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浅谈节能型塑料门窗型材断面设计

发布时间:2007-05-01
 

叶  磊

    目前我们国家已把建筑节能作为建筑技术进步的重要组成部分,而建筑物的围护结构(门窗)是建筑物的主要能耗部分,门窗能耗占建筑物能耗的40%~50%。正因为如此,塑钢门窗很快以其优良的保温隔热性能成为建筑中的首选门窗。但普通塑料门窗在严寒地区实际使用中存在的问题是有目共睹的,如保温性能差,结露、结霜、淌水,温差变形,气密、水密不佳等等问题。如何保证塑料门窗在严寒地区满足使用要求,节能型塑料门窗型材断面设计显得尤为重要。
              节能型塑料型材断面的方法
   1、主型材空腔及筋的设计
   节能型塑料异型材最重要的性能之一就是保温隔热性能,从型材断面来看,双腔型材由于密闭的空间多于单腔型材,其保温隔热性能优于单腔型材,而三腔型材的节能性能好于双腔型材。同理,单就窗节能效果来看,四腔型材优于三腔型材,通过理论计算,三腔结构型材传热系数2.20W/m2K,四腔结构型材传热系数1.60W/m2K,可以看出四腔结构型材比三腔结构型材传热系数有所降低,有效的阻隔了塑窗的冷桥现象,非常符合严寒地区的节能保温要求,并且增加腔室对型材本身加强有益。但空腔过多,型材重量增加,成本也随之增加。因此型材空腔及筋应综合考虑各方面因素来设计。
   在主型材断面设计时,通常要保证异型材的保温腔、排水腔、型钢腔三个腔室(见图一)主要是因为:
   ①保温腔:
   窗框的热量传递是室内外的冷热空气通过型材内腔的封闭空气腔来完成的。禁止空气的导热系数很低,增加窗框的隔离腔,是提高热阻的有效途径。腔室的设计须有利于阻断热流,把型材沿热流的传导方向分割成二腔三腔,使冷热对流速度相对减慢,可有效地降低型材的导热系数,提高保温性能,同时保温腔内还可根据需要填充保温材料。
   ②排水腔:
   型材排水系统的设计关系到雨水能否顺利及时排出去,是衡量门窗能否经久耐用的重要指标。在窗框、中梃、窗扇上设计专门的排水腔和气压平衡孔有利于雨水顺利排出。
   ③型钢腔:
   合理主型腔与其内增强型钢配合可有效抵御外力(风压和玻璃重量)作用而产生的变形。

  2、玻璃压条的设计
   窗户的绝大部分面积为玻璃,约占面积的65-80%,是隔热保温的关键。从单层玻璃到双层玻璃,窗户的传热系数降低接近一半,玻璃本身的热阻微不足道,在双玻或三玻间形成的空气层是热阻增加的原因。双层玻璃或三层玻璃的传热能力还与玻璃间距直接有关,玻璃层数不同传热系数也不同,因此,在设计节能型塑料门窗异型材时应尽量考虑使用双玻或三玻。然后根据玻间距,设计满足要求的玻璃压条,一般在严寒地区三玻厚度为30-36mm。
   3、框扇搭接密封形式的设计
   针对节能型型材的设计,我主要谈谈三层密封型材框扇搭接密封形式的设计,所谓三层密封是指利用胶条在原有的双层密封中间位置再增加一道密封,从而使框扇搭接部分形成两个腔室即排水腔和保温腔。目前,国内国际市场上节能型塑料异型材流行三腔或四腔三玻三密封的型材大致有两种,如图二(国内还有其它一些形式的三层密封窗,其原理基本相同),一种是采用扇部胶条密封形式,另外一种为框部胶条密封形式。其中框部胶条密封形式的配置与扇部胶条密封形式相比;其固定窗的实现要比后者简便,容易,但前者对胶条的质量要求较高,扇部胶条密封形式在制作固定窗时,通常需进行“Y”型焊接或铣去框上的密封凸台部分。

  扇部胶条密封形式采用了斜面式压紧方式,当窗扇关闭时窗扇上中间胶条与窗框上密封凸台紧密接触,且窗扇的重量可通过密封凸台将窗扇重量分解,大部分传递给窗框,小部分传递给窗扇,减轻了五金件的承重负担。采取中间部位密封凸台斜面式密封,其胶条在扇上,并有胶条附框起支撑作用,不易损坏,对保持窗的保温性有着重要的作用。
   4、部分标准尺寸部位的设计(见图三)
   (1)a- 搭接量,b-框扇间隙;
   a、b 两值共同决定平开窗的密封性能。通常采用a 值≥8mm,b 值3-4mm 目前我国型材厂家生产平开窗系列一般满足这两值要求。
   (2)c- 五金件活动空间,d- 五金件中心线到窗框表面距离;
   c、d 两值是选用五金件的依据。一般欧式型材生产厂家平开窗系列满足二值要求,通常选用c值为12mm,而d值为9或12mm。
   (3)f-标准系列
   f值为平开窗标准系列,一般有50、60、65 等系列。f 值取值直接决定着门窗抗风压性能。f 值增大,框、扇型材内腔增强型钢高度也增大,有利于提高塑钢门窗的抗风压性能,但f值过大使型材断面增大,材料消耗增大,成本提高。通常为保证三层密封的功能尺寸,f值选用65-75mm。

   1、断面设计应符合国家与行业标准
   我国目前执行的标准有GB8814-1998,JG/T3017和JG/T3018 及其它配件的标准。
   2、断面设计应符合挤出成型工艺要求
   一般型材断面要求壁厚均匀无尖点,转角形状应平滑过渡,内筋不宜过多且其壁厚应小于或等于外壁厚的80%。
   3、断面设计应满足强度的要求
   合理的主型腔设计和增强型钢的使用能有效抵御外力,便于安装五金件,型材内主型腔的大小是影响成窗抗风压能力的关键,在型材设计时,应分析所开发型材主要使用对象,根据其使用环境确定型腔大小。如将双玻变成三玻窗,要校核窗框是否能满足刚性要求,保证窗框不变形,不扭曲。
   4、断面设计应满足组装与安装的要求
   平开的窗框异型材一般是“L”型,一臂安装固定铁件,另一臂安装玻璃、密封条、玻璃压条等。平开窗扇一般是“z”型,左右各有一个中空肋,分别装框扇之间密封条与装玻璃的密封条。
   5、断面设计应体现优美造型
   断面设计在满足强度要求的前提下应体现优美的造型(流线型、圆弧、斜面、曲面等),使窗立面显得线条流畅,美观大方,同时在满足各项物理力学性能的前提下,要尽量减少型材宽度和厚度,以提高透光率、降低成本。
   节能型塑料门窗型材断面的设计涉及面广,尚无一套成熟的理论指导,我们必须坚持理论与实践相结合,重视吸收,不断总结与创新,才能开发出能符合地区特点和不同要求的新型断面,从而推进塑料门窗新品开发工作向前发展,使得中国的塑料型断面设计理论日趋成熟。

 


                         原载《塑料门窗》2006.2

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