大,而K、L是相同的,故異型條的自身熱阻也要比較大,也就是應用相同寬度異型條的型材熱傳導性能要比應用簡單型條的,節能效果好。其自身熱阻也隨之變大。

                    選型應滿足門窗傳熱系數

                      隔熱條的設計選擇應滿足門窗傳熱系數的要求,應根據不同區域對建筑節能指標要求的不同,計算、校核、調整選擇隔熱條的結構型式和尺寸。

                      中國氣候區域從北到南共分為5大氣候分區:嚴寒地區、寒冷地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區、溫和地區。針對各區的氣候條件,門窗的熱工要求不一樣,對門窗的傳熱系數要求也有很大差異。隨著我國對于門窗節能的要求越來越高,很多大城市都有自己的門窗節能要求。

                      為了提高門窗的熱工性能,其核心原理就是降低從高溫區向低溫區的熱量傳遞,以減少熱量的流失。而熱傳遞是通過傳導、對流和輻射這三種方式來進行的,因此門窗幕墻的所有節能措施都是圍繞這三者來進行的。

                      門窗是一個綜合了各種材料的系統產品,整窗的傳熱系數Uw值跟玻璃、型材及中空玻璃間隔條三個因素相關,可以根據《建筑門窗幕墻熱工計算規程》JGJ/T 151中整窗Uw公式計算及滿足其相應要求。

                      行業中使用較多有美國LBNL熱工計算軟件。美國LBNL的整套熱工計算軟件:包括window5和therm5。THERM5是用有限單元法計算門窗框和玻璃邊緣穩態傳熱的軟件,計算所用的公式和方法基于《門、窗和遮陽裝置熱工性能—詳細計算》ISO 15099和《門、窗和百葉窗熱工性能—傳熱系數的計算》ISO 10077。THERM5計算的窗框性能數據可以導入WINDOWS5,與玻璃數據一起組成整個門窗或幕墻,計算綜合的性能數據。同時,THERM5也可單獨作為分析軟件,研究框材內部的傳熱模型,找出設計缺陷,提高產品性能。隔熱條企業有義務提供整窗或幕墻的熱工性能技術報告書并提出優化方案。

                      在進行節能門窗設計時,需根據不同門窗U值的要求選用合適的玻璃和型材、隔熱條。隔熱條的選擇需要根據計算、校核確定。常用的門窗U值、窗框的Uf值、玻璃與隔熱條的關系可參考表1。

                      表1 常用的門窗U值、窗框的Uf值、玻璃與隔熱條的關系

                      選型應滿足組裝工藝要求

                      隔熱條的設計選用除應符合隔熱條與型材的配合槽口設計要求的規定外,應滿足組裝工藝要求。

                      1、復合型材的設計包括隔熱條的正確選用以及鋁型材加工槽口的準確設計,其中鋁型材槽口的尺寸在《鋁合金建筑型材 隔熱型材》GB 5237.6中有推薦的標準樣式和尺寸。圖4為隔熱型材槽口標準樣式。

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

                      圖4 隔熱型材槽口標準樣式

                      2、為保證組裝后的質量,型材設計應注意的幾點:

                      1) 《鋁合金建筑型材 基材》GB 5237.1對于鋁型材要求受力壁厚應不小于1.4mm,但鋁材與隔熱條復合處,需要增加厚度,以保證復合型材的強度。鋁材與隔熱條配合的兩槽口之間的壁厚t(見圖5)必須不小于1.6mm,無空腔單壁的壁厚宜大于2.2mm。

                      圖5 壁厚要求示意圖

                      2)為保證復合后的鋁材保持精度不變形,與隔熱條配合的兩槽口之間應設計為鋁材同側兩槽口直接連接,不能騰空有下凹(圖6a)。

                      3)為保證復合型材能正常滾壓,鋁材槽口(圖4-6b)中D2處)不應設計有高出隔熱條滾壓槽口的結構 (圖4-6b)中D1處),如超出槽口水平面,則無法進行滾壓。

                      a)下凹缺陷示意 

                    b) 高出槽口缺陷示意

                      圖6 復合型材設計常見缺陷示意

                      4)因穿條機有齒輪設備間隙,故兩隔熱條內壁之間的距離(見圖7中d)盡可能大于8.5mm,如小于8.5mm而大于6mm,則只有采用人工穿條方式。如小于6mm,則無法穿條。

                      圖7 兩隔熱條內壁之間的距離示意

                      滿足正常啟閉及密封要求

                      隔熱條的設計選用應滿足門窗正常啟閉功能,應滿足能與密封膠條配合實現密封功能的要求。

                      1、選用T型隔熱條時,應保證窗扇開啟時T型條不與窗框鋁材磕碰。

                      2、選用T型隔熱條時,應保證與等壓膠條的搭接量(圖8 中d)不小于3mm.。

                      圖8 與等壓膠條搭接量的示意圖

                      隔熱條選擇要慎之又慎

                      聚酰胺隔熱條在歐洲已經有40多年的使用歷史,標準EN14024中有明確規定。在我國,PVC隔熱條和應用回收尼龍原料的隔熱條在市場仍有一定的占有率,這主要是因為PVC和回收尼龍等不合格隔熱條應用原料與鋁合金型材的線變形系數相差懸殊,從而在冷熱差異環境下的兩者變形量相差很大,隔熱條就會與在鋁合金型材中松動、脫離,再加上不合格隔熱條的強度及抗老化性能都很差,所以用不合格隔熱條復合加工成的斷橋鋁門窗質量及壽命都無法保證。這就是為什么許多斷橋鋁門窗在安裝僅僅半年后就出現開啟不暢、密封不嚴、逢雨滲漏、降溫結露等質量問題的結癥所在。歷史和實踐都證明了,節能鋁合金門窗、幕墻中的隔熱條選擇要慎之又慎,聚酰胺隔熱條滿足標準和用戶需求,應該深入推廣。

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