断桥隔热铝型材与塑料异型材的对比分析.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流断桥隔热铝型材与塑料异型材的对比分析.精品文档.断桥隔热铝型材与塑料异型材的对比分析摘要 通过对断桥隔热铝型材的一些基本性能的调查与分析,运用图示、表格以及理论计算等手段,对断桥隔热铝型材与中财ASA/PVC共挤型材节能性能及成窗造价成本进行差异化对比分析,以期能更好地为市场营销提供宣传亮点。关键词 断桥隔热铝型材 ASA/PVC共挤型材 加工工艺 传热性能 断热 成本分析 四滑道六密封前言随着国家各项节能政策推广力度的逐步加强,门窗节能也越来越受到房产开发与普通百姓的重视。人们从对建筑能耗组成的分析中发现,通过房屋外窗所损失的能量是影响建筑
2、热环境和造成能耗过高的主要原因。传统建筑中,通过窗的传热量占建筑总能耗20%以上,节能建筑中,墙体采用保温材料热阻增大以后,窗的热损失占比更是加大。而影响门窗热量损耗大小的因素很多,主要有:1)门窗的传热系数;2)门窗的气密性;3)墙比系数与朝向。目前人们普遍认可且普及较广的节能窗主要有两种:断桥隔热铝窗和塑钢窗。两者主要区别是采用的窗框材质、腔体结构设计和组装工艺不同。一、断桥隔热铝型材(1)断桥隔热铝型材的工艺简介:断桥隔热铝型材就是铝合金与高分子隔热材料相结合的新型门窗和幕墙建材。通过结合使铝合金型材的中央形成一道隔热夹层,进而实现“铝型材隔热”的目的。隔热断桥式铝型材主要有穿条式与浇注
3、式两种类型(也有的资料上将其称为三种类型)。根据断热铝型材的加工方法的不同,可以分为三种形式,如图1、图2、图3。图2浇注式图1穿条式穿条式:1. 要求型材挤压精度高,易出废品。2机械结合3要求尼龙条膨胀系数接近铝(2.310-5)浇注式:1. 浇后底面切除2接合强度高灌注式:1. 灌注后撕去壁2接合强度高 灌注式图3表1:三大加工方法的一些情况对比表加工方法主要原材料工艺特点目前使用情况穿条式(插条式)带强化玻璃纤维的聚酰胺尼龙条(PA66)、以及PVC原料要求型材挤压精度高,同时要求尼龙条膨胀系数接近铝(2.310-5),铝型材与隔热断桥之间依靠机械结合,易出废品。适合于欧洲建筑风格-小窗
4、型,而我国多为大窗型。浇注式聚氨脂(聚酰荃甲酸工脂)浇后底面切除,接合强度高。以美国亚松技术为代表,在美国已应用了40多年,目前中国也得到更广泛应用。灌注式灌注后撕去壁,接合强度高。(注:更多的时候,我们将浇注式与灌注式合称为浇注式加工工艺。)穿条式断桥隔热铝型材是由两个隔热条将铝型材内外两部分连接起来形成的,从而阻止铝型材内外热量的传导,实现节能的目的。目前正规的隔热条是PA66,为了追求表面美观和精度,用PA66尼龙加超细玻璃纤维是国外隔热条的共同特点。超细玻璃纤维,抗拉强度差只有60N/mm,而且价格昂贵;国内把PA66加普通玻璃纤维作为主攻方向,已经取得一定的突破。在这里给出有关 PA
5、66的性能指标如下表:表2:PA66(带强化玻璃纤维的聚酰胺尼龙条)性能指标项目25玻璃纤维增强尼龙66拉伸强度(MPa)170断裂伸长率()4拉伸强度模量(MPa)8680弯曲强度(MPa)133热变形温度()252线性膨胀系数(10-5/k)2.38热分解温度()300耐紫外光性能良好耐有机溶剂性能优浇注式断桥隔热铝型材隔热节能技术上世纪30年代后期起源于美国,这项技术是把高分子聚合物和铝型材混合使用,达到阻热节能效果。(2)浇注式与穿条式断桥隔热铝型材的对比分析1.1 基本性能对比表3:断桥隔热铝型材基本性能对比表聚氨酯浇注式铝型材穿条式铝型材铝材强度高低(因需压合,硬了容易断裂)隔热桥
6、强度大(横径8mm)小(横径2mm2)型材横截面积小大单位重量出材率高低热膨胀系数较小较大(指PVC)可塑性可以制成各种异型门窗形状受限制隔热性能二者相近二者相近内外双色二者相同二者相同制作门窗的挡光面小且清秀美观憨大1.1.1 强度对比聚氨酯浇注式断桥隔热铝的铝型材由于一次性挤出,这样减少了工艺缺陷,再加上一次性把聚氨酯浇注到铝型材隔热槽内,固化形成聚氨酯隔热桥,由于聚氨酯的高粘合性,聚氨酯隔热桥与铝型材完全成为一体,无须压合,所以铝材的强度高。聚氨酯本身的强度比较高,而且隔热桥横截面积大,所以浇注式隔热桥的强度大于穿条式。这样使得浇注式断桥隔热铝型材总体强度大于穿条式。穿条式断桥隔热铝型材
7、本身是通过两次挤压成形的,之后把隔热条穿到两块铝型材的工艺槽内,再经过辊压。使得材料的内部组织有变化,产生应力使型材的整体强度差,甚至产生明显的裂纹使之成为废品。1.1.2 型材横截面积对比 聚氨酯浇注式断桥隔热铝型材结构紧凑,小巧美观;穿条式断桥隔热铝型材由于要经开齿、辊压工艺,它的截面积非常大,看起来臃肿、肥大。1.1.3 型材出窗率对比型号及长度相同的穿条式与聚氨酯浇注式断桥隔热铝型材相比,穿条式的横截面积大,米重大于浇注式,这样它的出窗率就小于浇注式的断桥隔热铝型材约13%,制造1平方米门窗大约多消耗1公斤型材。使用浇注式隔热铝型材制做门窗,每平方米节约铝材成本29元(断桥隔热铝型材售
8、价按29000元/吨计算,下同)。1.1.4 可塑性(窗型)对比目前,异型门窗的呈现形式越来越多,做异形门窗要求型材的可塑性一定要好。聚氨酯浇注式断桥隔热铝型材可以加工成任何形状的门窗,包括圆弧窗;而穿条式由于隔热条与铝型材的连接不牢固,当铝型材形变大时,隔热条易从铝型材的连接槽内脱出,这样它能制作的窗形就受到限制。1.1.5 隔热对比聚氨酯浇注式断桥隔热铝型材在长时间的试验与实践中都表现的令人满意,它在室外-20的情况下,室内仍保持18左右。穿条式在室外-20时,室内保持在8上下。可以看出浇注式比穿条式的隔热性能好。1.2 型材成本对比铝材按20000元/吨计,PVC隔热条按8000元/吨,
9、PA66隔热条按30000元/吨,聚氨酯浇注胶按22000元/吨。铝的密度为2.7g/cm3,PVC的密度为1.4 g/cm3,PA66密度为1.3 g/cm3,聚氨酯的密度为1.2 g/cm3,通常浇注腔的宽度比穿条腔的宽度小0.8cm ,一般内外壁厚为0.15cm,中间的厚度为0.12cm。型材长度按600cm计。1.2.1 浇注式铝型材每根比穿条式节省铝材成本为每根节省铝材重量:0.8cm (0.15+0.12+0.12+0.15)600cm2.7 g/cm3=699.9g=0.7kg,每根节省铝材成本:0.7kg20元/kg=14元/根1.2.2 穿条用量为条厚为0.2cm,条宽为1.
10、5cm,长为600cm(1) 每根铝型材PVC穿条用量:(0.21.5) 26001.4 g/cm3=504g=0.5kg每根铝型材PVC穿条成本:0.5kg 8.00元/kg=4.00元/根(2) 每根铝型材PA66穿条用量:(0.2 1.5) 2 6001.3 g/cm3=468g=0.47kg 每根铝型材PA66穿条成本:0.47kg 30元/kg=14.1元/根1.2.3 聚氨酯的用量为:每根铝型材聚氨酯用量:1.1cm0.8cm1.2g/cm3600cm/根=633.6g=0.6336kg/根每根铝型材聚氨酯成本:0.6336kg/根22元/kg=13.94元/根1.2.4 浇注式铝
11、型材比PVC穿条式每根节省:14元/根(13.94元/根4.00元/根)=4.06元/根1.2.5 浇注式铝型材比尼龙66穿条式每根节省: 14元/根(13.94元/根14.1元/根)=14.20元/根经过以上综合比较分析,可以证明浇注式隔热铝型材总体性能优于。但市场上生产穿条式的铝材不在少数。有专家也指出,有了断热设计的铝材,不等于就能制成好的保温窗,关键在于窗的结构设计,即组成窗后,保证“断热”的连续性并成封闭环形和环形连续密封。这个原则对设计推拉窗来说更为关键。如果成窗虽用断热铝材制作,但是不是连续断热的,还能形成热通道的,就无法作到真正的保温节能。二、断桥隔热铝型材和塑料型材的成窗隔热
12、性能对比2.1断桥隔热铝合金窗的隔热性能计算塑钢门窗具有强度高、耐冲击的特点,它的耐候性好,适用范围可达零下40摄氏度到零上70摄氏度,不脆化、不变色,使用年限可达50年以上;它的隔热性好,热传导率低,节约能源。同时,塑钢门窗还具有优良的耐腐蚀性、气密性、水密性、隔音性和阻燃性,它电绝缘性能优于其他门窗材料。另外,塑钢门窗还具有外观精致、不需着色、安装简便、使用轻巧、保养容易等特点,已成为今后门窗材料发展的主要方向常用各种窗户传热指数窗户框/玻面积比传热系数Kw/(m2k)单玻双层中空玻璃Low-E中空玻璃PVC塑料窗3:74.702.431.78断热铝合金窗3:75.463.302.32普通
13、铝合金窗3:76.204.143.06我国目前民用建筑门窗主要是以塑钢、断热铝合金、铝合金门窗为主。铝合金门窗由于其保温及节能效果太差,在能源日益短缺的现状下,最终会被其他门窗产品所取代。塑钢门窗和断热铝合金门窗是目前保温和节能效果较好的,并是在目前被广泛使用的产品,哪一种产品更适合我国的建筑特点,下面就塑钢门窗和断热铝合金门窗性能做一些比较。门窗产品的型材材性和断面形式是影响门窗保温性能的重要因素。金属与非金属的热工特性差别很大,与型材传热能力密切相关的材料导热系数(W/mK)导热系数越大传热能力越强。铝为203,PVC塑料为0.14,两者相差1000多倍。从保温角度讲,型材断面最好设计为多
14、腔结构,腔壁垂直于热流方向分布,因为型材内的多腔结构对通过的热流起到多重阻隔作用,腔内传热(对流、辐射和导热)相应被削弱,特别是辐射传热强度随腔数量增加而成倍减少。现在的塑料PVC型材和断热铝合金门窗型材都是多腔结构,但铝型材保温效果并不理想,其一是铝材导热性能太好,断桥长度偏小(断桥长度不宜小于15mm),而我国目前一般断桥长度为5mm;其二是断热不彻底,主要是使用五金配件与铝合金断热型材不配套,装上五金件后又形成里外连通,导致传热能力加强,同时连接部位为螺接也导致了断热铝合金门窗的保温及密闭性能很差。从环境保护角度讲,两种门窗型材的米重基本相同,单位重量的PVC能耗只是钢的1/8,铝的1/
15、16。而且因为PVC树脂是热塑性材料,因此可以反复加热成型,成为新的制品,循环使用,符合环保要求。在回收重复利用时不需要如铝型材重新冶炼、铸锭,只需将型材破碎后,即可当做原料使用,能耗极少。这一点对于我国资源短缺的情况十分有利。断桥隔热铝合金窗主要由铝框架和玻璃组成,组成后窗的K值为,(公式)标准测K值未考虑窗漏气问题,实际使用的K值还应加上气密性能的热损失。即:K(实际)=K+qn上式 K门窗的传热系数W/(K) KG玻璃部分的传热系数W/(K) KA窗框架部分的传热系数W/(K) FG玻璃部分的面积 FA铝窗框架部分的面积 qn气密性能等级的热损失2.1.1 KA传热系数 一般空腔铝型材成
16、窗传热K=6 W/(K)左右。要减少框的传热系数,就要把框、扇做成用非金属隔热材料将其隔断的“隔热”型材,断开尺寸宽度越大隔热效果就越好。目前隔热材料是采用与铝型材热膨胀系数接近的尼龙-66,以减少其热应力;其高度尺寸有各种规格,通常用12mm的隔热条较多。其热导率=0.35 W/(K)。假设型材断面如下:型材有三个部分组成,二个空心铝型材中间夹两片尼龙-66隔条,型材在72宽的断面上,仅有两个壁厚1.5可导热,再由两片壁厚为1.8的尼龙条传热至24宽的另一铝型材上;同时,以两隔热条之间的宽度为13为例,则KA为:(公式2)上式:RSI-内表面热阻值(通常情况下取0.123 W/(K); A-
17、铝型材热导率200 W/(K); Ra-空气腔热阻值; p-尼龙-66隔热条热导率0.35 W/(K); RSo-外表面热阻值;外表面热阻值RSo取决于室外风速,如下表:表4:外表面热阻与室外风速关系表表面风力种类风速(m/s)EhrW/(K)hcoW/(K)RSo=1/(Ehr+hco)(K)/W窗、墙面低速风0.74.148.70.08中速风2.014.00.055高速风6.030.40.03空气腔热阻值Ra取决于表面间的对流换热与辐射换热,其标准值见下表:表5:空气腔热阻与表面间的换热关系表空气腔的宽度表面辐射率热阻值Ra(K)/W水平热流或上行热流下行热流5高低0.110.180.11
18、0.1820高低0.180.330.211.06 根据建筑情况,从表中可取各种数据,代入上述公式,即可求出KA值。若取: RSI=0.123 W/(K); A=200 W/(K); Ra=0.18(K)/W; p=0.35 W/(K); RSo=0.055(K)/W; 代入上式得:KA=3.1 W/(K)。由于取值不同,KA值在3 W/(K)左右,故一般12断热铝型材K值在3 W/(K)左右。2.1.2 玻璃的传热系数KG玻璃占门窗面积的7080%,除安全性、建筑艺术性外,选择采光量、控制热量和隔音量是主要问题。表6:玻璃的传热系数KG玻璃类别KG W/(K)玻璃类别KG W/(K)普通玻璃5
19、.8三层中空玻璃8mm双空间间距10mm2.2中空玻璃6mm空间距8mm3.4三层中空玻璃10mm双空间间距16mm2.1中空玻璃8mm空间距10mm3.2LOW-E中空玻璃间距6mm2.3中空玻璃10mm空间距16mm3.0LOW-E中空玻璃间距12mm1.6三层中空玻璃6mm双空间间距8mm2.42.1.3 空气渗漏的热损失qn根据现行标准GB/T8484-2002检测保温性能分级时,采取缝隙密封后测量,实际缝隙漏气的热损失是很大的。按下式计算,设比热为0.28,1m3室外为0,室内为20。空气密度为1.16Kg/ m3时得:Q=0.28(Th-TL)1.161=6.5W若同样的窗,气密如
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