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塑料窗对型材热工优化的要求(一)

来源:中国门窗＆配套材料网收集整理　作者:张尔恕　日期:2006-4-14
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　　建筑业经常要求他们使用的建筑材料具有较高的能效其中也包含了对窗户制造商提出的要求,要求他们不断的优化其出产的产品。这些努力包括改善玻璃系统的热工性质，具体的说，例如采用低辐射功能的金属镀膜.或用稀有气体填充的双层充气玻璃。而窗框的热工性能对整窗的隔热性能的影响也是不可低估的，特别是在窗框面积占整体

　　建筑业经常要求他们使用的建筑材料具有较高的能效其中也包含了对窗户制造商提出的要求,要求他们不断的优化其出产的产品。这些努力包括改善玻璃系统的热工性质，具体的说，例如采用低辐射功能的金属镀膜.或用稀有气体填充的双层充气玻璃。而窗框的热工性能对整窗的隔热性能的影响也是不可低估的，特别是在窗框面积占整体面积达50%的小窗户更为此。塑料与其他型材相比更适合作窗框，这是因为它具有良好的隔热性能，而且因为多腔型材的可挤出性，因而价格也具有优势。因此，在热工方面它具有十分明显的优点。

　　塑料与传统的结构材料，如木材和铝型材相比，其刚度有明显的不足。借助于加强衬钢可以改善型材的刚度，但它又带来难以接受的副作用:即它又是一个良导热体。在多数情况下，这种加强衬钢甚至于起了这样的作用:在塑料型材的大部分截面上起到了冷桥的作用。于是这种加强衬钢会影响到塑料窗框型材热工最大优化。

　　热能的传导问题
　　在窗框热能传导问题的机理来看，它可分为热传导、对流和辐射三方面。

　　热传导的理念可表达为，由于不均匀温度的分布导致原子和分子的往复运动而引起的能量输送。由于塑料实际不存在如金属材料或在某种条件下呈现的半导体那样，存在为传导机制所必须的自由电子，所以塑料既是一个不良的电导体，也是一个不良的热导体。塑料的传热系数平均值在0.15-0.5 w/mk之间。

　　对流是通过物质的传输所实现的热传递，与强制式对流相反，自然对流是由于温差导致的密度差从而引起的流体的运动。

　　热传导和对流形成的热传递是要通过物质得以实现.而由于辐射而引起的热传递，与强制式对流相反，自然对流是由于温差导致的密度差从而引起的流体的运动。

　　热传导和对流形成的热传递是要通过物质得以实现，而由于辐射而引起的热能转换则要通过电磁波实现。塑料的辐射率(或放射率)一般情况下大约为0.9。塑料具有如此高的辐射率的原因之一是塑料含有一非常细小的结晶体。另一方面，塑料还具有一种深辐射现象。情况说明塑料不仅在表面具有放射功能，而且在其表面下面塑料分子还具有放射能。塑料中通常使用的填充物料白垩，也是PVC工程材料中的混合填充料，用以降低成本，同时它还起了降低深辐射的作用。

　　改善的潜力
　　为了优化按传统做法的插人加强衬钢的塑料型材组成的塑料窗框的热工和机械性质，比较好的办法是改变塑料型材空腔的几何特征。为此目的，我们在尽量减少空腔数量的前提下，优化其保温效果。在选择空腔宽度时，应考虑到对流因素和因射引起的热传导;为防止在腔内产生对流，腔宽不应超过8mm，至于影响到热传导的辐射因素，它的数量大小大体和腔的宽度大小呈线性比例关系。因此，要尽量减少空腔的宽度。除了型材的空腔数量以外.空腔的形状也有相当的影响。它对减少热传导中的辐射部分有相当作用。此外，空腔的内肋(或内璀)导热性很小，由于划材中的内肋一般处于等温线上，所以其导热性也较小。据此，它越是和热绝缘方向垂直交叉，则热绝缘的效果就越好型材空腔的形状还会影响到型材的辐射系数。辐射系数是从一个空腔表面发出.到另一个表面的辐射值。

　　所谓优化结果就是在给定的窗型材框基础上得出的几何形状，图l示出国际通用的窗型材截而上的等温线，图2示出其热流图。由上述图可见这类窗型材的结构存在明显的缺点:窗框中热流最大的地点在材中的横筋和窗扇挺下方的限位器(即夹持窗扇密封条处)处。而型材中的斜筋和下方弯曲部分的限位器处，其传热却较少。因为这些地方传热线路比较长。在靠近外测，即靠近排出冷凝水的倾斜的内肋中的热流也明显减少、所以.要想改进其热工性能须从改造靠外侧的空腔着手。

　　在窗框和窗扇梃之间的范围内有很高的热流，其原因是在型材的角部和未经优化设计的窗框与窗扇之间形成的空间中积存了较高的热量。在窗扇方面，窗扇中的横肋和放有加强衬钢的大腔，对热传导起着决定性的作用。

图1、国际通行的（用作对照的）原窗框：PVC型材截面上的等温线

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