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阿城中空暖邊條技術(shù)
中空玻璃由美國人托馬思·司特森發(fā)明,1865年獲得專利。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與今天的中空玻璃雖然有所不同,但是卻很接近了。中空玻璃出現(xiàn)之前,人們使用的多為雙層玻璃窗,由于當(dāng)時(shí)窗戶的氣密性較差,人們不得不花一定的時(shí)間來擦洗兩片玻璃之間的污物。中空玻璃的發(fā)明主要是為了迎合人們減少擦洗玻璃的勞動(dòng)的需要。當(dāng)時(shí)的結(jié)構(gòu)為兩片玻璃,中間使用繩子或木條來間隔外面采用焦泥來密封。這種中空玻璃的缺點(diǎn)在于密封性差,內(nèi)部沒有干燥劑,玻璃空腔內(nèi)的空氣是不干燥的。在以后的大約100年的漫長歲月里,中空玻璃的發(fā)展是十分緩慢的,只在局部結(jié)構(gòu)方面得到了某些改進(jìn)。從上個(gè)世紀(jì)60年代起,現(xiàn)代中空玻璃材料的逐步出現(xiàn)和廣泛使用,包括鋁金屬間隔條、有機(jī)密封膠(從單道密封為主到今天的雙道密封占主導(dǎo)地位)和3A分子篩,才使得中空玻璃的密封性能得到徹底的改善,形成了目前的中空玻璃結(jié)構(gòu)。
鋁金屬間隔條的應(yīng)用使中空玻璃的現(xiàn)代生產(chǎn)成為可能,但另一方面,卻是以犧牲中空玻璃的節(jié)能性為代價(jià)的,這是由于鋁金屬間隔條的導(dǎo)熱系數(shù)大,形成能源損失的通道。為了解決中空玻璃邊部的熱損失問題,暖邊間隔條應(yīng)運(yùn)而生,在發(fā)達(dá)******得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì),1990年冷邊中空玻璃占市場份5mmYST-018036602440的85%,暖邊僅僅占15%,但是到了2000年,暖邊上升到80%,冷邊則下降到20%。暖邊概念:任何一種間隔條只要其熱傳導(dǎo)系數(shù)低于鋁金屬的導(dǎo)熱系數(shù),就可以稱為暖邊。暖邊可以采用三種方法得到:
(1)非金屬材料,如超級間隔條、TPS、玻璃纖維條;
(2)部分金屬材料,如斷橋間隔條、復(fù)合膠條;
(3)低于鋁金屬傳導(dǎo)系數(shù)的金屬間隔條,如不銹鋼間隔條。
可見發(fā)達(dá)******有關(guān)暖邊的定義是十分寬松的。由此,我們可將其按節(jié)能的性能分為以下三大類:低性能、中等性能和高性能間隔條。
(1)低性能間隔條的特點(diǎn)是含有部分金屬或采用比鋁金屬導(dǎo)熱系數(shù)低的金屬。采用NFRC(美國******門窗等級評定委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)窗,低性能間隔條對整窗的U值改善程度為0.06。
(2)中等性能間隔條的特點(diǎn)是含有部分金屬或采用比鋁金屬導(dǎo)熱系數(shù)低的金屬。采用NFKc(美國******門窗等級評定委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)窗,該類間隔條對整窗的U值改善程度為O.11。
(3)高性能間隔條的特點(diǎn)是采用非金屬材料,因此導(dǎo)熱系數(shù)大大低于鋁金屬。采用NFRC(美國******門窗等級評定委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)窗,高性能間隔條(如超級間隔條)對整窗的U值改善程度為0.2。
暖邊間隔條和65%的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。超級間隔條是暖邊中******不含有金屬、內(nèi)含3A分子篩、具有微孔結(jié)構(gòu)的彈性硅酮間隔條,不但導(dǎo)熱系數(shù)低(僅僅為鋁金屬的1/950),從而改善中空玻璃的整體節(jié)能效果,而且還有利于延長中空玻璃的密封壽命,同時(shí)提高生產(chǎn)效率。
1、導(dǎo)言
對中空玻璃而言,暖邊技術(shù)已成為一個(gè)工業(yè)詞匯。在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展之后,中空玻璃的結(jié)構(gòu)都基本相似,但隨著材料科學(xué)的發(fā)展,玻璃的物理化學(xué)性能得到很大的改進(jìn),鍍膜玻璃以及各種高分子材料的組合應(yīng)用,使得中空玻璃的隔熱性能產(chǎn)生很大的變化,能滿足各種不同場合的需要。發(fā)達(dá)******都能根據(jù)具體的使用要求設(shè)計(jì)出各種類型的中空玻璃,并不斷開發(fā)出暖邊間隔物的新品種。我國建設(shè)部也已把中空玻璃列為推廣應(yīng)用的建材節(jié)能產(chǎn)品之一,這使我國中空玻璃的研制和生產(chǎn)面臨著良好的發(fā)展機(jī)遇。
本文介紹當(dāng)前世界上中空玻璃暖邊技術(shù)的進(jìn)展,并對各種暖邊間隔物進(jìn)行評述。
2、暖邊技術(shù)的產(chǎn)生
中空玻璃由兩片或兩片以上的玻璃板組合而成,玻璃板之間用邊緣密封系統(tǒng)進(jìn)行間隔,中間充以氣體。玻璃板可以是普通平板玻璃、鋼化玻璃或Low—E玻璃,這根據(jù)中空玻璃的使用地點(diǎn)及所起的作用而選定。玻璃板之間的氣體必須干燥,可以是空氣、氬氣或其他特殊氣體,內(nèi)用分子篩保持氣體干燥。邊緣密封系統(tǒng)種類繁多,主要為間隔條(框)、密封膠和分子篩。間隔條在兩層玻璃之間,起分隔玻璃板的作用,四周用密封膠進(jìn)行封邊,使玻璃粘合在一起,并防止層內(nèi)氣體外溢。
當(dāng)中空玻璃兩側(cè)有兩種不同溫度的流體時(shí),通過其中間部分和邊緣部分的熱量大小是不同的(圖1)。熱量通過玻璃板的方式都是導(dǎo)熱和輻射,其熱阻也相同。被間隔的氣體主要產(chǎn)生導(dǎo)熱,也可能發(fā)生對流換熱。中空玻璃的隔熱能力主要來自密封著的空氣層,在溫度為20℃時(shí),空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.026W/m·K,而普通透明玻璃板的導(dǎo)熱系數(shù)為0.76W/m·K,其比值為l:29。中空玻璃密封的空氣層內(nèi),對流換熱所占的份額較小,基本為導(dǎo)熱方式,所以能較大程度地提高中空玻璃的熱阻。
在中空玻璃的邊部,由于密封系統(tǒng)與玻璃板緊密接觸,所以是多層平壁之間的傳導(dǎo)傳熱。間隔條材質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)對熱阻的影響極大,朂初使用的鋁質(zhì)隔條導(dǎo)熱系數(shù)大,熱阻校對中空部分而言,空氣層厚度與間隔條尺寸接近,所以它們的熱阻之比也近似于它們導(dǎo)熱系數(shù)的比值。純鋁的導(dǎo)熱系數(shù)為202W/m·K,鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)——般也在130~150W/m·K,所以,邊部的熱阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于中間部分。圖2表示使用不同間隔物時(shí),中空玻璃邊部溫度的變化。
冬天時(shí),建筑物中空玻璃其四周部分的熱阻小,溫度下降明顯。由于室內(nèi)具有一定濕度,空氣中的水分碰到較低溫度的玻璃板就被冷凝,在中空玻璃的邊緣產(chǎn)生結(jié)露結(jié)霜現(xiàn)象,這既影響美觀,又對密封材料造成損害。
為改善中空玻璃四周部分熱阻過小、容易結(jié)露結(jié)霜現(xiàn)象,研究方向集中在間隔條材質(zhì)和間隔條形狀的熱性能上。結(jié)果表明,采用導(dǎo)熱系數(shù)較低的材料替代傳統(tǒng)的鋁質(zhì)間隔條,能使內(nèi)層玻璃周邊溫度比過去高,避免內(nèi)層玻璃邊緣處的結(jié)露。
因此,導(dǎo)熱系數(shù)小的各種材料以及各種形狀的間隔條被大量研制出來,于是出現(xiàn)暖邊技術(shù)這一術(shù)語。
3、暖邊間隔系統(tǒng)的種類
中空玻璃間隔系統(tǒng)基本上可分為兩大類:一類為低導(dǎo)熱系數(shù)的金屬框與密封膠組成的剛性間隔,另一類是以高分子材料為主制成的非剛性間隔條。
在1995年前,主要是鋁質(zhì)間隔框。暖邊技術(shù)產(chǎn)生之后,暖邊間隔系統(tǒng)占據(jù)了整個(gè)北美市場的82%左右,其中剛性間隔占據(jù)54%,主要為U型的不銹鋼材料;非剛性間隔占據(jù)28%,如Swiggle膠條以及其他含干燥劑的聚硅酮發(fā)泡產(chǎn)品。剩下的18%仍然是鋁質(zhì)間隔框。
3.1框架式剛性間隔系統(tǒng)
由于不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)大大低于鋁,用不銹鋼材料替代鋁質(zhì)間隔條,它們的導(dǎo)熱系數(shù)之比為1:11,所以可改善中空玻璃邊部熱阻過小的狀況。美國PPG公司的產(chǎn)品Intercept,先用不銹鋼帶壓制成槽型,然后在槽內(nèi)鋪上含分子篩的膠泥,接著在邊部涂層膠,再折框,朂后合片。其特點(diǎn)是折框設(shè)備全自動(dòng),生產(chǎn)速度快,適合生產(chǎn)批量大、規(guī)格簡單的民用建筑的中空玻璃。
該間隔系統(tǒng)能提供足夠的強(qiáng)度以保持玻璃片平整,防止絕緣氣體外溢和濕氣進(jìn)入,其關(guān)鍵技術(shù)是密封膠。中空玻璃在使用期間面臨著來自外界的溫差、氣壓、風(fēng)荷載等影響,因此密封膠既要保證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,還要防止外來水汽滲透進(jìn)入中空玻璃的空氣層內(nèi)。
對密封膠的性能要求主要有與基材(玻璃、間隔條)的粘接能力、在使用環(huán)境下的耐水性、抗太陽光紫外線照射能力、耐高溫性和耐低溫性。要求密封材料在膨脹收縮的動(dòng)態(tài)下不開裂老化。
密封膠可分外兩大類:結(jié)構(gòu)密封和低水汽滲透率密封(lowMVTsealants)。用于結(jié)構(gòu)密封的主要為熱固性材料,如聚硫膠、聚胺脂膠和硅酮膠等,它們增強(qiáng)了中空玻璃的穩(wěn)定性,都具有較高的模量值。但氣密性差,抗水汽滲透率差,一般大于15g/㎡.d,硅酮膠達(dá)到50g/㎡.d。低水汽滲透率密封主要為熱塑性材料,常用的為聚異丁烯(PIB),水汽滲透率小于lg/㎡.d。由于是熱熔性的,其操作溫度為150℃左右。
密封技術(shù)與暖邊產(chǎn)品的關(guān)系密切,不同的暖邊產(chǎn)品有其相應(yīng)的密封工藝。它們都影響到中空玻璃的質(zhì)量,也與其隔熱功能密切相關(guān)。
3.2條狀式非剛性間隔系統(tǒng)
由于高分子材料導(dǎo)熱系數(shù)小,所以采用熱固性材料做間隔條得到很大發(fā)展。TruSeal公司的Swiggle膠條將干燥劑與塑料做成一體,中間嵌以波紋狀金屬隔片,在我國很普遍。其另一產(chǎn)品Insuledge是非金屬的矩形管狀隔條,中間是波紋狀管形內(nèi)芯,波紋可抗壓,又能適當(dāng)伸展。外面套一矩形管狀箔片,以增強(qiáng)間隔條抗水汽滲透的性能,邊部膠層防濕汽,內(nèi)層含有干燥劑,造型美觀,單道與雙道密封均可。其特點(diǎn)是用中空取代了固體材料或發(fā)泡材料,充分利用了空氣導(dǎo)熱系數(shù)小的特點(diǎn),強(qiáng)度則通過波紋管得以增強(qiáng)。其間隔空間為13mm,導(dǎo)熱系數(shù)為0.08W/m·K,水汽滲透率為0.098H2O/㎡.d。產(chǎn)品DuraSeal可適用于雙層、三層的中空玻璃,用熱壓方法密封,一步制成,間隔空間為6~18mm。
Edgetech公司的產(chǎn)品SuperSpacer與其他用丁基橡膠包裹不銹鋼或鋁質(zhì)間隔條的暖邊產(chǎn)品不同,它是完全用高絕緣的熱固性材料制成的膠條,不含金屬。是一種含有干燥劑、具有抗壓縮功能的聚硅酮發(fā)泡產(chǎn)品,內(nèi)含上百萬個(gè)微型氣泡。其導(dǎo)熱系數(shù)與鋁的比值為l:950,與不銹鋼的比值為1:85。
一般而言,含有金屬的剛性間隔框比較硬,對自然的膨脹和收縮會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力,導(dǎo)致密封失敗。該產(chǎn)品盡管由熱固性材料制成,但能抵抗風(fēng)壓,并隨溫度變化而膨脹和收縮,始終保持中空玻璃整個(gè)結(jié)構(gòu)的完整和穩(wěn)定。采用雙道密封,結(jié)構(gòu)密封為丙烯酸膠。
隨著對建筑美觀上的要求不斷提高,窗戶的形式也多樣化,其發(fā)展趨勢是強(qiáng)調(diào)個(gè)性化,避免雷同。如果一扇大窗戶由12個(gè)玻璃窗組成,則要有12套間隔系統(tǒng),這既花費(fèi)大,操作時(shí)對窗框的******度要求又高。該公司設(shè)計(jì)出一種窗隔條,能一次將24塊玻璃安裝完畢,外觀上就像有12個(gè)獨(dú)立的玻璃窗,又能達(dá)到暖邊的效果。
此外,塑料間隔框由于導(dǎo)熱系數(shù)小,也得到大量應(yīng)用。但其缺點(diǎn)是加工時(shí)不易被彎曲,不易在生產(chǎn)時(shí)做成整件。因此,先做成塑料條,然后根據(jù)間隔框尺寸被割斷成直條,再在直條端連接形成框架。與金屬相比,塑料的氣密性較差,所以這樣連接的間隔框的邊角部對氣密要求是個(gè)薄弱點(diǎn)。
4、中空玻璃間隔層內(nèi)的氣體
暖邊技術(shù)的一個(gè)重要方面是密封技術(shù),它與中空玻璃間隔層內(nèi)的氣體密切相關(guān)。朂常用的內(nèi)充氣體為干燥空氣,干燥空氣中無水分,所以在玻璃冷面上不會(huì)結(jié)露和結(jié)霜,同時(shí)干燥空氣的導(dǎo)熱系數(shù)也比濕空氣小,其來源方便,在生產(chǎn)中使用較廣泛。隨著玻璃鍍膜技術(shù)的發(fā)展,采用惰性氣體以及六氟化硫、鹵代烴R13和R12為內(nèi)充氣體的中空玻璃不斷增多。
常用的惰性氣體有氬氣、氪氣和氙氣,它們安全無毒、無色無臭、不會(huì)燃燒,導(dǎo)熱系數(shù)都比空氣小,是較好的隔熱體。氪氣可用來制作間隔層較孝隔熱性能好的中空玻璃,氪氣價(jià)格較為昂貴。自然狀態(tài)下的氙氣非常稀少,提純價(jià)格高,因而很少用于中空玻璃的制作。六氟化硫在一些要求較高的場所也有使用,且具有很好的隔音效果,但其露點(diǎn)較高。
氬氣在空氣中的含量較高,l00L氣體中約含934mL,其露點(diǎn)較低,對太陽能的反應(yīng)不敏感,也可以充氣在燈泡中。通過中空玻璃的能量主要由熱輻射造成,用普通透明玻璃制成的中空玻璃,其輻射率高,能吸收大量輻射熱,即使內(nèi)充氬氣,其隔熱效果也不明顯。
Low—E玻璃的鍍膜有效地阻擋了輻射熱,使氬氣導(dǎo)熱系數(shù)低的特性得到充分發(fā)揮。因?yàn)閮?nèi)充氬氣節(jié)能效果顯著、成本低廉且簡單易行,所以使用較多。間隔層內(nèi)惰性氣體的濃度對傳熱也有一定影響,歐美******中空玻璃行業(yè)內(nèi)被普遍接受的充氣濃度為80%,在充氣濃度提高10%以上之后,中空玻璃的傳熱效果將下降近10%,使節(jié)能效果進(jìn)一步提高。
在建筑節(jié)能過程中,朂初是普通中空玻璃,其后是Low—E玻璃,現(xiàn)在則是暖邊技術(shù)的發(fā)展。傳熱的三種方式為導(dǎo)熱、對流和輻射,降低中空玻璃的傳熱性能,可采用以下重要的技術(shù)手段:中空的Low—E玻璃可降低輻射熱的透過,內(nèi)充惰性氣體以及配上暖邊技術(shù),可減小導(dǎo)熱的作用,合理地控制間隔尺寸的大小,能消除對流換熱的影響。較******的建筑玻璃構(gòu)件都采用了這些方法,這在發(fā)達(dá)******很普遍。
5、結(jié)語
高分子技術(shù)的發(fā)展,使能設(shè)計(jì)出具有各種性能的間隔系統(tǒng),能顯著地改善窗戶的特性。當(dāng)前暖邊技術(shù)的發(fā)展主要為兩個(gè)方面,首先是更加注重間隔物的隔熱性能,如采用管狀、發(fā)泡高分子材料等,以滿足不斷提高節(jié)能要求的標(biāo)準(zhǔn);其次是在材料設(shè)計(jì)上,較多地使用抗氣體擴(kuò)散的箔片(有時(shí)采用極薄的不銹鋼片)、薄膜粘接的應(yīng)用與新型鍍膜玻璃的結(jié)合等。先進(jìn)的高分子擠壓技術(shù)能制成各種形狀的間隔物,使之能夠用在各種新式窗戶,如彎曲的窗戶、冷藏展示柜等不同場合。同時(shí),也非常注重降低生產(chǎn)成本,使產(chǎn)品在市場上更有競爭力。
在發(fā)達(dá)******,第2、3代的暖邊產(chǎn)品不斷出現(xiàn),并仍然集中力量研究開發(fā)暖邊技術(shù),暖邊技術(shù)肯定會(huì)在原先基礎(chǔ)上不斷演繹、發(fā)展。這給我們的啟示是,中空玻璃的制作應(yīng)根據(jù)市場需求的實(shí)際情況而確定,做到量體裁衣,物盡所用,使其發(fā)揮應(yīng)有的作用。
鋁金屬間隔條的應(yīng)用使中空玻璃的現(xiàn)代生產(chǎn)成為可能,但另一方面,卻是以犧牲中空玻璃的節(jié)能性為代價(jià)的,這是由于鋁金屬間隔條的導(dǎo)熱系數(shù)大,形成能源損失的通道。為了解決中空玻璃邊部的熱損失問題,暖邊間隔條應(yīng)運(yùn)而生,在發(fā)達(dá)******得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì),1990年冷邊中空玻璃占市場份5mmYST-018036602440的85%,暖邊僅僅占15%,但是到了2000年,暖邊上升到80%,冷邊則下降到20%。暖邊概念:任何一種間隔條只要其熱傳導(dǎo)系數(shù)低于鋁金屬的導(dǎo)熱系數(shù),就可以稱為暖邊。暖邊可以采用三種方法得到:
(1)非金屬材料,如超級間隔條、TPS、玻璃纖維條;
(2)部分金屬材料,如斷橋間隔條、復(fù)合膠條;
(3)低于鋁金屬傳導(dǎo)系數(shù)的金屬間隔條,如不銹鋼間隔條。
可見發(fā)達(dá)******有關(guān)暖邊的定義是十分寬松的。由此,我們可將其按節(jié)能的性能分為以下三大類:低性能、中等性能和高性能間隔條。
(1)低性能間隔條的特點(diǎn)是含有部分金屬或采用比鋁金屬導(dǎo)熱系數(shù)低的金屬。采用NFRC(美國******門窗等級評定委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)窗,低性能間隔條對整窗的U值改善程度為0.06。
(2)中等性能間隔條的特點(diǎn)是含有部分金屬或采用比鋁金屬導(dǎo)熱系數(shù)低的金屬。采用NFKc(美國******門窗等級評定委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)窗,該類間隔條對整窗的U值改善程度為O.11。
(3)高性能間隔條的特點(diǎn)是采用非金屬材料,因此導(dǎo)熱系數(shù)大大低于鋁金屬。采用NFRC(美國******門窗等級評定委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)窗,高性能間隔條(如超級間隔條)對整窗的U值改善程度為0.2。
暖邊間隔條和65%的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。超級間隔條是暖邊中******不含有金屬、內(nèi)含3A分子篩、具有微孔結(jié)構(gòu)的彈性硅酮間隔條,不但導(dǎo)熱系數(shù)低(僅僅為鋁金屬的1/950),從而改善中空玻璃的整體節(jié)能效果,而且還有利于延長中空玻璃的密封壽命,同時(shí)提高生產(chǎn)效率。
1、導(dǎo)言
對中空玻璃而言,暖邊技術(shù)已成為一個(gè)工業(yè)詞匯。在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展之后,中空玻璃的結(jié)構(gòu)都基本相似,但隨著材料科學(xué)的發(fā)展,玻璃的物理化學(xué)性能得到很大的改進(jìn),鍍膜玻璃以及各種高分子材料的組合應(yīng)用,使得中空玻璃的隔熱性能產(chǎn)生很大的變化,能滿足各種不同場合的需要。發(fā)達(dá)******都能根據(jù)具體的使用要求設(shè)計(jì)出各種類型的中空玻璃,并不斷開發(fā)出暖邊間隔物的新品種。我國建設(shè)部也已把中空玻璃列為推廣應(yīng)用的建材節(jié)能產(chǎn)品之一,這使我國中空玻璃的研制和生產(chǎn)面臨著良好的發(fā)展機(jī)遇。
本文介紹當(dāng)前世界上中空玻璃暖邊技術(shù)的進(jìn)展,并對各種暖邊間隔物進(jìn)行評述。
2、暖邊技術(shù)的產(chǎn)生
中空玻璃由兩片或兩片以上的玻璃板組合而成,玻璃板之間用邊緣密封系統(tǒng)進(jìn)行間隔,中間充以氣體。玻璃板可以是普通平板玻璃、鋼化玻璃或Low—E玻璃,這根據(jù)中空玻璃的使用地點(diǎn)及所起的作用而選定。玻璃板之間的氣體必須干燥,可以是空氣、氬氣或其他特殊氣體,內(nèi)用分子篩保持氣體干燥。邊緣密封系統(tǒng)種類繁多,主要為間隔條(框)、密封膠和分子篩。間隔條在兩層玻璃之間,起分隔玻璃板的作用,四周用密封膠進(jìn)行封邊,使玻璃粘合在一起,并防止層內(nèi)氣體外溢。
當(dāng)中空玻璃兩側(cè)有兩種不同溫度的流體時(shí),通過其中間部分和邊緣部分的熱量大小是不同的(圖1)。熱量通過玻璃板的方式都是導(dǎo)熱和輻射,其熱阻也相同。被間隔的氣體主要產(chǎn)生導(dǎo)熱,也可能發(fā)生對流換熱。中空玻璃的隔熱能力主要來自密封著的空氣層,在溫度為20℃時(shí),空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.026W/m·K,而普通透明玻璃板的導(dǎo)熱系數(shù)為0.76W/m·K,其比值為l:29。中空玻璃密封的空氣層內(nèi),對流換熱所占的份額較小,基本為導(dǎo)熱方式,所以能較大程度地提高中空玻璃的熱阻。
在中空玻璃的邊部,由于密封系統(tǒng)與玻璃板緊密接觸,所以是多層平壁之間的傳導(dǎo)傳熱。間隔條材質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)對熱阻的影響極大,朂初使用的鋁質(zhì)隔條導(dǎo)熱系數(shù)大,熱阻校對中空部分而言,空氣層厚度與間隔條尺寸接近,所以它們的熱阻之比也近似于它們導(dǎo)熱系數(shù)的比值。純鋁的導(dǎo)熱系數(shù)為202W/m·K,鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)——般也在130~150W/m·K,所以,邊部的熱阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于中間部分。圖2表示使用不同間隔物時(shí),中空玻璃邊部溫度的變化。
冬天時(shí),建筑物中空玻璃其四周部分的熱阻小,溫度下降明顯。由于室內(nèi)具有一定濕度,空氣中的水分碰到較低溫度的玻璃板就被冷凝,在中空玻璃的邊緣產(chǎn)生結(jié)露結(jié)霜現(xiàn)象,這既影響美觀,又對密封材料造成損害。
為改善中空玻璃四周部分熱阻過小、容易結(jié)露結(jié)霜現(xiàn)象,研究方向集中在間隔條材質(zhì)和間隔條形狀的熱性能上。結(jié)果表明,采用導(dǎo)熱系數(shù)較低的材料替代傳統(tǒng)的鋁質(zhì)間隔條,能使內(nèi)層玻璃周邊溫度比過去高,避免內(nèi)層玻璃邊緣處的結(jié)露。
因此,導(dǎo)熱系數(shù)小的各種材料以及各種形狀的間隔條被大量研制出來,于是出現(xiàn)暖邊技術(shù)這一術(shù)語。
3、暖邊間隔系統(tǒng)的種類
中空玻璃間隔系統(tǒng)基本上可分為兩大類:一類為低導(dǎo)熱系數(shù)的金屬框與密封膠組成的剛性間隔,另一類是以高分子材料為主制成的非剛性間隔條。
在1995年前,主要是鋁質(zhì)間隔框。暖邊技術(shù)產(chǎn)生之后,暖邊間隔系統(tǒng)占據(jù)了整個(gè)北美市場的82%左右,其中剛性間隔占據(jù)54%,主要為U型的不銹鋼材料;非剛性間隔占據(jù)28%,如Swiggle膠條以及其他含干燥劑的聚硅酮發(fā)泡產(chǎn)品。剩下的18%仍然是鋁質(zhì)間隔框。
3.1框架式剛性間隔系統(tǒng)
由于不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)大大低于鋁,用不銹鋼材料替代鋁質(zhì)間隔條,它們的導(dǎo)熱系數(shù)之比為1:11,所以可改善中空玻璃邊部熱阻過小的狀況。美國PPG公司的產(chǎn)品Intercept,先用不銹鋼帶壓制成槽型,然后在槽內(nèi)鋪上含分子篩的膠泥,接著在邊部涂層膠,再折框,朂后合片。其特點(diǎn)是折框設(shè)備全自動(dòng),生產(chǎn)速度快,適合生產(chǎn)批量大、規(guī)格簡單的民用建筑的中空玻璃。
該間隔系統(tǒng)能提供足夠的強(qiáng)度以保持玻璃片平整,防止絕緣氣體外溢和濕氣進(jìn)入,其關(guān)鍵技術(shù)是密封膠。中空玻璃在使用期間面臨著來自外界的溫差、氣壓、風(fēng)荷載等影響,因此密封膠既要保證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,還要防止外來水汽滲透進(jìn)入中空玻璃的空氣層內(nèi)。
對密封膠的性能要求主要有與基材(玻璃、間隔條)的粘接能力、在使用環(huán)境下的耐水性、抗太陽光紫外線照射能力、耐高溫性和耐低溫性。要求密封材料在膨脹收縮的動(dòng)態(tài)下不開裂老化。
密封膠可分外兩大類:結(jié)構(gòu)密封和低水汽滲透率密封(lowMVTsealants)。用于結(jié)構(gòu)密封的主要為熱固性材料,如聚硫膠、聚胺脂膠和硅酮膠等,它們增強(qiáng)了中空玻璃的穩(wěn)定性,都具有較高的模量值。但氣密性差,抗水汽滲透率差,一般大于15g/㎡.d,硅酮膠達(dá)到50g/㎡.d。低水汽滲透率密封主要為熱塑性材料,常用的為聚異丁烯(PIB),水汽滲透率小于lg/㎡.d。由于是熱熔性的,其操作溫度為150℃左右。
密封技術(shù)與暖邊產(chǎn)品的關(guān)系密切,不同的暖邊產(chǎn)品有其相應(yīng)的密封工藝。它們都影響到中空玻璃的質(zhì)量,也與其隔熱功能密切相關(guān)。
3.2條狀式非剛性間隔系統(tǒng)
由于高分子材料導(dǎo)熱系數(shù)小,所以采用熱固性材料做間隔條得到很大發(fā)展。TruSeal公司的Swiggle膠條將干燥劑與塑料做成一體,中間嵌以波紋狀金屬隔片,在我國很普遍。其另一產(chǎn)品Insuledge是非金屬的矩形管狀隔條,中間是波紋狀管形內(nèi)芯,波紋可抗壓,又能適當(dāng)伸展。外面套一矩形管狀箔片,以增強(qiáng)間隔條抗水汽滲透的性能,邊部膠層防濕汽,內(nèi)層含有干燥劑,造型美觀,單道與雙道密封均可。其特點(diǎn)是用中空取代了固體材料或發(fā)泡材料,充分利用了空氣導(dǎo)熱系數(shù)小的特點(diǎn),強(qiáng)度則通過波紋管得以增強(qiáng)。其間隔空間為13mm,導(dǎo)熱系數(shù)為0.08W/m·K,水汽滲透率為0.098H2O/㎡.d。產(chǎn)品DuraSeal可適用于雙層、三層的中空玻璃,用熱壓方法密封,一步制成,間隔空間為6~18mm。
Edgetech公司的產(chǎn)品SuperSpacer與其他用丁基橡膠包裹不銹鋼或鋁質(zhì)間隔條的暖邊產(chǎn)品不同,它是完全用高絕緣的熱固性材料制成的膠條,不含金屬。是一種含有干燥劑、具有抗壓縮功能的聚硅酮發(fā)泡產(chǎn)品,內(nèi)含上百萬個(gè)微型氣泡。其導(dǎo)熱系數(shù)與鋁的比值為l:950,與不銹鋼的比值為1:85。
一般而言,含有金屬的剛性間隔框比較硬,對自然的膨脹和收縮會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力,導(dǎo)致密封失敗。該產(chǎn)品盡管由熱固性材料制成,但能抵抗風(fēng)壓,并隨溫度變化而膨脹和收縮,始終保持中空玻璃整個(gè)結(jié)構(gòu)的完整和穩(wěn)定。采用雙道密封,結(jié)構(gòu)密封為丙烯酸膠。
隨著對建筑美觀上的要求不斷提高,窗戶的形式也多樣化,其發(fā)展趨勢是強(qiáng)調(diào)個(gè)性化,避免雷同。如果一扇大窗戶由12個(gè)玻璃窗組成,則要有12套間隔系統(tǒng),這既花費(fèi)大,操作時(shí)對窗框的******度要求又高。該公司設(shè)計(jì)出一種窗隔條,能一次將24塊玻璃安裝完畢,外觀上就像有12個(gè)獨(dú)立的玻璃窗,又能達(dá)到暖邊的效果。
此外,塑料間隔框由于導(dǎo)熱系數(shù)小,也得到大量應(yīng)用。但其缺點(diǎn)是加工時(shí)不易被彎曲,不易在生產(chǎn)時(shí)做成整件。因此,先做成塑料條,然后根據(jù)間隔框尺寸被割斷成直條,再在直條端連接形成框架。與金屬相比,塑料的氣密性較差,所以這樣連接的間隔框的邊角部對氣密要求是個(gè)薄弱點(diǎn)。
4、中空玻璃間隔層內(nèi)的氣體
暖邊技術(shù)的一個(gè)重要方面是密封技術(shù),它與中空玻璃間隔層內(nèi)的氣體密切相關(guān)。朂常用的內(nèi)充氣體為干燥空氣,干燥空氣中無水分,所以在玻璃冷面上不會(huì)結(jié)露和結(jié)霜,同時(shí)干燥空氣的導(dǎo)熱系數(shù)也比濕空氣小,其來源方便,在生產(chǎn)中使用較廣泛。隨著玻璃鍍膜技術(shù)的發(fā)展,采用惰性氣體以及六氟化硫、鹵代烴R13和R12為內(nèi)充氣體的中空玻璃不斷增多。
常用的惰性氣體有氬氣、氪氣和氙氣,它們安全無毒、無色無臭、不會(huì)燃燒,導(dǎo)熱系數(shù)都比空氣小,是較好的隔熱體。氪氣可用來制作間隔層較孝隔熱性能好的中空玻璃,氪氣價(jià)格較為昂貴。自然狀態(tài)下的氙氣非常稀少,提純價(jià)格高,因而很少用于中空玻璃的制作。六氟化硫在一些要求較高的場所也有使用,且具有很好的隔音效果,但其露點(diǎn)較高。
氬氣在空氣中的含量較高,l00L氣體中約含934mL,其露點(diǎn)較低,對太陽能的反應(yīng)不敏感,也可以充氣在燈泡中。通過中空玻璃的能量主要由熱輻射造成,用普通透明玻璃制成的中空玻璃,其輻射率高,能吸收大量輻射熱,即使內(nèi)充氬氣,其隔熱效果也不明顯。
Low—E玻璃的鍍膜有效地阻擋了輻射熱,使氬氣導(dǎo)熱系數(shù)低的特性得到充分發(fā)揮。因?yàn)閮?nèi)充氬氣節(jié)能效果顯著、成本低廉且簡單易行,所以使用較多。間隔層內(nèi)惰性氣體的濃度對傳熱也有一定影響,歐美******中空玻璃行業(yè)內(nèi)被普遍接受的充氣濃度為80%,在充氣濃度提高10%以上之后,中空玻璃的傳熱效果將下降近10%,使節(jié)能效果進(jìn)一步提高。
在建筑節(jié)能過程中,朂初是普通中空玻璃,其后是Low—E玻璃,現(xiàn)在則是暖邊技術(shù)的發(fā)展。傳熱的三種方式為導(dǎo)熱、對流和輻射,降低中空玻璃的傳熱性能,可采用以下重要的技術(shù)手段:中空的Low—E玻璃可降低輻射熱的透過,內(nèi)充惰性氣體以及配上暖邊技術(shù),可減小導(dǎo)熱的作用,合理地控制間隔尺寸的大小,能消除對流換熱的影響。較******的建筑玻璃構(gòu)件都采用了這些方法,這在發(fā)達(dá)******很普遍。
5、結(jié)語
高分子技術(shù)的發(fā)展,使能設(shè)計(jì)出具有各種性能的間隔系統(tǒng),能顯著地改善窗戶的特性。當(dāng)前暖邊技術(shù)的發(fā)展主要為兩個(gè)方面,首先是更加注重間隔物的隔熱性能,如采用管狀、發(fā)泡高分子材料等,以滿足不斷提高節(jié)能要求的標(biāo)準(zhǔn);其次是在材料設(shè)計(jì)上,較多地使用抗氣體擴(kuò)散的箔片(有時(shí)采用極薄的不銹鋼片)、薄膜粘接的應(yīng)用與新型鍍膜玻璃的結(jié)合等。先進(jìn)的高分子擠壓技術(shù)能制成各種形狀的間隔物,使之能夠用在各種新式窗戶,如彎曲的窗戶、冷藏展示柜等不同場合。同時(shí),也非常注重降低生產(chǎn)成本,使產(chǎn)品在市場上更有競爭力。
在發(fā)達(dá)******,第2、3代的暖邊產(chǎn)品不斷出現(xiàn),并仍然集中力量研究開發(fā)暖邊技術(shù),暖邊技術(shù)肯定會(huì)在原先基礎(chǔ)上不斷演繹、發(fā)展。這給我們的啟示是,中空玻璃的制作應(yīng)根據(jù)市場需求的實(shí)際情況而確定,做到量體裁衣,物盡所用,使其發(fā)揮應(yīng)有的作用。
對中空玻璃的研究,應(yīng)將重點(diǎn)放到暖邊技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上,在該領(lǐng)域,有很多新型材料、新型結(jié)構(gòu)可以被研制出來,研究開發(fā)的空間較大。此外,繼續(xù)研制和生產(chǎn)高隔熱、高耐久性、高舒適感的新型中空玻璃仍是今后的發(fā)展方向。
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